Coklat juga bisa jadi bahan baku sumber energi alternatif

Seiring dengan semakin populernya pengembangan energi alternatif, semakin banyak pula peneliti yang mencari sejumlah besar limbah organik dari komunitasnya untuk ditransformasi menjadi biofuel, bahan bakar yang lebih bersahabat dengan lingkungan. Produk pertanian seperti jagung dan tebu telah dikenal sebagai sumber produksi energi terbesar di dunia, terutama untuk etanol hasil distilasi. Di tengah kekhawatiran akan potensi terjadinya kompetisi antara makanan dan bahan bakar, sejumlah perusahaan merekayasa minyak yang dibuat dari flowering plant dan algae. Sebagian lainnya berusaha mengeksploitasi rerumputan yang jumlahnya hampir tak terbatas dan dapat tumbuh dengan cepat untuk membuat biofuel.

Setiap saat, ada bergunung-gunung limbah makanan yang memenuhi tempat pembuangan akhir atau incinerator. Para peneliti menemukan bahwa sedikit kecerdasan dapat mengubah kerajaan sampah menjadi sejumlah besar energi. Seperti yang ditunjukkan para peneliti Institut Teknologi Nigata di Kashiwazaki, Jepang. Mereka memberikan sebuah bentuk baru bagi susu yang sudah basi. Di Universitas California, Davis, Amerika Serikat, para insinyur telah memberikan fungsi lain pada sampah meja-meja kayu dari restoran-resturan megah di Bay Area. Sedangkan di Universitas Birmingham, Inggris, para peneliti telah mengubah permen, karamel, dan limbah makanan manis lainnya yang berasal dari pabrik Cadbury Schweppes setempat.

Pengolahan susu di Jepang

Jepang pada tahun-tahun belakangan kebanjiran sampah susu. Penyebabnya masih belum jelas, salah satu kemungkinannya adalah anak sekolah sekarang lebih memilih mengkonsumsi soda. Melihat keadaan ini, Masayuki Onodera, profesor kimia terapan dan bioteknologi Institut Teknologi Nigata, mendapat ide untuk mengolah susu menjadi biofuel.

Onodera dan kolega-koleganya memulai proses konversi dua tahap dengan memanaskan larutan gula untuk menciptakan lingkungan ramah-bakteri pada limbah cairan. Bioreaktor tersebut bergantung pada mikroba penyuka-panas untuk mencerna endapan pada lingkungan bebas oksigen dengan temperatur 131 derajat Fahrenheit. Kondisi ini dihampirkan pada kondisi dalam sejumlah tempat pembuangan akhir dan menghasilkan metan dan karbondioksida. Para peneliti menganggap pembebasan karbondioksida ini sebagai ‘karbon netral’ karena gas yang dibebaskan ke atmosfer jumlahnya sama dengan yang dibutuhkan rumput pada saat fotosintesis, yang kemudian dimakan sapi perah.

Tim Onodera mencampur susu yang telah dicerna bakteri tersebut dengan kontainer kedua yang berisi susu tengik. Saat oksigen dalam campuran tersebut rendah dan pH-nya dijaga netral, biogas yang dihasilkan mencapai 8 kali volume asalnya dalam periode 1 minggu. Setengah dari biogas yang diperoleh adalah hidrogen dan setengahnya lagi karbondioksida. Dengan mengganti sebagian endapan yang mengandung bakteri secara periodik dengan susu dan memastikan larutan tetap pada pH yang tepat, sistem ini akan memproduksi biogas secara kontinyu sampai 100 hari kemudian. Sampai saat itu, campuran tersebut menghasilkan biogas lebih dari 5 kali volumenya setiap 2 hari.

Fungsi lain restoran Amerika

Untuk memuluskan rencana mengganti bahan bakar dengan tingkat polusi tinggi, bioreaktor pengkonversi limbah perlu mendemostrasikan efisiensinya dalam skala yang jauh lebih besar. Tantangan inilah yang dilakukan para peneliti di Universitas California, Davis.

Sejak Oktober 2006, Biogas Energy Project telah mengkonversi meja-meja bekas dari sejumlah restoran mewah, limbah sayuran, potongan rumput, dan limbah sapi menjadi metan dan hidrogen. Reaktor memproses 3-8 ton limbah organik per harinya. Dengan kondisi itu, output reaktor per hatinya bisa menyediakan energi untuk 80 rumah seharian.

Teknologi ini tidak memerlukan bahan bakar starter untuk memproses kira-kira 5 juta ton limbah makanan yang dibuang di tempat pembuangan akhir California tiap tahunnya. Ketika limbah sudah selesai dimasukkan, reaktor multi-tank Davis bergantung pada proses anaerobik dua tahap di mana mikroba mengubah limbah makanan tersebut menjadi campuran asam dan air. Pada fasa kedua, digunakan campuran bakteria lainnya untuk mengkonversi asam-asam tersebut menjadi biogas.

Sama dengan Onedera, proses yang dikembangkan Ruihong Zhang, profesor teknik biologi dan pertanian, dan koleganya ini juga menghasilkan hidrogen dan karbondioksida. Menurut Zhang, secara teknis proses anaerobik dapat digunakan untuk mengkonversi apapun yang biodegradable. Meskipun kondisi untuk pengolahannya berbeda-beda tergantung materialnya.

Metode tersebut dilisensikan oleh Onsite Power Systems, Inc. yang berbasis di California. Dengan prototype reaktor yang telah tersedia, perusahaan ini membangun sebuah sistem komersial yang dapat menangani limbah sampai dengan 250 ton per hari. Reaktor ini tidak hanya dapat mengkonversi sisa-sisa makanan, tetapi juga rerumputan dan limbah pembuatan keju. Biofuel yang dihasilkan dapat menjadi bahan bakar bagi truk-truk sampah, menghemat biaya dan energi yang dibutuhkan untuk mentransportasikan bahan mentah bagi reaktor.

