MAKALAH ENERGI BIOFUEL

BIOETANOL DARI BOJAG (BONGGOL JAGUNG)&PERBANDINGAN PENGGUNAAN G1 DENGAN G2

Disusun Oleh :KELOMPOK 81. Adree Gumilang Sukmana(5212412058)1. Khairul Vandyhantoro(5212412059) 1. Delio Pradana(5212412061)1. Samuel Lau Senuan(5212412062)1. Moh. Arif Budianto(5212412063)

TEKNIK MESINUNIVERSITAS NEGERI SEMARANGTAHUN 2015BAB IPENDAHULUANA. Latar BelakangBiofuel berperan penting pada pencapaian target dalam menggantikan bahan bakar minyak seperti bensin (petroleum) dengan bahan bakar alternatif. Selain itu juga berperan sebagai pereduksian emisi karbon dioksida dalam jangka panjang. Tumbuhan yang potensial untuk menghasilkan bioetanol antara lain tanaman yang memiliki kadar karbohidrat tinggi (gula, pati, selulosa, dan hemiselulosa), seperti tebu, nira, aren, sorgum, ubi kayu, jambu mete (limbah jambu mete), garut, batang pisang, ubi jalar, jagung, bonggol jagung, jerami, dan bagas (ampas tebu).Jagung adalah salah satu produk pertanian yang banyak dihasilkan di negara Indonesia. Pada tahun 2007 produksi jagung nasional mencapai 13.287.527 ton dan diperkirakan meningkat menjadi 14.854.050 ton pada tahun 2008 (Anonim, 2006 dalam Subekti, 2006). Di Indonesia penghasil jagung terbesar adalah Jawa Timur sebanyak 5,5 juta ton diikuti Jawa Tengah 3 juta ton; Lampung 2,1 juta ton; Sulawesi Selatan 1,3 juta ton; Sumatera Utara 1,4 juta ton; Jawa Barat : 900 ribu ton. (BPS, 2010). Buah jagung terdiri dari 30% limbah yang berupa tongkol jagung (Irawadi, 1990 dalam Subekti, 2006). Jika dikonversikan dengan jumlah produksi jagung pada tahun 2008, maka negara Indonesia berpotensi menghasilkan tongkol jagung sebanyak 4.456.215 ton. Jumlah limbah tersebut dapat dikatakan sangat banyak dan akan menjadi sangat potensial jika dapat dimanfaatkan secara tepat.Salah satu pemanfaatan limbah tongkol jagung yang potensial yaitu sebagai bahan baku produksi bioetanol. Karena tongkol jagung mengandung selulosa yang dapat diolah menjadi etanol dengan cara fermentasi. Secara umum produksi bioetanol biasanya melalui 3 proses penting yaitu: Pretreatment (Delignifikasi), Produksi Gula (Sakarifikasi/ Hidrolisis) dan Produksi Etanol (Proses Fermentasi).

B. Rumusan MasalahAdapun rumusan masalah dari makalah ini adalah :1. Bagaimana potensi limbah tongkol jagung jika digunakan sebagai bahan baku produksi etanol ?2. Bagaimana proses produksi etanol dari tongkol jagung dan faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi hasil proses produksi ?3. Bagaimana perbandingan penggunan bahan baku generasi pertama (G1) dan kedua (G2) sebagai bahan baku produksi etanol ?C. TujuanAdapun tujuan dari makalah ini adalah :1. Mengetahui potensi limbah tongkol jagung sebagai bahan baku produksi etanol.2. Mengetahui proses produksi etanol dari tongkol jagung yang baik dan benar serta faktor-faktor yang mempengaruhi proses produksi.3. Mengetahui perbandingan penggunaan bahan baku generasi pertama dan kedua sebagai bahan baku produksi etanol.BAB IIISIA. Kajian Teori1. JagungJagung (Zea mays ssp. mays) adalah salah satu tanaman pangan penghasil karbohidrat yang terpenting di dunia, selain gandum dan padi. Bagi penduduk Amerika Tengah dan Selatan, bulir jagung adalah pangan pokok, sebagaimana bagi sebagian penduduk Afrika dan beberapa daerah di Indonesia. Di masa kini, jagung juga sudah menjadi komponen penting pakan ternak. Penggunaan lainnya adalah sebagai sumber minyak pangan dan bahan dasar tepung maizena. Berbagai produk turunan hasil jagung menjadi bahan baku berbagai produk industri. Beberapa di antaranya adalah bioenergi, industri kimia, kosmetika, dan farmasi.

