Co-production of Bioethanol

by on 08/02/08 at 2:15 pm | 175 Comments | |

Seperti yang telah kita ketahui bersama, Indonesia kaya akan biomassa, apapun itu bentuknya. Oleh karena itu, pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi sangat potensial untuk dikembangkan. Berikut ini adalah paparan ringkas tentang produksi bioetanol dari bahan baku biomassa (bahan berselulosa) yang dikaitkan dengan produksi biofuel yang lain serta sedikit pembahasan tentang bio/catalytic refineries dan integrasinya dengan conventional refineries.

Hydrogen Production

Konversi biomassa menjadi hidrogen secara biologi dapat dilakukan dengan proses photofermentation maupun darkfermentation. Perolehan hidrogen dengan dark fermentation hanya mencapai 10-20% dari jumlah kandungan hidrogen dalam bahan organik teoretik. Perolehan hidrogen bervariasi dari 0,52 mol/mol heksosa yang diperoleh jika menggunakan subtrat molase dalam batch culture Enterobacter aerogenes, hingga 2,3 mol/mol heksosa jika menggunakan glukosa sebagai substrat dalam continuous culture Clostridium butyricum. Selain perolehan yang rendah, permasalahan lain yang ada dalam produksi hidrogen secara fermentasi adalah konsumsi hidrogen oleh organisme lain seperti metanogenik sehingga substrat awal harus di sterilisasi terlebih dahulu dan menggunakan inokulum yang dalam keadaan murni. Proses produksi hidrogen yang berdiri sendiri dengan cara ini masih tidak laik untuk diaplikasikan saat ini.

Methane Production

Dalam ekosistem anaerobik degradasi biomassa (yang tak tersterilisasi) secara normal dapat mengikuti jalur yang diilustrasikan pada Fig 1. Jika tidak ada akseptor elektron anorganik seperti sulfat atau nitrat, metana menjadi produk akhir proses karena semua senyawa intermediet dari bakteri fermentasi dapat di degradasi menjadi metana, karbondioksida, dan air. Hampir 90% energi dalam biomassa terkonversi menjadi produk akhir dan hanya 10% digunakan untuk bakteri fermentasi. Dalam tahap akhir proses pembentukan metana, karbon (dalam biomassa) hampir sepenuhnya diubah menjadi keadaan paling teroksidasi (CO2) dan paling tereduksi (CH4). Hanya 4% energi digunakan unuk mikroorganisme dan 86% energi terkandung dalam metana.

Degradation pathway and avaiable energy to participating microorganisms and in intermediates and end products during anaerobic degradation of organic matter. The percentages refer to residual energy in substrate and fermentation products (in bold), and to the energy used by microorganisms (in italics).

Dalam proses fermentasi metanogenik secara umum diperoleh perolehan metana mendekati perolehan maksimum teoretik 3 mol CH4/mol glukosa.

Production Biofuels Using the Maxifuel Concept

Proses produksi hidrogen, metana, dan bioetanol dapat dilangsungkan secara terintegrasi, seperti dalam Maxifuel concept (ilustrasi Fig 2). Konsep ini didesain untuk produksi Etanol dari bahan lignoselulosa, untuk menghasilkan jumlah biofuel yang maksimum per unit raw material dan memanfaatkan residu untuk konversi lebih lanjut menjadi energi. Produk utama bioetanol digunakan untuk bahan bakar transportasi dan penekanan proses ini untuk optimasi produksi etanol. Produksi biofuel yang lain seperti metana, hidrogen, dan produk bernilai lain seperti bahan bakar padat akan menambah nilai lebih pada proses. Proses ini juga ramah lingkungan karena dilakukan recycle dan reuse aliran keluaran. Pengembangan produksi etanol berbasis bahan lignoselulosa dapat diintegrasikan lebih lanjut dalam produksi bioetanol konvensional dari bahan jagung, dimana residu jagung dan fiber dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan produktivitas 20% seperti tertera pada ilustrasi Fig 3.

Flow sheet of the Maxifuel concept. All major processes and process streams from solid lignocellulosic biomass to ethanol, hydrogen, and methane are shown.

Increasing the ethanol yield from a conventional corn-to-ethanol plant by bolting on a pretreatment and xylose fermenting unit. The ethanol output is increased by 20%.

Lebih dari 19% bahan baku terpisahkan sebagai padatan, yang dapat dimanfaatkan untuk proses pembakaran. Jika diinginkan, fraksi ini dapat ditingkatkan, sebaliknya jika tidak diinginkan dapat diresirkulasi pada proses pretreatment bersama dengan bahan baku. Neraca massa dari proses Maxifuel dapat dilihat pada ilustrasi Fig 4. Pilot plant proses ini telah di buat di Technical University of Denmark, DTU (ilustrasi Fig 5) dan konsep ini akan didemonstrasikan pada tahun 2008.