Menurut Zhang, teknologi yang dikembangkannya tidak hanya menawarkan biogas, tetapi juga cara pengolahan limbah padat yang ramah lingkungan. Endapan yang dihasilkan dapat diproses kembali menjadi kompos dan organic fertilizer. Serat yang tidak tercerna dalam endapan tersebut juga dapat menjadi bahan baku particle board kualitas tinggi.

Bahan bakar Cadbury

Dalam penelitian untuk mengolah limbah dalam skala industri, para peneliti dari University of Birmingham, Inggris menggaet Cadbury Schweppes sebagai partner. Anak perusahaan yang dinamakan Biowaste2energy atau BW2E berencana untuk membuat unit demonstrasi bagi sistem tiga tahapnya.

Seperti halnya proyek di California, metode BW2E dimulai denga tahap fermentasi yang memecah makanan menjadi asam organik, mengkonversikan sekitar 40 persen limbah dalam prosesnya. Proses purifikasi mengkonversi 40 persen lainnya dan sebuah photobioreactor yang menggunakan cahaya dan bakteria mengkonversi sebagian besar sisa endapan menjadi hidrogen, karbondioksida, dan air. Menurut CEO BW2E, David Anthony, proses tiga tahap dipilih karena dapat mengurangi volume limbah lebih banyak daripada dengan proses satu tahap.

Selain menyelamatkan Cadbury dalam lautan karamelnya sendiri, BW2E juga terbuka bagi perusahaan-perusahaan yang mencari cara pengolahan yang lebih baik bagi limbah minuman buah-buahan dan buah-buahan busuk.

Anda punya sisa makanan? Konversikan jadi biogas!

Sumber: http://www.msnbc.msn.com/id/23638979//

Bahan bakar yang diperoleh dengan proses BioForming

Salah satu pekerjaan yang pernah dilakukan Lee Edwards selama 25 tahun karirnya di British Petroleum (BP) adalah memimpin usaha raksasa energi tersebut membuat imej baru. Sekarang, sebagai CEO dari Virent Energy System, perusahaan biofuel yang telah berdiri selama 7 tahun di Madison, Wisconsin, dia telah bergerak jauh melampaui petroleum. Dengan proses eksklusif yang dinamakan BioForming, Virent mengklaim proses tersebut dapat mengkonversi gula dari jagung, switchgrass, dan tanaman pangan lainnya menjadi bahan bakar dengan densitas energi yang lebih tinggi daripada etanol.

Di samping resesi yang menimpa Amerika Serikat dan sejumlah negara di dunia, uang nampaknya terus mengalir bagi Virent. Venture capital diakui Edwards tetap berkembang, hanya lebih selektif. Kebanyakan investor mencari peningkatan teknologi yang telah dapat dibuktikan — proyek angin, solar, sejumlah akticitas berbahan bakar gas. Sejauh ini, perusahaan telah meraih 70 juta dolar dan banyak investor, termasuk Honda (HMC) dan Cargill. Perusahaan ini juga telah melakukan kontrak kolaborasi partnership dengan raksasa minyak Shell (RDSA).

Teknologi BioFarming bekerja dengan prinsip sederhana. Air gula masuk dan bergerak melalui sejumlah reaktor berkatalis, yang akan merengkah molekul-molekul gula dan mereaksikannya dengan bantuan katalis sehingga ada rekombinasi. Reaksi tersbut berlangsung kontinyu dan self-sustaining. Bahan bakar dari gula dengan proses reaksi berkatalis adalah suatu hasil dari proses kimia yang unik. Reaksi katalitik dari pemutusan ikatan gula dan kemudian merekombinasikannya menghasilkan energi lebih besar daripada yang dibutuhkan untuk melangsungkan suatu proses yang berkelanjutan. Hal ini berbeda dengan etanol, yang membutuhkan energi yang sangat besar untuk melakukan pemisahan final terhadap air.

Edwards berharap, pada tahun 2020, industri biofuel dapat menggantikan 15-20 persen bahan bakar dari fosil. Namun, ia juga mengatakan bahwa hal tersebut akan bergantung pada batas-batas tertentu, tergantung pada sifat biofuel itu sendiri. Jika biofuel hanya difokuskan pada etanol, angka tersebut menurutnya tidak akan bisa tercapai.

Perkembangan biofuel menurut Edwards memiliki masa depan yang cemerlang, hal ini didorong oleh beberapa faktor pendukung. Pertama adalah kebutuhan mendesak terhadap teknologi untuk mengkonversikan biomassa menjadi bahan bakan akan membuktikan harga yang kompetitif dengan minyak mentah. Kedua, dunia akan meminta alternatif terbarukan karena dampak karbon yang dihasilkan minyak mentah. Selain itu akan ada penyeimbangan kembali sekuritas energi dan lapangan pekerjaan yang banyak membantu distribusi feedstock.

Faktor-faktor tersebut menurutnya berarti bahwa dunia akan memiliki teknologi yang lebih baik dan dengan harga yang lebih kompetitif. Akan ada nilai tertentu dalam pasar pada waktu dampak karbon dari minyak mentah betul-betul dirasakan, yang akan menyeimbangkan persaingan. Dari segi kebijakan, masyarakat menginginkan kontrol yang lebih pada nasih energi dan biomassa adalah salah satu caranya.

Namun demikian, ada hal-hal yang masih menjadi kendala untuk mempercepat perkembangan bahan bakar terbarukan. Beberapa teknologi yang paling menjanjikan masih dalam tahap penelitian skala pilot atau laboratorium. Teknologi-teknologi ini masih harus dibuktikan kompetitivitasnya terhadap besar produksi dan biaya. Kemudian masih ada pekerjaan pada seluruh bagian upstream dari rantai value. Pada upstream minyak (fosil), proses yang dilakukan adalah drilling, mempompakan minyak, kemudian membawa minyak tersebut dengan tanker ke pemurnian minyak. Diperlukan rantai value yang sama sekali baru dalam hal logistik biomassa.

