Rancangan Pabrik Bioetanol Dari Biji Durian.docx

RANCANGAN PABRIK BIOETANOL DARI BIJI DURIAN Kandungan biji durian

Produksi biji durian

Produksi durian di Indonesia pada tahun 2009 mencapai 602.694 ton/tahun dan pada tahun 2010, meningkat menjadi 797.798 ton/tahun. Produksi durian terbanyak adalah Provinsi Jawa Timur sebesar 141.522 ton/tahun, diikuti Provinsi Sumatera Utara dengan jumlah produksi 102.580 ton/tahun. Sementara Riau menempati urutan ke-19 dengan jumlah produksi hanya 11.510 ton/tahun durian (BPS, 2010). Data bps 2011 Provinsi Aceh Sumatera Utara Sumatera Barat Riau Jambi Sumatera Selatan Bengkulu Lampung Bangka Belitung Kepulauan Riau

Alpukat

Belimbing

Duku/ Langsat

Jambu Biji

7462

1451

6651

2387

8084

5091

20808

38553

471

639

Jeruk

Durian

Manggis

27044

1362

20716

20885 57947 1

79659

2093

1467

35648

37133

9331 1060 3

796

2028

2898

4586

11787

2800

1737

623

9688

1262

43811

16693

1963

3641

1124

8419

1985

23995

23100

661

3606

880

885

1273

9610

33102

3678

11547

2074

13440

2571

5626

42550

6033

270

93

1009

304

5159

10716

1095

63

154

468

166

346

4216

210

DKI Jakarta Jawa Barat Jawa Tengah DI Yogyakarta Jawa Timur Banten Bali Nusa Tenggara Barat Nusa TenggaraTimur Kalimantan Barat Kalimantan Tengah Kalimantan Selatan Kalimantan Timur Sulawesi Utara Sulawesi Tengah Sulawesi Selatan Sulawesi Tenggara Gorontalo Sulawesi Barat Maluku Maluku Utara Papua Barat Papua Indonesia

MSDS bahan2

54

5616

47

776

37

226

96425

16727

5745

75455

27106

157030

3 3686 1

16473

11186

4151

31298

25705

76334

5858

1758

586

863

2591

4242

46371

22811

4090

18481

1923 32810 0

111207

642 1153 5

721

1531

1587

4704

1855

26291

7802

1910

459

444

1669

99156

17059

5759

989

451

234

16187

5430

6431

3004

15006

804

18

6372

1211

9

117

732

12608

1621

19247 11064 0

23635

1321

85

957

3719

1804

17533

1098

32

1609

10109

2258

5906 11615 6

25270

620

545

789

2824

1331

10112

10865

277

2737

296

5170

601

909

5741

670

4243

477

16233

1654

73020

31883

1613

10589

1835

16634

7859

58616

37533

2007

456

569

3065

1223

38790

4615

68

16

32

358

40

1167

0

405

141

10596

238

1294 14168 2

28353

81

592

198

3539

233

8402

5414

120

356

69

2383

67

5484

2902

490

156

92

694

186

365

861

20

315 27595 3

129

513 17111 3

159 21183 6

9877 18189 49

2166

1 1175 95

80853

883969

2.1.1 Sifat-sifat Fisika Bioetanol Bioetanol memiliki banyak manfaat bagi masyarakat karena memiliki sifat yang tidak beracun. Selain itu etanol juga memiliki banyak sifat-sifat, baik secara fisika maupun kimia. Adapun sifat-sifat fisika bioetanol dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini. Tabel 2.3 Sifat-sifat Fisika Bioetanol Besaran Berat molekul (g/mol) Titik Didih (oC) pada 760 mmHg Titik Lebur (oC) pada 760 mmHg Densitas (gr/ml) Viskositas (cP) Panas Penguapan (kal/gr) (Bangun, 2010)

Nilai 46,07 78,4 -112 0,7893 1,17 200,6

2.1.2 Sifat Kimia Bioetanol Bioetanol selain memiliki sifat-sifat fisika jugalah memiliki sifat-sifat kimia. Sifat-sifat kimia tersebut antara lain : 1. Merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik 2. Mudah menguap dan mudah terbakar 3. Bila direaksikan dengan asam halida akan membentuk alkyl halida dan air CH3CH2OH + HC=CH

CH3CH2OCH=CH2

4. Bila direaksikan dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air CH3CH2OH + CH3COOH

CH3COOCH2CH3 + H2O

5. Dehidrogenasi etanol menghasilkan asetaldehid 6. Mudah terbakar diudara sehingga menghasilkan lidah api (flame) yang berwarna biru muda dan transparan, dan membentuk H2O dan CO2. (Bangun, 2010) 2.3