Gambar Jagung (Zea mays L)Sistematika klasifikasi tanaman jagung (Zea mays L) sebagai berikut :Kingdom: Plantae PlantsSubkingdom :Tracheobionta Vascular plantsSuperdivision :Spermatophyta Seed plantsDivision : Magnoliophyta Flowering plantsClass :Liliopsida MonocotyledonsSubclass :CommelinidaeOrdo :CyperalesFamily : Poaceae Grass familyGenus : Zea L. cornSpecies : Zea mays L. corn (http://plants.usda.gov/java/profile?symbol=ZEMA)Di Indonesia penghasil jagung terbesar adalah Jawa Timur sebanyak 5,5 juta ton diikuti Jawa Tengah 3 juta ton; Lampung 2,1 juta ton; Sulawesi Selatan 1,3 juta ton; Sumatera Utara 1,4 juta ton; Jawa Barat : 900 ribu ton. (BPS, 2010) Dan hingga saat ini komoditas jagung di Sumatera Utara masih berada di 5 besar produksi komoditas jagung terbanyak.

Gambar 2. Tongkol jagungTongkol pada jagung adalah bagian dalam organ betina tempat bulir duduk menempel. Istilah ini juga dipakai untuk menyebut seluruh bagian jagung betina (buah jagung). Tongkol terbungkus oleh kelobot (kulit buah jagung). Secara morfologi, tongkol jagung adalah tangkai utama malai yang termodifikasi. Malai organ jantan pada jagung dapat memunculkan bulir pada kondisi tertentu. Tongkol jagung muda, disebut juga babycorn, dapat dimakan dan dijadikan sayuran. Tongkol yang tua ringan namun kuat, dan menjadi sumber furfural, sejenis monosakarida dengan lima atom karbon. Tongkol jagung merupakan salah satu limbah lignoselulosik yang banyak tersedia di Indonesia. Limbah lignoselulosik adalah limbah pertanian yang mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Masing-masing merupakan senyawa-senyawa yang potensial dapat dikonversi menjadi senyawa lain secara biologi. Selulose merupakan sumber karbon yang dapat digunakan mikroorganisme sebagai substrat dalam proses fermentasi untuk menghasilkan produk yang mempunyai nilai ekonomi tinggi (Suprapto dan Rasyid, 2002 dalam Puji, Astuti dkk, 2008). Komponen utama limbah tongkol jagung yaitu selulosa (32,3-45,6%), hemiselulosa (39,8%), dan lignin (6,7-13,9%) (Menon dan Rao, 2012).

2. BioetanolBioetanol adalah etanol yang diproduksi dengan cara fermentasi menggunakan bahan baku hayati. Etanol adalah ethyl alkohol (C2H5OH) yang dapat dibuat dengan cara sintesisethylenatau dengan fermentasi glukosa. Etanol diproduksi melalui hidrasi katalitik darietilenatau melalui proses fermentasi gula menggunakan ragiSaccharomyces cerevisiae. Beberapa bakteri sepertiZymomonas mobilisjuga diketahui memiliki kemampuan untuk melakukan fermentasi dalam memproduksi etanol (Bambang Prastowo, 2007).Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH.Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dengan air dengan segala perbandingan.Etanol atau etil alkohol, C2H5OH merupakan suatu senyawa organik yang tersusun dari unsur-unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Etanol dapat diperoleh dari bahan baku nabati dengan melalui proses fermentasi sehingga lebih dikenal dengan sebutan bioetanol. Berdasarkan berbagai penelitian diperoleh bahwa bahan lignoselulosa yaitu selulosa, hemiselulosa, dan lignin juga dapat dikonversi menjadi etanol yang dapat digunakan untuk mensubtitusikan bahan bakar minyak/bensin. Ketika etanol dihasilkan dari biomassa yang mengandung pati atau selulosa (Lignoselulosa), maka etanol mampu menjadi bioenergi. Atau seperti yang dijelaskan diatas dikenal dengan istilah bioetanol. Namun pada intinya bahan dasar pembuatan bioetanol adalah sumber daya alam nabati yang mengandung komponen pati, gula atau serat selulosa (Hambali dkk, 2007).

Berdasarkan rujukan tersebut jelas bahwa tongkol jagung yang merupakan salah satu limbah lignoselulosik (limbah pertanian yang banyak mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin) memanglah cocok digunakan sebagai bahan dasar dari pembuatan bioetanol.