Perusahaan-perusahaan minyak besar juga tengah mengembangkan program energi alternatif. Namun, menurut Edwards, perusahaan-perusahaan tersebut sangat dipengaruhi oleh teori manajemen cash-flow dan portofolio capital-investment. Mereka tertarik, kemudian mundur, kemudian masuk lagi ke dalam program energi alternatif. Volatilitas dari manejemen cash-flow tersebut, mengingat mereka menginvestasikan milyaran dolar per tahunnya pada proyek upstream (minyak dan gas), dianggapnya bukan cara terbaik untuk mengkomersialisasikan energi.

Harga minyak pada tahun-tahun belakangan sangat tak bisa diprediksi. Jauh lebih mudah bagi industri biofuel untuk mendapatkan keuntungan saat minyak mentah berharga 140 dolar per barel daripada saat harganya menurun drastis menjadi 40 dolar. Hal yang sedang diupayakan industri biofuel ini adalah mengatakan: Anda tahu, kami ingin memutus hubungan dengan komuditas bernama minyak mentah dan membangun suatu komuditas baru bernama energi dari biomassa. Jika minyak mentah tetap pada 40 dolar selamanya, teknologi-teknologi biofuel ini hanya akan berhasil dengan kebijakan-kebijakan signifikan yang dipengaruhi oleh penyediaan lapangan pekerjaan, sekuritas energi, dan upaya-upaya untuk melestarikan lingkungan. Edwards mengatakan, yang perlu dipahami mengenai industri biofuel ini adalah pihaknya berusaha mengubah ekonomi yang dipengaruhi oleh minyak mentah menjadi ekonomi yang dipengaruhi oleh biomassa.

Sumber: http://money.cnn.com/2009/07/23/news/companies/biomass_alternative_energy.fortune/index.htm

Kopi instan mengandung 2/3 kafein kopi asli

Kopi adalah salah satu minuman terfavorit dunia. Dengan sedikit kandungan kafein yang menyegarkan, rasanya yang beda dan aroma dari senyawa volatil seperti 4-(4-hydroxyphenyl)-2-butanone, akan membuat kopi terasa nikmat. Bagi anda yang tidak memiliki cukup waktu luang untuk menikmati seduhan biji kopi, kopi instan lah solusiya.

Kopi instan yang cukup stabil pertama kali diproduksi ilmuan jepang bernama Satori Kato, pada tahun 1901. Selama Perang Dunia II, kopi instan mulai terkenal diantara tentara-tentara U.S setelah Nestlé memasarkan brand Nescafé sejak tahun 1910an. Minuman ini kemudian dikembangkan lagi pada tahun 1963 ketika Kraft mulai mengenalkan Maxwell House freeze-dried instant cofee. Dan dalam beberapa tahun saja, kopi instan jenis freeze-dried sudah mendominasi pasar.

Dengan mengkesampingkan aroma dan rasanya, banyak orang menginginkan kopi karena sensasi menyegarkan dari suatu komponen alkaloid yang disebut caffeine. Menurut National Nutrient Database for Standard Reference, kopi instan memiliki sekitar dua per tiga kandungan kafein kopi asli. Untuk lebih tepatnya, 8 oz kopi asli akan mengandung 95mg kafein, sedangkan pada takaran yang sama kopi instan hanya mengandung 62mg kafein saja. Tapi, bagaimanapun juga kandungan kafein turut dipengaruhi oleh spesies biji kopi, kandungan biji dan proses pengolahannya.

Semua produksi kopi instan mencakup proses pemanggangan biji kopi dan memasaknya didalam air panas. Sebelum hasinya diproses lebih lanjut menjadi kopi instan, oksigen dan partikel-partikel tidak latur didalamnya dipisahkan terlebih dahulu. Setelah itu, hasil masakan kopi dikeringkan dengan beberapa jenis metode untuk menghasilkan kopi instan.

Metode Pengeringan

Salah satu metode yang paling sering digunakan untuk mengeringkan kopi adalah menggunakan spray-drying. Kopi disemprotkan melalui nozzle untuk memproduksi tetesan-tetesan sebesar 300 µm yang akan jaruh ke drying tower, kopi sudah berbentuk bubuk pada saat tetesan tersebut mencapai dasar. Drying tower dijaga pada tekanan tinggi dan temperatur mendekati 270 derajad C. Produk kopi yang bagus akan dibasahi untuk membentuk butiran yang lebih besar sebelum masuk ke bagian pengemasan.

Freeze Dryer

Metode lainnya adalah dengan roses freeze-drying. Hasil masakan kopi pertama-tama dibekukan kemudian dihancurkan untuk membentuk butiran yang diinginkan. Standard & Alternative Products (SAAP), salah satunya menentukan butiran kopi standar sekitar diameter 3mm. Butiran yang terlalu besar atau terlalu kecil akan dilelehkan dan dibekukan kembali. Butiran yang beku dengan ukuran yang sudah sesuai akan diletakkan pada tempat dengan tekanan rendah dengan temperatur -50 derajad C, dan air dipisahkan dengan cara sublimasi ketikan drying chamber mulai menghangat.

Apapun prosesnya, produk akhir biasanya dikemas pada kondisi bebas oksigen menggunakan karbon dioksida atau nitrogen. Proses pengemasan seperti ini dilakukan karena kehadiran oksigen akan mempengaruhi rasa dan aroma kopi. Kopi instan biasanya memiliki kandungan oksigen yang sangat kecil dan kandungan air antara 1 sampai 4 persen. Kandungan air tersebut menyebabkan mikroba tidak dapat berkembangbiak. Kondisi-kondisi tersebutlah yang menyebabkan kopi instan dapat bertahan selama dua tahun sebelum batas kadaluarsanya.