Mass balance based on COD of different products from the Maxifuel processes. The percentage values represent the relative contribution to the total COD.

The pilot plant at DTU. a. Inlet, b. Fermentation tanks (2700 L each), c. Fermenters and holding tanks, d. Distillation tanks.

Proses Maxifuel yang telah dipatenkan terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:

  1. Pretreatment
    Proses pretreatment dari bahan lignoselulosa lebih intensif dibandingkan dengan bahan gula dan bahan berpati. Metode pretreatment bahan lignoselulosa sekarang ini mengonsumsi 30-40% biaya total untuk produksi bioetanol.
  2. Hydrolysis
    Hidrolisa keluaran tahap pretreatment direaksikan dengan enzim untuk memecah selulosa dan hemiselulosa menjadi heksosa dan pentosa sehingga dapat di fermentasi mejadi etanol. Harga enzim sangat mahal, sehingga penelitian untuk mendapatkan enzim dengan aktivitas tinggi dan harga murah adalah kunci untuk mengatasi hambatan ini. Adapun cara lain untuk mereduksi biaya adalah dengan melakukan recycle loops untuk mengumpan balik enzim dalam tangki hidrolisis enzimatik.
  3. Fermentation of C6 sugars
    Tahap hidrolisis dapat dioptimalkan dengan melakukan kombinasi hidrolisis enzymatik bersamaan dengan proses fermentasi oleh ragi (simultaneous saccharification and fermentation, SSF). Temperatur optimum enzim yang lebih tinggi dari pada temperatur optimum ragi dapat mengurangi keuntungan menggunakan proses SSF dibandingkan dengan proses terpisah. Ragi roti Saccharomyces cerevisiae digunakan untuk menghasilkan etanol, dan telah banyak digunakan dalam produksi skala industrial. Produktivitas etanol yang besar serta toleran terhadap etanol dan inhibitor lain dalam hidrolisa biomassa adalah alasan penting digunakannya organisme ini, meskipun proses fermentasi xylose organisme ini kurang.
  4. Separation
    Setelah fermentasi glukosa oleh ragi dalam konsep Maxifuel, lignin dipisahkan dengan menggunakan filter, yang sangat mungkin didapatkan lignin dengan berat kering yang tinggi untuk menghindari pembuangan xylose dan etanol yang berada dalam fasa likuid.
  5. Fermentation of C5 sugars
    Gula residu dalam hidrolisat setelah proses fermentasi oleh ragi di fermentasikan lagi menggunakan mikroorganisme termofilik, Thermobacter BG1. Modifikasi genetik pada mikroorganisme ini dapat menghasilkan 38,7 g/L atau 5,4% v/v etanol dalam sistem kontinu dari hidrolisa bahan nondetoxified lignoselulosa. Temperatur pertumbuhan pada 75oC memberi kemudahan untuk proses distilasi etanol dari reaktor. Operasi pada kondisi termofilik dapat menurunkan pengaruh kontaminasi, yang merupakan hambatan utama proses fermentasi pada kondisi mesofilik. Selama proses fermentasi gula residu ini, 0,5 sampai 1,1 mol hidrogen/mol substrat dihasilkan sebagai produk samping. Untuk optimasi kelayakan, proses fermentasi termofilik bioetanol dilakukan dalam sistem reaktor terimobilisasi. Imobilisasi organisme ini dalam up flow reactor meningkatkan toleransi etanol, meningkatkan konversi substrat, dan menurunkan sensitivitas ketidakseimbangan proses fermentasi
  6. Anaerobic digestion of process water and recirculation
    Efluen dari produksi bioetanol masih mengandung bahan organik yang besar, kecuali karbohidrat. Anaerobik digestion telah lama digunakan untuk mengolah limbah yang mengandung zat organik dalam konsentrasi yang tinggi. Keuntungan proses ini antara lain menstabilkan aliran limbah, efisiensi reduksi kandungan zat organik tinggi, dan produksi metana sebagai bahan baku energi. Pendapatan dari produksi metana dapat mengurangi biaya produksi bioetanol hingga mencapai 34%. Efluen dari tahap fermentasi mengandung lignin berberat molekul rendah yang dihasilkan selama proses fisik-kimia pada tahap pretreatment, yang berupa senyawa aromatik. Senyawa aromatik ini secara umum sukar di degradasi pada proses anaerob, dan jika digunakan kembali akan menginhibisi proses fermentasi. Oleh karena itu, pencapaian dalam proses purifikasi anaerobik yang dapat mendegradasi senyawa ini sangat penting dilakukan.