Bahan Baku Pembuatan Bioetanol Biji durian Kandungan karbohidrat atau apti biji durian sebesar 43,6 %. Agar biji durian dapat

dengan mudah dijadikan bioetanol, pati dalam biji durian terlebih dahulu diubah menjadi glukosa (Muhiddin, dkk., 2001). (C6H10O5)n Polisakarida

+

n H2O Air (Habibana, 2014)

n C6H12O6 Glukosa

Glukosa adalah salah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Proses respirasi memerlukan glukosa, sedangkan fotosintesis menghasilkan glukosa. Glukosa berwujud padatan berwarna putih dan meleleh pada suhu 146 °C. Struktur glukosa umumnya berbentuk kursi siklik dan hanya 0.02% berbentuk rantai lurus. Hal ini dikarenakan karbohidrat memiliki gugus fungsi alkohol dan aldehida atau keton sehingga struktur rantai lurus mudah berkonversi menjadi bentuk struktur kursi siklik atau struktur cincin hemiasetal (Sari, 2006). Berikut ini merupakan struktur dua dan tiga dimensi dari glukosa.

Gambar 2.1 Struktur Dua dan Tiga Dimensi Glukosa (Habibana, 2014) Glukosa memiliki sifat fisika dan kimia sebagai berikut : 

Rumus molekul : C6H12O6



Berat molekul

: 180,0804



Titik leleh

: 149 ˚C pada 760 mmHg



Berbentuk padat dan berwarna putih.



Dapat terdekomposisi menjadi CO dan CO2.



Bereaksi kuat dengan oksidator.

(Russularewati, 2010) 2.3.2 Saccharomyces cerevisiae Ragi (Saccharomyces cerevisiae) adalah mikroorganisme penghasil etanol yang paling  dikenal saat ini. Efesiensi fermentasi dapat ditingkatkan dengan cara mengabolisasi sel  mikroorganisme yang digunakan. Amobilisasi sel bertujuan untuk membuat sel menjadi tidak bergerak atau berkurang ruang geraknya sehingga sel menjadi terhambat pertumbuhannya  dan substrat yang diberikan hanya digunakan untuk menghasilkan produk. Saccharomyces 

merupakan genus khamir/ragi/yeast memiliki kemampuan mengubah glukosa menjadi  alkohol dan CO2 (Afriani, 2011). Ciri­ciri spesies Saccharomyces cerevisiae : 1. 2. 3. 4.

Mikroorganisme bersel Satu Tidak berklorofil Tumbuh baik pada suhu 30oC dan pH 4,8. Mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan adaptasi

(Afriani, 2011) Sifat-sifat kimia Saccharomyces cerevisae adalah sebagai berikut : 

Saccharomyces cerevisiae merupakan khamir “permukaan” (top yeast) dan selama fermentasi terbawa ke permukaan dari bir yang sedang difermentasi.



Merupakan mikroorganisme bersel tunggal dengan ukuran antara 5 dan 20 mikron.



Dapat tumbuh dalam media cair dan padat.



Pertumbuhan dengan bertunas dapat berkembang dari setiap bagian permukaan sel induk (pertunasan multipolar).



Merupakan organisme yang bersifat saprofitik.



Hidup dalam lingkungan yang bergula dan pH rendah.



Morfologi berupa sel spiral.



Metabolisme sangat kuat di dalam proses fermentasi.



Digunakan sebagai inokulum.



Sebagai biakan murni yang ditambahkan sebanyak 5 – 10% dari volume fermentor.



Di bawah kondisi anaerobik dan konsentrasi glukosa tinggi, Saccharomyces cerevisiae tumbuh dengan baik, tetapi sedikit menghasilkan alkohol.



Saccharomyces cerevisiae tidak mempunyai amylase, maka starch (pati) harus di hidrolisis.

(Kurniati dan Chusnah, 2010) 2.3.3 Air (H2O) Sifat-sifat fisika H2O dapat dilihat di bawah ini : 

Berat molekul

: 18,02 g/mol



Titik didih

: 100˚C

Titik leleh

: 0 ˚C pada 760 mmHg



Kalor jenis

: 4186 J/Kg.K

Densitas

: 1000 kg/m3

Sifat-sifat kimia H2O dapat dilihat di bawah ini : Mampu melarutkan banyak zat kimia lainnya. Mempunyai kepolaran yang besar karena adanya ikatan hidrogen. Bereaksi dengan kalsium, magnesium, natrium dan logam-logam reaktif lain membebaskan H2. Bereaksi dengan kalium oksida, sulfur oksida membentuk basa kalium dan asam sulfat. (Barutu, 2013) 2.3.4 Amonium Sulfat ((NH4)2SO4) Amonium sulfat merupakan bahan baku dalam industri-industri kimia, tekstil, farmasi dan industri kulit. Amonium sulfat biasanya digunakan sebagai pupuk dengan pemanfaatan kandungan nitrogen dan sulfur didalamnya. Amonium sulfat merupakan pupuk yang cocok untuk tanaman padi, citrus, anggur, tanaman merambat serta khususnya untuk tanah ber-pH tinggi. Selain sebagai pupuk, amonium sulfat juga digunakan dalam industri antara lain : 1.