3. Produksi BioetanolSecara umum produksi bioetanol biasanya melalui 3 proses penting, yaitu :1) Pretreatment (Delignifikasi)Delignifikasi adalah proses yang menghasilkan selulosa.2) Produksi Gula (Sakarifikasi/ Hidrolisis)Hidrolisis adalah proses produksi gula dari selulosa menggunakan zat-zat penghidrolisa seperti air, asam, basa dan enzim.3) Produksi Etanol (Proses Fermentasi)Fermentasi adalah proses pembentukan alkohol oleh mikrobakteria dalam keadaan anaeorobik (tanpa oksigen).B. Pembahasan1. Potensi limbah tongkol jagungJagung adalah salah satu produk pertanian yang banyak dihasilkan di negara Indonesia. Pada tahun 2007 produksi jagung nasional mencapai 13.287.527 ton dan diperkirakan meningkat menjadi 14.854.050 ton pada tahun 2008 (Anonim, 2006 dalam Subekti, 2006). Di Indonesia penghasil jagung terbesar adalah Jawa Timur sebanyak 5,5 juta ton diikuti Jawa Tengah 3 juta ton; Lampung 2,1 juta ton; Sulawesi Selatan 1,3 juta ton; Sumatera Utara 1,4 juta ton; Jawa Barat : 900 ribu ton. (BPS, 2010). Buah jagung terdiri dari 30% limbah yang berupa tongkol jagung (Irawadi, 1990 dalam Subekti, 2006). Jika dikonversikan dengan jumlah produksi jagung pada tahun 2008, maka negara Indonesia berpotensi menghasilkan tongkol jagung sebanyak 4.456.215 ton. Jumlah limbah tersebut dapat dikatakan sangat banyak dan akan menjadi sangat potensial jika dapat dimanfaatkan secara tepat.

2. Produksi etanol dari tongkol jagunga. Alat dan bahan Alat yang digunakan adalah talang, baskom plastik besar, neraca analitik (Adventure ohaus), blender (panasonic), ayakan 60 mesh, kertas saring, pH meter digital, injector, sakarometer, alkoholmeter, autoclave (hiclave HTV 50), dan alat-alat gelas (pyrex)Bahan yang digunakan adalah limbah jagung berupa tongkol jagung, asam sulfat, natrium hidroksida, ragi roti, aquadests, alginat dan kalsium klorida.

b. Tahapan proses1) Persiapan bahan baku (preparasi bahan)Perlakuan awal terhadap tongkol jagung meliputi pencucian, pengeringan, dan pengayakan. Pencucian dilakukan untuk menghilangkan bahan-bahan yang terikut dalam tongkol seperti tanah, cangkang dan kotoran lain pengeringan dilakukan dengan menggunakan sinar matahari langsung. Pengeringan dilakukan untuk memudahkan dalam proses penggilingan serat tongkol jagung, karena pada keadaan lembab tongkol jagung sukar untuk dihancurkan. Tahap penghancuran bertujuan untuk memperkecil ukuran tongkol jagung. Alat yang digunakan adalah blender. Tongkol yang sudah dihancurkan kemudian diayak menggunakan ayakan 60 mesh.2) Pretreatment (delignifikasi)Menimbang serbuk tongkol jagung sebanyak 10gram, kemudian dimasukkan ke dalam wadah berupa gelas/baskom kaca. Larutan natrium hidroksida dengan konsentrasi 10%. Sebanyak 100 mL NaOH ditambahkan ke dalam gelas kimia yang berisi serbuk tongkol jagung, kemudian diaduk dengan rata sampai merendam serbuk tongkol jagung. Perendaman dilakukan selama 28 jam. Setelah itu, disaring dengan menggunakan kain saring. Endapan dicuci dengan air sampai pH 7 selanjutnya dimasukkan ke dalam cawan petri (wadah yang bersih), dikeringkan pada suhu ruang.Fungsi Delignifikasi ini adalah untuk melepas lignin dari selulosa dengan merusak struktur lignin sehingga membebaskan selulosa tanpa merusak karbohidrat. Dapat digunakan NaOH, NaOCl, atau juga NH4OH. Namun yang paling optimum digunakan sesuai literatur yang diperoleh adalah larutan NaOH 10 %.

