Produksi bioetanol bahan kayu dan sejenisnya

Ringkasan cerita produksi bioetanol generasi 2

Selulosa dan hemiselulosa adalah karbohidrat yang paling banyak tumbuh dimuka bumi. Selulosa adalah rantai polimer terdiri dari glukosa yang merupakan kristal yang keras yang enzim tidak mudah untuk menyerang dan memotong-motong rantai selulosa, sedangkan hemiselulosa adalah rantai gula yang juga terdiri dari gula yang berkarbon 5 seperti arabinosa, mannosa dan lain-lain. Selulosa dan hemiselulosa terbentuk pada tanaman bersama lignin dan pektin yang menyelimuti serat selulosa yang bisa dikatakan murni adalah kapas. Dan bisa dikatakan membentuk etanol dari biomassa ini cukup sulit, dan merupakan ilmu yang baru dikatakan seperti karena pembentukan etanol dari pati telah berlangsung beribu-ribu tahun yang lalu. Lignoselulosa sebagai energi karena lignin merupakan pelindung dari mikroba bersel sati yang tidak ada mikroba yang dapat mensekresi enzim untuk menyerang lignin. Lignin terurai oleh pertumbuhan buah jamur yang mensekresi enzim lignase sehingga buah jamur dapat mengambil semua sumber karbon dan hara lagi substrat lignoselulosa.

Produksi bioetanol dari  rumput dan serbuk kayu. Produksi Etanol Bahan Kayu dan Sejenisnya 

Struktur Lignin

Cairan bensin anda berasal dari rumput atau batang kayu, hal tersebut menyenangkan sekali didengar. Biomassa dari jaman nenek moyang selalu digunakan sebagai sumber energi. Sebelum ditemukannya teknologi pembakaran internal masak menggunakan kayu, rumput-rumputan dan lain sebagainya yang merupakan biomassa. Penemuan teknologi pembakaran internal membuka cakrawala baru dalam hal penggunaan energi. Biomassa sebagai sumber energi digantikan oleh bahan bakar dari fossil,  pertimbangan ekonomi yang menyebabkan penggunaan bahan bakar fossil ini. Padahal penemu mesin diesel menggunakan minyak kacang tanah sebagai bahan-bakarnya. Diperkirakan penggunaan biomassa sebagai sumber energi pada saat ini hanya sebesar 10 persen.

Mikrofibril selulosa yang terdiri dari lignin, hemiselulosa, pektin dan selulosa.

Produksi Etanol Bahan Kayu dan Sejenisnya 

Diperkirakan penduduk bumi ini pada tahun 2050 mencapai 9 milyar juta jiwa. Permasalahan energi menjadi sangat krusial, energi fossil mungkin terbatas dan penggunaan energi secara terus-menerus harus tersuplai dengan baik. Penggunaan energi fusi nuklir oleh pemerintah mungkin dipertimbangkan oleh pemegang kebijaksanaan negara-negara akan tetapi fusi nuklir adalah teknologi berbahaya ketika terjadi ledakan didalam reaktor nuklir, dampak yang ditimbulkannya sangat berat. Sedangkan teknologi fisi masih jauh sekali untuk mencapai sempurna, padahal reaksi fusi nuklir ini menimbulkan energi panas yang sangat luar biasa.

Biomass yang dibakar langsung menimbulkan emisi CO2 yang tinggi. Energi densiti yang rendah pada biomassa yang belum diolah menjadikan output CO2 tinggi dibandingkan dengan energi yang harus dicapai. Seperti yang kita ketahui gas CO2 dapat menyimpan temperatur, apabila kadar CO2 di atmosfir tinggi, temperatur siang karena matahari, akan tersimpan sampai malam hari dan panas di atmosfir bumi karena panas matahari tidak terbuang keluar angkasa. Maka mungkin pengolahan biomassa menjadi bioetanol adalah salah satu solusi untuk mengurangi pembakaran biomass secara langsung. Secara rata-rata etanol yang didapat dari 100 kg limbah kayu adalah 7,6 liter etanol

Pengolahan serat kayu dan sejenisnya menjadi bioetanol 

Lignoselulosa meruapakan bahan organik yang tidak dengan mudah didegradasi oleh mikroba, untuk melapukan kayu mikroba menumbuhkan buah jamur dulu baru kayu tersebut akan melapuk, seperti yang kita ketahui tumbuhnya jamur tiram dan sejenisnya fungsinya di alam adalah untuk melapukan kayu. Seperti yang disebutkan diatas bahwa kayu-kayuan dan sejenisnya sulit didegradasi oleh mikroba. Lignin adalah polimer yang mempunyai struktur yang kompleks, mikroba tingkat rendah tidak bisa mendegradasinya karena mikroba bakteri atau kapang tidak mensekresi enzim yang dapat mendegrasi lignin, lignin pada kayu-kayuan dan rumput-rumputan adalah pelindung dari serangan mikroba maka seperti kita lihat dalam jangka lama kayu tidak mudah terdegradasi kecuali oleh rayap dan jamur yang berbuah. 