“Sekarang, perusahaan besar kopi instan sudah menggunakan freeze-drying pada proses utamanya”, menurut Daniel Gedance, president dari SAAP. “Walaupun biaya utama kopi instan berasal dari biaya yang menyangkut distribusinya, biaya produksi kopi instan dengan menggunakan proses freeze-drying akan 35 persen lebih tinggi dibandingkan dengan proses spray-drying“, beliau menambahkan. Proses Freeze-drying menjadi lebih mahal dikarenakan oleh metode ini membutuhkan biji kopi berkualitas dengan jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan proses spray-drying.

Keterangan lengkap mengenai Teknologi Pengeringan Bahan Makanan.

Sumber:
American Chemical Society
Wikipedia
Chemical & Engineering News

Milk as pasteurization-sterilization product

Liquid milk for consumption is mostly either pasteurized or sterilized. Pasteurization is a mild process, designed to inactivate the major pathogenic and spoilage bacteria in raw milk. Further improvements in shelf-life can be obtained by careful control of post-pasteurization contamination (PPC), by use of good quality raw milk and manipulations of the processing conditions. Eventually, however, such milks will spoil due to survival and growth of thermoduric bacteria or any post-pasteurization contaminants.

To keep milk for longer than few days at ambient temperature, it needs to be sterilized. The traditional process involves heating milk in a sealed container in the temperature range 114-120 Celcius degree for 20-30 minutes. More recently UHT processes have been introduced. These are continuous sterilization processes and involve temperatures in excess of 135 Celcius degree for times of greater than 1s, followed by aseptic packaging.

One of the main purposes of heat treatment is to reduce the microbial population in raw milk. Also, when milk is heated enzymes are inactivated, chemical reactions take place and there are changes in physical properties. Some important ones are a decrease in pH, precipitation of calcium phosphate, denaturation of whey proteins and interaction with casein, Maillard browning and modifications to the casein micelle.

The two most important kinetic parameters are the rate of reaction or inactivation at a constant temperature and the effect of temperature change on reaction rate. The heat resistance of vegetative bacteria and microbial spores at a constant temperatures is characterized by their decimal reduction time (D value), this is the time required to reduce the population of 90% or one decimal reduction (one log cycle). The number of decimal rductions (log N0/N) can be evaluated from:

log (N0/N) = heating time/D

where N0 = the initial population, N = final population

The two important points follow from this. Firstly, it is not possible to achieve 100% reduction. Secondly, for a spesified heat treatment, the final population will increase as the initial population increases.

Pasteurization

The first stage in the history of pasteurization between 1857 and the end of the nineteenth century might well be called the medical stage, as the main history in heat-treating milk came chiefly from the medical profession interested in infant feeding. In 1927, North and Park established a wide range of temperature-time conditions to inactivate tubercle bacillus.

milk pasteurization

HTST (high temperature-short time) continuous processes were developed between 1920 and 1927 and for some time the ability of the HSTS process to produce safe milk was questioned. One method of pasteurization produces as good bottle of pasteurized milk as does the other when good methods are used and when conditions are comparable. These included test of the following:

1. Raw milk quality (platform test)
2. Pasteurizability (survival of thermodurics)
3. Efficiency of pasteurization (pathogens and phosphatase)
4. Recontamination (thermophilic and coliform bacteria and the methylene blue test)
5. General bacteria quality, including organisms surviving pasteurization plus contaminating organisms (plate court)

Enzymes in raw milk may give rise to problems in pasteurized milk. However, it is unlikely that bacterial lipases and proteases, which are very heat resistant, will cause problems in pasteurized milks because of their relatively short shelf-life and refrigerated storage conditions.

In general, the lower the storage temperature, the better is the keeping quality. Raw milk is typically stored at 4 Celcius degree, temperatures in the cold chain are slightly higher and they are likely to be higher still in domestic refrigerators.

There is a requirement to further increase the shelf-life of pasteurized products, both for the convenience of the consumers and to provide additional protection against temperature abuse. However it is important to avoid the onset of cooked flavor, which would result from more severe pasteurization temperatures.

Sterilization

Sterilization of milk become a commercial proposition in 1894. Milk can be sterilized either in bottles or other sealed containers or by using ultra-high temperature (UHT) processing, which involves continuous sterilization followed by aseptic packaging.

Foods have been sterilized in sealed containers, such as cans, for over 200 years. Milk was originally sterilized in glass bottles sealed with a crown cork but more recently plastic bottles are used. The main aim is to inactivate heat-resistant spores, thereby producing commercially sterile product with an extended shelf-life.

Ultra-high temperature (UHT) offers some distinct advantages over in-container sterilization. Chemical reactions are less temperature sensitive so the use of higher temperatures, combined with more rapid heating and cooling rates, helps to reduce the amount of chemical reaction. There is also a choice of indirect heat exchangers for milk, such as plate or tubular types, as well as direct steam injection or infusion plants, all of which heat products at different rates and shear conditions.

For extended shelf-life and UHT products, aseptic packaging should be used of which a number are available. They are involve putting a sterile product into a sterile container in an aseptic environment. superheated steam has been used for sterilization of cans. Irradiation may be used for plastic bags.

Package should be inspected regularly to ensure that they are air-tight, again focusing upon those more critical part of the process. Sterilization procedures should be verified. The seal integrity of the package should be monitored as well as the overall microbial quality of packaging material itself. Rinsing, cleaning, and disinfecting procedures are also very important.

Reference:

Smit, Gerrit (editor). 2000. Dairy Processing: Improving Quality. Cambridge: Woodhead Publishing Limited. Improvements in the pasteurisation and steriliation of milk by M.J. Lewis, The University of Reading, UK.