Bio/Catalytic Refineries

Perkembangan lanjut biorefineries dapat dilakukan dengan teknik hibrida menggabungkan proses konversi biologi dengan proses hilir katalitik. Proses dalam autothermal reformer dengan efisiensi tinggi dapat mengubah 1 mol etanol menjadi 5 mol hidrogen. Jika digabungkan dengan proses biologi dimana 2 mol etanol dihasilkan dari setiap molekul gula (glukosa) perolehan hidrogen dalam dua tahap menjadi 83 % dari nilai maksimum teoretik, lebih besar jika dibandingkan dengan proses fermentasi yang hanya mencapai 10-20%. Selain itu, dihasilkan juga hidrogen dari proses fermentasi termofilik yang akan menambah perolehan hidrogen pada keseluruhan proses mendekati nilai maksimal teoretik yaitu 12 mol hidrogen/mol monosakarida.

Hidrogen dipandang sebagai salah satu energi masa depan. Pengenalan proses hilir konversi katalitik biofuel memungkinkan digunakannya bahan bakar yang tidak memerlukan perlakuan yang lebih kompleks (etanol untuk menghasilkan hidrogen) untuk alat transportasi dengan menggabungkan teknologi fuel cell.

Integrated Conventional and Bio/Catalytic Refineries

Adanya perhatian dan perkembangan yang pesat pemanfaatan biomassa sebagai bahan baku energi, tidak menutup kemungkinan bahan bakar minyak akan terganti semua dalam kurun waktu 50 tahun. Integrasi antara conventional refineries dengan bio/catalytic refineries akan menimbulkan kesinergian dalam proses, ketersediaan bahan kimia, dan logistik. Beberapa aliran proses, limbah, dan panas dari conventional refinery dapat dimanfaatkan dalam biorefinery (ilustrasi Fig 6). Air pendingin dan beberapa aliran efluen dapat digunakan sebagai air proses dalam biorefinery. Conventional refinery memiliki sejumlah besar energi dengan temperatur rendah yang dapat ditukar dan dimanfaatkan untuk energi proses dalam biorefinery. Produk biorefinery dapat digunakan sebagai bahan baku untuk bermacam-macam proses dalam conventional refinery. Sebagai contoh, etanol digunakan sebagai bahan campuran produk gasolin.

Hidrogen yang dihasilkan dari proses biologi dapat dimanfaatkan untuk proses hidrogenasi dalam conventional refiery. Methane dari proses biorefinery dapat digunakan untuk bahan bakar, dan dapat juga digunakan sebagai bahan baku proses reformasi katalitik untuk menghasilkan hidrogen. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan gas sintesis (CO/H2), yang dapat dimanfaatkan dalam proses gas to liquids atau produksi metanol. Adanya tahap proses katalitik antara kedua refinery ini dapat meningkatkan keuntungan dua kali lipat , karena hidrokarbon keluaran proses katalitik dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku proses refining lebih lanjut pada coventional refinery.

Combination of bio/catalytic refinery and petroleum-based refinery. cat indices chemical catalytic conversion.

Referensi: Bioscience and Technology, BioCentrum-DTU, Technical University of Denmark.

  • Yasir

    untuk Dimas, bagaimana bisa menghubungi anda ? atau apa anda bisa menghubungi saya ?

  • http://[email protected] dedy sembiring

    hy…aku dedy dri sumut…
    bgmna klw kita bergabung dalam 2 team utk pembuatan bio-etanol ?

  • marianus seran

    aku mau tanya, ada ngga daftar harga alat fermentasinya….klo ada tolong di z ya…….makasiii

  • cha

    saya mau nanya nih,,
    apa perbedaan etanol n bioetanol??

  • supri

    sudah 2012. gimana kabar bioetanolnya? apakah masih prospek atau sudah pada gulung tikar nih?

  • Friz
  • Andri

    Ada yang bisa bantu agar sy bs dpt us patent (th 2008 – 2011) ttg bioetanol dr molase. Sgt sy prlukan utk TA pra rancang pabrik.

    Terima kasih

  • yeny

    assaalam mualaikum pak yalun sy yeny sy mhsw yg akan mengerjakan tgs akhir sy tertarik dengan biobutanol karena biobutanol blm byk dkmbgkn… kira2 bahan yg dbwt bioetanol apkh bs dbwt biobutanol?lalu apa sajakah bahan biomassa yg kira2 bs dbwt bahan biobutanol??ap kandungan bahan2 tsb sehingga bs dkatagorikan bahan untk biobutanol??mohon informasinya… trm ksh.

  • fatma

    maksudnya pra rancangan bioetanol dari pati sagu…mho bantuanya teman2…

  • fatma

    asslkum semua..mohon bantuannya jika ada yang pernah buat prancangan pabrik dari pati sagu..jika ada yg mau bantu kirim keemailku aza…thanks before…

  • Dimas

    hi, saya sudah produksi bio etanol 99% di bogor, boleh kasih saran jualnya kemana? atau jadi marketing kita

  • arief

    ass wr.wb.
    saya PKL…ada yg bisa beri info dimana bisa KULAKAN bio ethanol wilayah SURABAYA dan sekitarnya ?? saya domisili MOJOKERTO ([email protected]) ,thank

  • enaira

    ada yg tw untuk saat ini penelitian terbaru ttg bioetanol dari sorgum apa y?coz sy bgg dasar pmilihan judul untuk bahan skripsi saya..