Struktur kimia selulosa, hemiselulosa dan pektin

Tetapi banyak dari jenis bakteri dan kapang dapat menghidrolisis selulosa dan hemi selulosa, begitu juga dengan pendegradasian pektin. Bakteri adalah mikroba kebanyakan bersel satu yang membelah diri sedangkan kapang mempunyai batang dan spora dilihat oleh mata telanjang koloninya berbulu. Selulosa dan hemiselulosa telah diketahui sebagai rantai gula sejak dulu bioetanol pernah dibuat dari kayu-kayu selain dari pati dan gula disakarida,   sebagai bensin untuk mobil. Berhubung ditemukannya minyak fossil maka etanol sebagai bensin ditinggalkan.

Preatreatment Lignoselulosa dengan Asam Sulfat

Asam sulfat mempunyai kekuatan untuk menghidrolisis dan mengurai lignin sehingga hanya struktur didalamnya saja atau asam sulfat menghidrolisis selulosa menjadi sakarida atau glukosa. Biasanya asam sulfat tidak digunakan sebagai bahan hidrolisa hanya pretreatment saja, karena asam sulfat pun dapat merusak struktur glukosa yang akan difermentasikan menjadi bioetanol. 

Kelemahan dari asam sulfat adalah tingkat keasamannya sehingga bahan yang akan dihidrolisis harus melalui tahap pengapuran dan hasil reaktan tersebut diendapkan menjadi gipsum.  Atau bila asam sulfat digunakan sebagai sebagai aktivator hidrolisis rantai selulosa maka tahap pemisahaan pun harus menggunakan chromatographi lalu diendapkan. 

Tahap hidrolisis enzimatis adalah tahap hidrolisis yang menggunakan enzim, kondisi cairan fermentasi disesuaikan dengan kebutuhan enzim untuk menghidrolisis. Lalu setelah enzim memotong-motong rantai glukosa, setelah itu cairan yang mengandung glukosa difermentasikan menjadi etanol. Setelah itu didestilasikan, saya tidak akan menulis banyak  disini tentang destilasi, pemisahan air dan etanol.

Diagram proses produks etanol menggunakan bahan lignoselulosa

Preatreatmen lignoselulosa dengan Steam Explosion

Pretreatment dengan Steam explosion adalah yang biasa digunakan terhadap lignoselulosa, terutama proses-proses yang diperuntukan untuk produksi komersial. Caranya adalah setelah perlakuan mengurangi ukuran bahan, biomass dengan cepat dipanaskan oleh uap campuran tekanan tinggi dengan atau tidak dengan campuran kimia. Setelah itu biomassa dibiarkan dalam kondisi tekanan tinggi setelah beberapa menit, dan tekanan tinggi tersebut secara tiba-tiba dilepaskan dan material biomassa menjalani sebuah ledakan dekompresi atau menghilangnya tekanan tinggi secara tiba-tiba. Ledakan tersebut  memperbaiki struktur biomassa dengan menghilangkan hemiselulosa dan menambah area permukaan. Supaya enzim dapat melakukan penetrasi pada bahan tersebut.

Tentu saja Steam Explosion ini mempunyai kelebihan dan kelemahan. Uap dengan cepat memanaskan biomass dengan target temperatur tanpa pelemahan yang berlebihan pada hasil gula. (mosier et al 2005). Metoda ini tidak menggunakan bahan kimia dan kondisi yang berbahaya, mengurangi dampak lingkungan yang merusak. Bagaimana pun metoda ini punya kelemahan, seperti penghancuran lignin yang tidak komplit dan menggenerasi kimia racun. Yang berdampak pada proses-proses berikutnya.

Pretreatment Organosolv

Pretreatmen ini adalah teknik pembuatan kertas yang melarutkan lignin dan hemiselulose pada sebuah pelarut organik, sementara selulosa tetap tidak terlarut.  Yang sering digunakan sebagai pelarut organik adalaah metanol dan etanol karena murah, titik didih yang rendah dan dapat bersatu dengan air.  Kebaikan dari organosolv adalah pretreatment ini dapat digunakan dengan berbagai macam tipe bahan, dan memproduksi hasil samping lignin yang berkualitas tinggi. Dan pelarut dapat mudah didaur ulang dan kehilangan selulosa dan hemiselulosa yang sangat minim. Tetapi cara pretreatment ini mempunyai biaya operasi yang tinggi dan harga pelarut yang sangat tinggi.

Pretreatment Sulfite

Proses ini menghasilkan pulp kayu yang hampir murni selulosa dengan menggunakan berbagai macam garam dari asam bersulfur untuk mengekstrak lignin dari chip kayu pada sebuah vessel bertekanan besar yang disebut digester. Garam-garam yang digunakan untuk proses sulfit ini adalah Sulfites (SO32- )atau bisulfites (HSO3-) tergantung dari pH. Ion berlawanannya bisa sodium (Na), Kalsium (Ca), Potassium (K) magnesium (Mg)



Kembali ke Halaman Depan