All we have is a closed-loop photo bio-reactor. Our goal is to produce the greatest amount of biomass from algae that we can. By going vertical we believe that we can increase the yield by increasing the surface area and the volume of material getting exposed to sunlight. We have a system that continually recycles, it’s a dynamic system, in a closed-loop.

Algae goes down, starts out of a tank, gets picked up by pumps, goes up into the reactors, and then gravity heights control, lose it to the reactors, get exposed to sunlight, go back into the tank, and the cycle repeated over and over again. Algae is the fastest organism, fastest growing plant on the planet. And it sequesters the greatest amount of carbon dioxide, but in the same time, it produces lipids, basically vegetable oils, and a lot of it. So, if you look at a single-cell of algae in the right species, as much as 50% of its body weight is high-grade vegetable oil. So while we are sequestering carbon dioxide, we are also producing these high-grade lipids that can be used for a variety of purposes.

The beauty of the algae is the fact that we can actually be selective about what carbon chains are coming out of it. So for example, if you want to make jet fuel, we could give you a strain of algae that’s going to make the carbon chains necessary to manufacture jet fuel much more efficiently that you can in the other crop. If you want to make diesel for a truck, we can give you the carbon chains that are ideal for that. We can tailor the lipids based on the species of algae that we are growing.

If I grow an acre of corn and I’m looking at it from the stand point of producing oil, I can grow about 18 gallons of oil per acre per year. Moving up to the most prevalent, palm, we can get 7,800 gallons per acre per year; algae can go up to 20,000 gallons of oil per acre per year. And that’s just from the open-surface system, and not from the closed bio-reactor system.

The problem with the open-surface system is that one: once the algae starts growing, light will only penetrate about an inch or an inch and a half to the surface; it blocks light from the rest of the surface. We also have an enormous amount of water evaporation so we’re losing enormous amount of water that causing us to replace. And third most critical thing to us, we get contaminants from other algae species that flowed from the atmosphere and landed there and become competitive with the algae that we want to grow.

We would try to recapture every drop of water that we can. And the only water we lose is what actually bound up in the algae and goes into the oil itself and the byproduct from the algae. And once we’ve extracted the oil, we can even use the byproduct for feedstock, for sour remediation to make fertilizer, or we can ferment it and produce ethanol out of that.

If we took one-tenth of the State of New Mexico and convert it to algae production, we could meet all the energy demands for the entire United States.

This video is co-provided by YouTube. If you experience errors playing the video, check you Internet connection. The video needs a high speed DSL/Broadband connection. To avoid lag times when playing the video, click the play button and let your Internet browser cache the video. Re-play after the video has been cached completely.

Notations

Gasification is a process that converts carbonaceous materials, such as coal or biomass, into gas mixture of carbon monoxide, hydrogen, methane, and other gas by reacting raw material at certain condition which can involve or not involve other reactant. The resulting gas mixture is called synthesis gas or syngas and is itself a fuel. Gasification is a very efficient method for extracting energy from many different types of organic materials, and also has applications as a clean waste disposal technique.

The advantage of gasification is the syngas utilization which is more efficient than direct combustion of the original fuel; more of the energy contained in the fuel is extracted. Syngas may be burned directly in internal combustion engines (ICE), used to produce methanol and hydrogen, or converted via Fischer-Tropsch process into synthetic fuel. Gasification of fossil fuels is currently widely used on industrial scales to generate electricity. In this work, gasification is distinguished into two kind based on the operating temperature: conventional gasification (higher temperature) and biogasification (lower temperature).

Conventional gasification process is conducted in relatively extreme operating condition (T > 7000°C, P > 1 atm), which consumes more capital and operating cost. Biogasification has a rather mild operating condition and therefore consumes less cost. But on the other hand, the products are not diversified as much as conventional gasification and have slower reaction rate per feed mass unit. This work aimed to give perspective about biogasification process especially the one that uses lignite coal as feed.

Conventional Gasification

In conventional gasification, coal undergoes several consecutive processes:

Figure 1. Illustration of pyrolysis process in conventional gasification.

Figure 2. Illustration of the gasification process in conventional gasification.

1. The heating or drying process. Moisture content of the coal will be removed by this process.
2. The pyrolysis (or devolatilization) process occurs as the carbonaceous particle heats up. Volatiles are released and char is produced. The process depends on the properties of the carbonaceous material and determines the structure and composition of the char, which will then undergo gasification reactions.
3. The combustion process occurs as the volatile products and some of the char reacts with oxygen to form carbon dioxide and carbon monoxide, which provides heat for the subsequent gasification reactions. Letting C represent a carbon-containing organic compound, the basic reaction here is C + 0.5 O₂ -> CO
4. The gasification process occurs as the char reacts with carbon dioxide and steam to produce carbon monoxide and hydrogen, via the reaction C + H₂O -> H₂ + CO
5. CO from gasification process reacts with steam to yield carbon dioxide and hydrogen gas until equilibrium is reached. The equilibrium reaction is CO + H₂O = CO₂ + H₂

There are three types of contacting methods between coal and other reactants in conventional gasification: fixed bed, fluidized bed, entrained flow. Further information about these contacting methods can be seen in this article (article in Bahasa Indonesia).

Biogasification

Biogasification process (Fig. 3) is a highly complex microbial process. Although many microorganisms can be involved in these fermentative reactions, this work only talks about bacteria fermentation because of following reasons:

1. Bacteria cell has the second smallest size amongst microorganism (the first was virus, which has been known does not grow on coal) so they can penetrate better into micropores of the coal than other microorganism.
2. Bacteria is the microorganism that has been studied thoroughly as biocatalyst of biogasification process.

Figure 3. Schematic diagram of biogasification process. (A) hidrolytic process (B) acidogenic process (C) methanogenic process

In this process, organic compounds of coal are being degraded in three consecutive and parallel reactions, which are: hidrolytic, acidogenic, and methanogenic, which are explained below.