Dalam industri penyamakan digunakan untuk proses deliming ataupun menghilangkan zat kapur dari kulit.

2.

Dalam industri makanan digunakan dalam bumbu, penyedap rasa, isolasi protein, makanan ringan, selai, jeli, dan minuman non-alkohol.

3.

Dalam industri tekstil digunakan sebagai aditif pada proses pewarnaan.

4.

Dalam bidang mikrobiologi digunakan sebagai nutrisi pada kultur bakteri dan mikroorganisme penghasil enzim.

(Sianturi, 2012) Amonium sulfat memiliki sifat-sifat sebagai berikut : 

Bentuk

: kristal padat



Berat molekul

: 132,14 g/mol



Titik leleh

: 280°C pada 760 mmHg



Spesifik graviti

: 1,77 pada 50°C



Titik didih: 330°C pada 760 mmHg

Tidak larut dalam aseton, alkohol dan amonia. Sangat reaktif dengan agen pengoksidasi dan reaktif dengan alkali. Jika terdekomposisi dapat menghasilkan oksida sulfur, nitrogen dan amonia.

(ScienceLab, 2013; Sianturi, 2012) 2.3.5 Asam Sulfat (H2SO4) Hidrolisis pati merupakan proses pemecahan molekul amilum menjadi bagianbagian penyusunnya yang lebih sederhana seperti dekstrin, isomaltosa, maltosa dan glukosa. Proses hidrolisis pati dapat menggunakan katalis enzim atau asam. Hidrolisis secara enzimatis lebih menguntungkan, karena prosesnya lebih spesifik, kondisi prosesnya dapat dikontrol, glukosa yang dihasilkan relatif lebih banyak, tidak beracun, dan biaya pemurnian lebih murah. Secara garis besar, tahap hidrolisis pati adalah gelatinisasi, liquifikasi dan sakarifikasi.Salah satufaktor yang mempengaruhi proses hidrolisis yaituperbandingan jumlah enzim terhadap bahan baku. Enzim yang biasa digunakan untuk proses glukosa adalah enzim α-amylase dan enzim glukoamilase. Gelatinisasi, yaitu memecah pati yang berbentuk granular menjadi suspensi yang viscous yang dapat dilakukan dengan adanya panas. Tahap liquifikasi merupakan proses hidrolisis pati menjadi dekstrin oleh enzim α-amylase pada suhu diatas suhu gelatinisasi. Enzim α-amylase akan memotong ikatan amilosa dengan cepat pada pati kental yang telah mengalami gelatinisasi. Proses liquifikasi selesai ditandai dengan parameter dimana larutan menjadi lebih encer. Tahap sakarifikasi adalah tahap pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana dengan penambahan enzim glukoamilase.Pada tahap ini dekstrin diubah menjadi glukosa (Firdausi, dkk., 2013). Tabel 2.4 Perbandingan Proses Hidrolisis dengan Katalis Asam dan Enzim Variabel Pembanding Bahan baku mudah didapat Proses Sederhana Katalis murah Waktu Hidrolisis yang Lama Hasil (Sukma, 2014)

Hidrolisis Asam Ya

Hidrolisis Enzim Ya

Tidak Ya Tidak

Ya Tidak Ya

55%

95-98%

Tabel 2.4 di atas menunjukkan bahwa dengan menggunakan katalis asam memerlukan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan katalis enzim namun kondisi operasinya relatif lebih tinggi jika dilihat dari tekanan dan suhu dibanding katalis enzim sedangkan pada pHnya lebih rendah. Hal ini dapat memperbesar biaya operasi selama proses berjalan dan biaya perawatan. Jika dilihat dari konversi dekstrosa diperoleh katalis enzim lebih besar dari katalis asam (Sukma, 2014).

Sifat-sifat asam sulfat dijelaskan sebagai berikut : 

Bentuk

: cairan



Berat molekul

: 98,08 g/mol



Titik didih: 270°C – 340 °C pada 760 mmHg



Titik leleh

: -35°C – 10,36°C pada 760 mmHg



Spesifik graviti

: 1,84



Mudah larut dalam air dingin dan etanol.