3) Produksi gula (sakarifikasi/hidrolisis)Perlakuan hasil delignifikasi waktu dan konsentrasi terbaik dilakukan pada proses hidrolisis. Menimbang serbuk tongkol jagung yang telah didelignifikasi sebanyak 5 gram, dimasukkan ke dalam wadah erlenmeyer. Ditambahkan larutan asam sulfat 10% sebanyak 75 mL. Proses hidrolisis dilakukan pada suhu 100oC selama 210 menit. Produk hasil hidrolisis disaring dan ditambahkan dengan natrium hidroksida sampai pH 4,5. Selanjutnya ditambahkan larutan kalsium klorida jenuh untuk menghilangkan sulfat pada hidrolisat. Parameter yang diamati adalah kadar glukosa. Pengukuran kadar glukosa dengan menggunakan sakarometer. Setelah dilakukan proses hidrolisis selanjutnya akan dilakukan proses netralisasi menggunakan natrium hidroksida untuk mempertahankan pH optimum, yaitu pH 4,5-5. Selanjutnya, larutan hasil netralisasi ditambahkan kalsium klorida untuk menghilangkan sisa sulfat yang ada pada larutan.

4) Produksi bioetanol (fermentasi)Tahapan Kerja produksi bioetanol dengan menggunakan sel amobil, diawali dengan tahapan kerja imobilisasi sel. Sel amobil yang dibuat selanjutnya digunakan untuk produksi bioetanol.a) Imobilisasi selSel yang digunakan dalam imobilisasi adalah sel khamir Sacharomises cereviceae, sedangkan bahan pengimobilisasi digunakan larutan alginate 2%. Pembuatan natrium alginate 2 % adalah natrium alginat 2 gram ditambahkan 100 ml akuades dan dipanaskan hingga alginat larut. Campuran ditutup dengan kapas dan disterilkan selama 15 menit. Larutan alginat yang telah dingin, dicampur dengan suspensi ragi roti (10 gram ragi ditambahkan akuades 30 ml, diaduk hingga membentuk larutan suspensi). Campuran dimasukkan ke dalam injektor, kemudian diteteskan ke dalam larutan kalsium klorida 1M sambil diaduk. Setelah itu amobil telah siap untuk digunakan pada proses fermentasi (Mappiratu,dkk. 1993 dalam Fitriani,dkk.2013).b) Proses fermentasiHasil hidrolisis kemudian di tambahkan sel khamir yang telah di imobilisasi dan dibiarkan selama 1 hari.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi : Konsentrasi Gula : Apabila dipergunakan konsentrasi gula terlalu tinggi hal ini akan dapat menurunkan pertumbuhan ragi sehingga waktu fermentasi akan lebih lama. Bahan nutrien : Bahan nutrien yang bisa ditambahkan kedalam bahan yang difermentasi adalah zat-zat yang mengandung fosfor dan nitrogen, seperti super fosfat, amonium sulfat, ammonium fosfat, urea dll (Prescott dan Dunn, 1959 dalam Astuti, Puji dkk, 2013) pH Fermentasi : Pada keasaman dibawah pH 0,3 proses fermentasi akan berkurang kecepatannya, pH optimum pada pH 4,5-5,0. Bila medium fermentasi mempunyai kapasitas buffer yang tinggi, hasil fermentasi terbaik tercapai bila pH awal pada pH 4,5-4,7 sedangkan pada medium berkapasitas buffer rendah, nilai pH awal yang paling baik pH 5,5. Pemberian asam sulfat dan pemanasan dapat digunakan untuk mengurangi kontaminan akan mengendapkan garam-garam yang tidak dikehendaki, sehingga mempertinggi kemurnian alkohol. Temperatur : Temperatur berpengaruh terhadap proses fermentasi melalui dua hal yaitu secara langsung mempengaruhi aktivitas enzim khamir dan secara tidak langsung mempengaruhi hasil alkohol karena penguapan.5) Pemurnian (destilasi)Pemurnian merupakan proses terakhir yang bisa dilakukan untuk pemurnian alkohol (bioetanol) hasil fermentasi. Untuk pemurnian dapat dilakukan dengan destilasi yang merupakan metode pemisahan yang didasarkan atas perbedaan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi pada suhu 78-800oC.

Gambar diagram alir proses produksi etanol secara umum3. Perbandingan penggunaan bahan baku generasi pertama & keduaa) Generasi Pertama / G1 (Etanol Konvensional)Bahan baku generasi pertama adalah bahan baku yang berupa bahan pangan, seperti : Tebu Jagung Singkong/ubi GandumBahan BakuKandungan gula dalam bahan BakuJumlah Hasil KonversiPebandingan bahan baku dan Bioethanol

JenisKonsumsi (Kg)(Kg)(liter)

Ubi Kayu1000250 300166.66.5 : 1

Ubi Jalar1000150 2001258 : 1

Jagung1000600 7002005 : 1

Sagu1000120 1609012 : 1

Tetes10005002504 : 1

Sumber: Nurdyastuti I., 2006Dari penggunaan berbagai jenis bahan pangan di atas terutama dari tetes tebu, dari 1 ton bahan baku dihasilkan alkohol paling banyak yaitu 250 liter. Hal ini menjadi sisi positif penggunaan bahan pangan sebagai bahan baku. Akan tetapi, penggunaan bahan pangan juga dapat mempengaruhi kebutuhan bahan pangan masyarakat juga.