1. Hidrolytic bacteria, which are involve in the first step, degrade complex organic to simple organics, etc. These bacteria are usually obligate anaerobes in genera such as Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, etc. One that often used is Escherichia coli.
2. Acidogenic bacteria degrade the simple organics further. These bacteria are usually anaerobes too. An example of this group is Methanobacterium omelianskii.
3. Methanogenic bacteria are the one that produce methane and carbon dioxide. They are unicellular, Gram-variable, strict anaerobes that do not form endospores. Several species of methanogenic bacteria have been isolated, studied in pure culture. Some of notable species are Methanobacterium formicicum, M. bryantii, Methanobrevibacter ruminantium, Methanococcus halophillus.
   The microorganisms for the reaction can be obtained from anaerobic waste water treatment, preferably the one that treats coal slurry.

Assumption, Data, and Additional Information

1. The bases of calculation is 100 tones of coal
2. Physical properties (molecular weight, heat capacity, and density) of coal are taken by simulation (Aspen Hysys 3.2 ®) and calculation from available data. The values of the physical properties are displayed in Table 1.

Table 1. Properties of coal

Properties of coal	Value
Heat capacity (MJ/ton.K)	4.1816
Molecular weight	8.053643
Density (kg/m3)	1350

3. Conventional gasification syngas component properties, which are: mean % yield (mol/mol dry coal) and heat of combustion, are obtained from Klass and Geankoplis, respectively. The values are displayed in Table 2.
4. Raw gas compositions of the product gas from biogasification process are obtained by using data from Leuschner and calculating the mass balance. The process scheme is displayed in Fig. 4.

Figure 4. Schematic diagram of a biogasification plant

The detail of data and assumption that was taken to calculate the mass and energy balance from Figure 4 is mentioned below.

Pretreatment

1. Adding of water (solvent and steam) 10 times of lignite mass flow.
2. Adding of NaOH (0.17 b/b slurry) and H2O2 (1.8 b/b slurry).
3. Preheating to 250°C and 45 bar.
4. Retention time in reactor: 80 s.
5. Pretreatment Reactor Yield (DSS/feed) = 56.25%.
6. TDVS = 43.75 % of feed = 77.78 % of DSS.

Biogasification

1. There are two methods to fermented solubilized lignite: anaerobic packed column, and anaerobic halophilic in salty cavern.
2. Anaerobic packed column is chosen because:
   • has shorter retention times than salty cavern (24 hours to 16 days) to achieve same rate of methane production (1.2×108 SCFD)
   • has smaller reactor volume than salty cavern (2.3×107 gal to 3.68×108 gal)
   • Economic analysis by Leuschner shows that using anaerobic halophilic microorganism will cost more in capital, operation, and maintenance.
3. Operation condition of anaerobic digester: temperature 350C in atmospheric pressure.
4. TDVS is converted 100%.
5. Conversion of TDVS into CH4 = 40% of TDVS = 31.112 % of diluted soluble solid or 17.5 % from dry raw coal
6. Conversion of TDVS into TVA = 20% of TDVS = 15.556 of diluted soluble solid.
7. The rest of TDVS is converted into CO2.
8. Energy consumption is defined as energy that needed to conduct the highest operating temperature for each process.
9. Our parameter of comparison is amount of energy production and percentage of energy consumption per energy production.

Results

The result which is displayed in Table 3 showed us that biogasification process has the lowest % energy (consumption/production) but also has the lowest amount of energy production. This fact indicates that biogasification process is the most efficient process in energy usage but produce the least energy per unit mass of feed coal.

Conclusion

From the result we can conclude that biogasification is a prospective industry from energy efficiency point of view. The disadvantage of the process, which is small amount of energy production, can be reconsidered since the solid phase still can be utilized as feed for other processes like combustion reaction to produce additional energy. The calculation of this combustion process can not be done because of the lack of information in such process. It is suggested to do further research in biogasification of coal before establish it in large scale industry.

References

1. Klass, Donald L., 1998. Biomass for Renewable Energy, Fuels, and Chemicals. Academic Press.
2. Leuschner, A. P., Mark J.L., and Annette S. M., Biological Methane Production from Texas Lignite. Bioprocessing and Biotreatment of Coal, 109-130
3. Sasongko, D., 2006. Coal Utilization and Processing. Lecture Note of Department of Chemical Engineering, Faculty of Industrial Technology, Institut Teknologi Bandung.
4. Setiadi, Tjandra and Retno G. D., 2003. Pengelolaan Limbah Industri. Lecture Note of Department of Chemical Engineering, Faculty of Industrial Technology, Institut Teknologi Bandung.
5. Speight, J.G., 1994. The Chemistry and Technology of Coal. Marcell Dekker, Inc.

Pada era 1960-1970an, ilmu teknik kimia banyak diaplikasikan dalam pembuatan pabrik-pabrik bahan kimia komoditas dimana pada umumnya pabrik-pabrik ini memiliki volume produksi yang besar. Bersamaan dengan itu pengetahuan tentang fenomena proses kimia yang terjadi dalam suatu plant faciilities dianggap sebagai salah satu keahlian utama dari insinyur kimia. Ini pula menjadi salah satu alasan insinyur kimia dikenal luas sebagai process engineer.

Pada perkembangan berikutnya, ilmu teknik kimia juga ‘berkolaborasi’ dengan ilmu biologi dan aplikasi-aplikasi dari ilmu tersebut melahirkan cabang ilmu teknik kimia yang dikenal dengan nama teknik bioproses (bioprocess engineering). Dewasa ini, ilmu teknik kimia tidak hanya menggandeng ilmu-ilmu murni namun juga ilmu terapan, salah satunya adalah ilmu pangan. Ilmu pangan dalam konteks ini tidak terkait dengan ilmu menanam bahan pangan atau ilmu bagaimana cara mengembangbiakan ternak namun lebih kearah karakteristik bahan pangan itu sendiri; entahkah itu masih berupa bahan mentah atau produk jadi yang siap untuk dikonsumsi dan tidak terbatas pada makanan akan tetapi bisa juga berupa produk-produk suplemen pangan seperti vitamin, zat penambah gizi, bahkan hingga produk-produk farmasi.