Reaktif dengan agen pengoksidasi, pereduksi, material organik, asam, alkali.



Korosif terhadap aluminium, tembaga dan stainless steel.

(ScienceLab, 2013) Asam sulfat memiliki karakteristik higroskopis dan mudah teroksidasi. Asam sulfat terkonsentrasi memiliki efek mudah teroksidasi, bereaksi dengan logam mulia dan dengan karbon, fosfor, dan sulfur, yang tereduksi menjadi sulfur dioksida. Asam sulfat memiliki suhu yang sangat stabil, hanya pada suhu tinggi dapat terdekomposisi menjadi anhidrida, sulfur trioksida, dan uap air (Anshary dan Wardana, 2009). 2.3.6 Kalsium Oksida (CaO) Kalsium oksida dengan rumus umum CaO mempunyai berat molekul 56,077 gr/mol, disebut juga kapur. Kalsium oksida merupakan salah satu bahan kimia industri yang paling penting. Kalsium oksida banyak digunakan dalam pembuatan bahan bangunan dan konstruksi, termasuk batu bata, mortar, dan plester. Kalsium oksida juga digunakan sebagai fluks dalam pembuatan baja, yaitu bahan pengikat pengotor. Produk penting lainnya yang dibuat dari aplikasi kalsium oksida dalam proses manufaktur meliputi kaca, pulp dan kertas, aluminium, dan magnesium (Amri, dkk., 2007). Sifat-sifat kalsium oksida adalah sebagai berikut :      

Berbentuk serbuk putih Densitas 3,34 g/cm3. Titik Lebur 2613 oC pada 760 mmHg Titik Didih 2850 oC pada 760 mmHg Larut dalam gliserol dan gula Tidak larut dalam methanol dan dietil eter

(Mohadi, dkk., 2013).

REAKSI-REAKSI YANG TERLIBAT : 1. Reaksi hidrolisis dengan asam sulfat (C6H10O5)n + n H2O Pati

H2SO4

n C6H

Air

Glukosa

2. Reaksi fermentasi Saccharomyces cerevisiae C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 Glukosa Etanol Karbon dioksida DESKRIPSI PROSES 1. Pengecilan ukuran, untuk mendapatkan pati/tepung biji durian untuk di hidrolisis 2. Pengembangbiakan enzim, untuk mendapatkan jumlah mikroba yang sesuai dengan kapasitas fermentasi 3. Proses pemasakan, reaksi hidrolisis untuk menghasilkan glukosa dari pati 4. Proses fermentasi, untuk menghasilkan bioetanol dari glukosa dengan enzim Saccharomyces cerevisiae 5. Proses pemurnian, untuk memurnikan produk bioetanol dengan proses destilasi

BIOETANOL Standar bioetanol

Tabel 2.2 Spesifikasi Standar Bioetanol Terdenaturasi untuk Gasohol No . 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Parameter Uji Kadar etanol

%-v, min

Kadar metanol Kadar air Kadar denaturan Hidrokarbon atau Denatonium Benzoat Kadar tembaga (Cu) Keasaman sebagai asam asetat Tampakan

%-v, maks %-v, maks %-v mg/l mg/kg, maks mg/l, maks

Kadar ion klorida (Cl-) Kadar belerang (S) Kadar getah purwa dicuci (washed gum) (Standar Nasional Indonesia, 2012) 8. 9. 10.

Unit, min/max

mg/l,maks mg/l, maks mg/100ml, maks

Persyaratan 99,5 (setelah didenaturasi dengan denatonium benzoat) 94,0 (setelah didenaturasi dengan hidrokarbon) 0,5 0,7 2-5 4-10 0,1 30 Jenih dan terang, tidak ada endapan dan kotoran 20 50 5,0

HARGA BIOETANOL : Rp. 8500/Liter (sumber : bisnis.tempo) KEBUTUHAN BIOETANOL Kebutuhan bioetanol di dunia sangat tinggi, seperti halnya di negara Indonesia kebutuhan bioetanol secara nasional sekitar 390.000 kiloliter per tahun, akan tetapi pabrik bioetanol yang ada di dalam negeri hanya mampu memenuhi kurang dari 4% saja dari yang dibutuhkan (Susilawati, 2012). PRODUKSI BIOETANOL Tabel 1.3 Data Bioetanol di Indonesia Produksi Bioetanol Tahun (liter/tahun) 2003 158.388.000 2004 160.686.000 2005 167.984.000 2006 169.752.000 2007 174.328.000 (Badan Pusat Statistik Jawa Timur, 2008)