b) Generasi kedua / G2 (Etanol Selulosa)Bahan baku generasi kedua yaitu bahan baku yang mengandung lignocellulotic. Yaitu seperti rumput, kayu dan limbah tanaman. Limbah tanaman yaitu limbah yang berasal dari sektor pertanian/perkebunan seperti jerami padi, sekam, bagas tebu, tongkol jagung, tandan kosong kelapa sawit dan pelepah kelapa sawit.Berdasarkan formula Badger (2002), satu ton bahan yang mengandung 45% selulosa mampu menghasilkan 151 liter bioetanol sehingga potensi produksi bioetanol dari bahan TKKS di Indonesia sangat menjanjikan. Satu pabrik kelapa sawit dengan kapasitas produksi 60 ton TBS (tandan buah segar) per jam, dengan jumlah jam operasi 20 jam per hari, 300 hari per tahun akan menghasilkan TKKS sekitar 300 ton per hari atau sekitar 90.000 ton per tahun, dan berpotensi untuk menghasilkan etanol 45.300 liter per hari atau sekitar 13,95 juta liter per tahun.Komponen utama limbah tongkol jagung yaitu selulosa (32,3-45,6%), hemiselulosa (39,8%), dan lignin (6,7-13,9%) (Menon dan Rao, 2012). Dengan kandungan selulosa 32,3-45,6% maka dari satu ton tongkol jagung dapat dihasilkan bioetanol sekitar 100-150 liter.Memang tidak semua bahan baku generasi kedua memiliki kandungan selulosa sebanyak tongkol jagung. Ada juga yang yang memiliki kandungan selulosa yang sedikit seperti rumput. Tetapi ada banyak nilai positif dari penggunaan bahan baku generasi kedua ini. Diantaranya yaitu bahan baku murah dan bahkan gratis, tidak mengganggu kebutuhan pangan, dan juga dapat mengurangi limbah yang dapat menyebabkan polusi.

BAB IIPENUTUP

A. Kesimpulan1. Tongkol jagung merupakan limbah yang mempunyai potensi sebagai bahan baku produksi etanol karena Indonesia dapat menghasilkan limbah berupa tongkol jagung hingga empat juta ton per tahun.2. Ada lima tahapan proses produksi etanol dari dari tongkol jagung, yaitu persiapan/preparasi bahan baku, pretreatment (delignifikasi), produksi gula (hidrolisis/sakarifikasi), produksi etanol (Fermentasi) dan terakhir pemurnian melalui destilasi.3. Ada empat faktor yang dapat mempengaruhi proses fermentasi, yaitu konsentrasi gula, bahan butrien, pH fermentasi, dan temperatur.4. Penggunaan bahan baku generasi pertama memang menghasilkan bioetanol dengan jumlah yang banyak, akan tetapi dapat mempengaruhi kebutuhan pangan masyarakat. Sedangkan penggunaan bahan baku generasi kedua memiliki nilai positif lebih yaitu murah dan mudah didapat, tidak mengganggu kebutuhan pangan dan mengurangi polusi akibat pembuangan limbah.

B. Saran 1. Produksi bioenergi seperti bioetanol lebih baik dikembangkan secara masal karena dapat mengatasi masalah penggunaan BBM dari minyak bumi yang cadangannya di bumi semakin menipis.2. Limbah pertanian perlu dimanfaatkan dengan benar karena memiliki potensi, salah satunya yaitu sebagai bahan baku produksi bioetanol.DAFTAR PUSTAKA

1. S. Mariati Batma A. Simbolon, Melika S. Siregar, Raudah Ansari. 2011. Produksi Bioetanol dari Bonggol Jagung sebagai Bioenergi Alternatif Terbarukan. JURNAL MAHASISWI KIMIA 2011 FMIPA UNIVERSITAS NEGERI MEDAN.2. Astuti,Puji,dkk.2013. Pembuatan Bietanol Dari Limbah Tongkol Jagung Dengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida Dan Waktu Fermentasi. Palembang : UNSRI3. Fitriani,dkk.2013.Produksi Bioetanol Tongkol Jagung (Zea Mays) dari Hasil Proses Delignifikasi.Online Jurnal Of Natural Science: Vol 2 (3) :66-744. http://plants.usda.gov/java/profile?symbol=ZEMA