Food engineering atau ilmu rekayasa pangan dapat didefinisikan sebagai cabang dari ilmu teknik yang mempelajari konsep-konsep dan prinsip-prinsip rekayasa untuk mengubah bahan pangan mentah menjadi produk pangan yang memiliki nilai tambah lebih bagi konsumen dan juga aman untuk dikonsumsi. Lalu apa hubungan antara ilmu teknik kimia dengan food engineering? Sekilas memang akan tampak berbeda jika kita melihat bahwa aplikasi ilmu teknik kimia yang selama ini kita pelajari lebih banyak berkutat pada pembangunan pabrik-pabrik besar yang notabene tidak berhubungan dengan bahan pangan (misalnya pabrik pupuk, kilang minyak, pabrik likuefaksi gas alam, dan lain sebagainya). Akan tetapi, jika dilihat dari definisinya, terdapat dua kata kunci yang beririsan dengan kata kunci dari ilmu teknik kimia yaitu: 1) mengubah/konversi, 2) bahan dan produk. Inilah yang menjadi benang merah mengapa ilmu rekayasa pangan tidak dapat ‘dipisahkan’ dari ilmu teknik kimia.

Bidang penerapan ilmu rekayasa pangan kebanyakan berkaitan dengan kegiatan kegiatan sebagai berikut:

• perancangan alat–alat pemroses dan proses itu sendiri untuk menghasilkan makanan (foods),
• perancangan dan pengaplikasian dari prinsip-prinsip keamanan pangan (food safety) dan pengawetan makanan termasuk standar mutu dari kedua faktor tersebut dalam proses produksi pangan,
• proses bioteknologi dalam produksi pangan,
• pemilihan dan perancangan material pengemas produk pangan, dan
• kontrol kualitas dari proses produksi produk pangan.

Food engineering. Proses perancangan dan pengoperasian alat penyortir buah oleh beberapa food engineer

Sebagai contoh nyata, adalah seorang food engineer (FE) yang memiliki bahan baku berupa jagung dan dia akan membuat sup jagung kalengan siap saji bagi konsumen. Dalam konteks ini, sang FE dianggap mempunyai ide produk dan bahan baku sehingga dia harus mencari tahu proses apakah yang secara ekonomis dan teknikal layak untuk dirancang dan dioperasikan. Contoh lainnya adalah apabila sang FE mempunyai ide bahan baku berupa jagung yang didukung dengan ide proses pengolahan jagung menjadi pakan ternak olahan dan ide proses pengolahan jagung menjadi sup jagung kaleng siap saji. Seorang FE harus mampu menentukan manakah alternatif proses yang lebih baik dari antara dua pilihan yang ia miliki.

Deskripsi tersebut memang terkesan gampang dan sepele karena siapapun pasti bisa membuat sup jagung sendiri di rumah atau membuat pakan ternak sendiri dengan kondisi operasi yang relatif lebih lunak (kebanyakan tekanan dan temperatur atmosferik). Hal itu nampak amat berbeda dengan ilmu teknik kimia yang selama ini kita ketahui yang banyak melibatkan tekanan dan temperatur tinggi. Akan tetapi, pada kenyataannya, untuk membuat sup jagung kaleng siap saji dalam skala katakanlah 100 ton/hari, katering terbaik di kota besar sekalipun mungkin akan “angkat tangan” dan menyatakan hal itu sebagai sesuatu yang mustahil. Pada titik inilah food engineering berperan dalam mengimplementasikan ide (sup jagung kaleng) tadi menjadi kenyataan.

Berangkat dari hal tersebut, akan timbul banyak pertanyaan mengenai apa saja yang dipelajari di dalam ilmu pangan yang dapat membuat “ide” tadi menjadi kenyataan. Berikut ini adalah sebagian dari ilmu-ilmu yang akan dipelajari jika teman-teman masuk ke dalam jurusan food engineering:

• kalkulus (matematika)
• fisika, kimia, biologi molekular, kimia organik
• teknik-teknik rekayasa dasar (material dan mekanika dasar)
• termodinamika
• mekanika fluida
• peristiwa perpindahan (transport phenomena)
• pengendalian proses
• statistik
• ekonomi (cost engineering, project management)
• ilmu pangan, terkait dengan mikrobiologi pangan dan kimia pangan
• unit operasi (perpindahan massa, panas, dan momentum)
• teknik reaksi kimia (dan biokimia)
• bahasa dan humaniora

Jika kita perhatikan, “kurikulum sederhana” dari bidang food engineering ini tidaklah jauh berbeda kurikulum ilmu teknik kimia yang selama ini kita kenal; kecuali pada ilmu-ilmu yang digarisbawahi yang memang menjadi mata kuliah pembeda dengan ilmu teknik kimia pada umumnya. Perbedaan dan persamaan ilmu teknik kimia dengan food engineering terangkum dalam tabel berikut:

Perbedaan lain antara food engineering dan teknik kimia adalah pada aspek safety. Dalam ilmu teknik kimia, konsep safety hanya mengacu pada keselamatan kerja terkait dengan proses perancangan, konstruksi, dan pengoperasian pabrik. Sedangkan dalam food engineering, aspek safety tidak hanya ditinjau dari sisi tersebut melainkan juga dari sisi keamanan produk yang akan dikonsumsi oleh konsumen. Untuk aspek tersebut dikenal suatu prosedur yang dikenal sebagai Hazard Analytical Critical Control Point (HACCP) yang digunakan untuk memastikan bahwa produk yang dikonsumsi, beserta proses pembuatanya hingga sumber bahan bakunya, adalah aman untuk dikonsumsi dan terjamin mutunya.