  • rahmna

    salam kenal semuanya, infonya bagus banget ada yang lain ngak tentang bioetanol karena ini berhubungan dengan tugas akhir kuliah, and ada yang bisa kasih info ngak dalam pembuatan bioetanol dari ubi enzim apa yang sangat berperan, thank’s banget ya bantuannya ………..

  • Pingback: -Penerapan Konsep Biorefinery pada Bahan Beselulosa at Lutfi's Blog

  • Jusuf Rudiono
  • http://muslimshare.wordpress.com muslimshare

    assalamualaikum..
    saya mau membagikan informasi seminar…..

    Seminar Internasional on Fundamental & Application of Chemical Engineering (ISFAChE) 2010

    We Encourage the Chemical Engineering and Related Disciplines Community to Submit Abstracts for Either Oral or Poster Presentation on the Following Topics:

    Biochemical Engineering
    Catalysis and Reaction Engineering
    Clean Energy Systems and The Environment
    Computational Chemistry
    Conventional and Renewable Energy
    Nano-materials and Nano Technologies
    Polymer Engineering and Material Processing
    Process System Engineering
    Thermodynamics
    Transport phenomena

    for further information please visit link http://isfache2010. its.ac.id

  • Johnson Aritonang

    Untuk enzym alfa amilase tersedia di pasaran dengan merk dagang Enzyplex, harganya Rp 3.800,- (Tiga Ribu Delapan Ratus rupiah). Dapat dibeli di apotek. Semoga bermanfaat…

  • anti

    Mohon bantuan lagi buat TA…pra rancangan pabrik bio etanol dari molases

    tolong infonya bagaimana perbandingan nutrisi dalam pembiakkan yeast s.cereviciae

    terimakasih sebelumya..([email protected])

  • erika

    ada yang punya referensi flowsheet pabrik bioetanol dari singkong g? coz ni lagi bikin pra design pabrik..thx y…

  • purwanti

    untuk semuanya

    Wah dapat pencerahan habis baca diskusi ini,..lagi bingung mau mengerjakan tugas pra rancangan pabrik gak punya contoh sama sekali. kalau ada contoh tugas akhir tentang bioetanol tolong dunk.

    terimakasih sebelumnya untuk semua!

  • rachmat

    Pak Yalun yth,
    Maaf saya masih rada telmi soal penjelasan bapak (bau menyengat) bioetanol. Jadi kesimpulannya bagaimana pak?? apa yang bisa saya lakukan untuk menghilangkan atau mengurangi bau tsb? Mengganti bahan bakunya kah? atau perlakuan yg lain? mohon pencerahannya pak… terima kasih.

    nb: bisa bpk tanggapi di sini ato lgs ke email saya [email protected]

    regard

  • Alfi

    Saya sedang mencari contoh flowsheet untuk rancang pabrik yg biasa dibuat menggunakan chemcad,blh minta sumber yg tepat untuk bisa nemuin contoh flowsheet itu???
    Makasih sebelumnya.

  • Ivan Siallagan

    Salam Buat kwan yang mau bantu……..

    Mohon bantuan ngirim data mengenai proses pembuatan bioetanol

  • bhe

    hmm lama saya tidak membuka web ini, alhamdulillah, artikel dan diskusi sangat menarik dan bermanfaat.

    @ Pak Aries Satriyo: Pabrik Medco seharusnya sudah beroperasi, mkn sejak akhir tahun 2008, akan tetapi saya tidak mengikuti perkembangannya.
    Sebenarnya sudah banyak juga pabrik etanol yg ada di indonesia, seperti molindo raya yg memanfaatkan tetes tebu/molase. kalau medco kalau tidak salah menggunakan singkong sebagai bahan bakunya.

    Mengenai CDM, seharusnya pabrik etanol bisa mendapatkan carbon credit, yang di hitung berdasarkan pengurangan emisi jika dibandingkan dengan menggunakan fosil fuel. Setahu saya pabrik listrik Geothermal milik Chevron sudah mendapatkan carbon credit ini, karena subtitusi sumber energi pembangkit listrik dari batu bara yang menyebabkan emisi CO2 dengan geothermal yang relatif clean. Hal ini juga merupakan salah satu tantangan yang mungkin dapat mempercepat perkembangan bioenergy khususnya di negara2 berkembang.

    Salam

pestilence439
lovelock506 voltigeur296 fiance206 pecunious261 hyperphysical624 printer549 earnestness679