Traditionally, the waste get transported to one huge ethanol plant which is costly and time-consuming. In other words, completely wasteful. That’s when we understood we needed to turn around our way of thinking. We didn’t want to build one gigantic ethanol plant but many small ones instead. If the waste mountain won’t come to the plant, let’s bring the plant to the waste mountain. This thought brought about a completely new way of making bioethanol: dispersed production.

By building small ethanol units next to these factories, the biowaste and other leftovers don’t get sent to landfills anymore; instead, to a very efficient process of fermentation, they distilled into 85% alcohols. Even the energy to power this process comes from renewable resources. The leftovers from the fermentation process can also be used as feed for animals. And since the bioethanol plants are close to that build factories and farms, we save on transportation.

The same container trucks that re-stock from petrol station are used to move the ethanol from the small units to a larger plant. On their way back from the petrol stations, they simply fill their tank with ethanol, so we avoid driving empty trucks around. The ethanol needs to be boosted so it can be blended with petrol. We do that in a separate de-watering unit where the ethanol is turned into almost pure alcohols. Thanks to the day of advanced technologies, this process consumes very little energy.

That’s the idea behind St1′s dispersed ethanol production: We scatter small units all around the world next to food factories that produce biowaste and farms that can use the leftovers. We keep an eye on energy consumption and we keep the environment clean. This is how we create the world’s cleanest bioethanol without producing any extra greenhouse gases.

St1 energy company is implementing through operations its vision of being the leading manufacturer and vendor of CO2 -free energy products in Europe. St1 now operates more than 400 service stations in Finland, 41 stations in Sweden and 4 distribution units in Poland. St1 also sells electricity to consumers and smaller companies and is a large scale vendor of heating oil all over Finland.

This video is co-provided by YouTube. If you experience errors playing the video, check you Internet connection. The video needs a high speed DSL/Broadband connection. To avoid lag times when playing the video, click the play button and let your Internet browser cache the video. Re-play after the video has been cached completely.

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.

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.

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.

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 75^oC 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.

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

Karakteristik utama dari limbah industri tekstil adalah tingginya kandungan zat warna sintetik, yang apabila dibuang ke lingkungan tentunya akan membahayakan ekosistem perairan. Zat warna ini memiliki struktur kimia yang berupa gugus kromofor dan terbuat dari beraneka bahan sintetis, yang membuatnya resisten terhadap degradasi saat nantinya sudah memasuki perairan. Meningkatnya kekeruhan air karena adanya polusi zat warna, nantinya akan menghalangi masuknya cahaya matahari ke dasar perairan dan mengganggu keseimbangan proses fotosintesis, ditambah lagi adanya efek mutagenik dan karsinogen dari zat warna tersebut, membuatnya menjadi masalah yang serius. Tentunya teman-teman tidak mau bukan memakan ikan yang sudah tercemar?

Pengolahan limbah fisika-kimia yang sudah ada sangatlah mahal, dan dapat memberi masalah lingkungan yang baru, yaitu dihasilkannya lumpur dalam jumlah yang besar. Terlebih lagi, penghilangan zat warna tidak dapat berlangsung secara optimal, tetap tertinggal zat warna dalam kadar cukup tinggi di dalam air hasil pengolahannya. Oleh karena itu, dengan ditemukannya metode pengolahan limbah tekstil menggunakan jamur ini, kita tentunya dapat berharap dengan makin terwujudnya industri tekstil yang eco-friendly.

Jenis Jamur yang Digunakan

Seperti yang tadi dikemukakan di atas, jamur yang berperan di dalam proses ini merupakan jenis jamur lapuk putih (white-rot fungi). Jamur ini merupakan jamur dari jenis Basidiomycetes, yang berarti memiliki tubuh buah yang seringkali berbentuk seperti payung (disebut basidium). Mereka dinamai jamur lapuk putih karena mereka mampu mendegradasi substrat kayu yang berwarna kecoklatan (lignin) menjadi materi selulosa yang berwarna putih.

Beberapa jenis jamur yang umum digunakan dalam penghilangan zat warna tekstil ini antara lain:

Marasmius sp. Shaped like tiny umbrellas of a half centimetre across, these mushrooms are found in leaf litter. They have a leathery texture and the long thin stalks are also tough and wiry.

Phanerochaete chrysosporium This fungi is belong to the family Corticiaceae. Its fruiting body forms a crust and located on the underside of a log.

Trametes versicolor This fungus is classified into Basidiomycetes. Trametes versicolor can make a fruiting body up to 10 cm broad, bracket to shelf-like or fan-shaped, attached along one side or just near the middle of one side.

Mekanisme dari Penghilangan Warna

Jamur lapuk putih memproduksi enzim-enzim pendegradasi lignin yang non-spesifik, yang dapat mendegradasi berbagai jenis zat pengotor organik, termasuk zat warna tekstil. Enzim-enzim yang diproduksi oleh jamur lapuk putih mengkatalis penguraian zat warna tekstili menggunakan mekanisme pembentukan radikal bebas. Metode ini sangatlah murah apabila ditinjau dari kelayakan ekonominya, dan yang paling penting, molekul zat warna dalam limbah dapat direduksi secara efektif menjadi komponen yang tidak berbahaya, bukannya malah turut memproduksi bahan kimia yang berbahaya atau zat padat yang menimbulkan permasalahan pembuangan lebih lanjut. Karena seperti yang teman-teman ketahui enzim merupakan protein, yang di alam dapat dengan mudah diuraikan menjadi asam amino.

Yah, semoga saja teknologi ini nantinya akan diterapkan dalam skala besar dan meluas. Pertama di industri tekstil, mungkin saja nantinya bisa meluas ke pengolahan limbah industri yang lain. Jadi nantinya benar-benar bisa terwujud industri-industri yang eco-friendly.