BIOETANOL

BIOETANOL

Sejarah

(Bio)Etanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam minuman beralkohol. Residu yang ditemukan pada peninggalan keramik yang berumur 9000 tahun dari China bagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia prasejarah dari masa Neolitik.

Campuran dari (Bio)etanol yang mendekati kemrunian untuk pertama kali ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang mengembangkan proses distilasi pada masa Kalifah Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah Jabir ibn Hayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus) dan al-Razi (Rhazes). Catatan yang disusun oleh Jabir ibn Hayyan (721-815) menyebutkan bahwa uap dari wine yang mendidih mudah terbakar. Al-Kindi (801-873) dengan tegas menjelaskan tentang proses distilasi wine. Sedangkan (Bio)etanol absolut didapatkan pada tahun 1796 oleh Johann Tobias Lowitz, dengan menggunakan distilasi saringan arang.

Antoine Lavoisier menggambarkan bahwa (Bio)etanol adalah senyawa yang terbentuk dari karbon, hidrogen dan oksigen. Pada tahun 1808 Nicolas-Théodore de Saussure dapat menentukan rumus kimia etanol. Limapuluh tahun kemudian (1858), Archibald Scott Couper menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus bangunnya. Etanol pertama kali dibuat secara sintetis pada tahu 1829 di Inggris oleh Henry Hennel dan S.G.Serullas di Perancis. Michael Faraday membuat etanol dengan menggunakan hidrasi katalis asam pada etilen pada tahun 1982 yang digunakan pada proses produksi etanol sintetis hingga saat ini.

Pada tahun 1840 etanol menjadi bahan bakar lampu di Amerika Serikat, pada tahun 1880-an Henry Ford membuat mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908 mobil Ford model T telah dapat menggunakan (bio)etanol sebagai bahan bakarnya. Namun pada tahun 1920an bahan bakar dari petroleum yang harganya lebih murah telah menjadi dominan menyebabkan etanol kurang mendapatkan perhatian. Akhir-akhir ini, dengan meningkatnya harga minyak bumi, bioetanol kembali mendapatkan perhatian dan telah menjadi alternatif energi yang terus dikembangkan.

Bioetanol, Etanol, Alkohol

Etanol disebut juga etil-alkohol atau alkohol saja, adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, hal ini disebabkan karena memang etanol yang digunakan sebagai bahan dasar pada minuman tersebut, bukan metanol, atau grup alkohol lainnya. Sedangkan bioetanol adalah etanol (alkohol yang paling dikenal masyarakat) yang dibuat dengan fermentasi yang membutuhkan faktor biologis untuk prosesnya. Sebenarnya alkohol dalam ilmu kimia memiliki pengertian yang lebih luas lagi. Jadi untuk seterusnya, dalam tulisan ini penggunaan istilah alkohol tidak akan digunakan lagi untuk menghilangkan ambiguitas.

Rumus Kimia

(Bio)Etanol sering ditulis dengan rumus EtOH. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH atau rumus empiris C2H6O atau rumus bangunnya CH3-CH2-OH. (Bio)Etanol merupakan bagian dari kelompok metil (CH3-) yang terangkai pada kelompok metilen (-CH2-) dan terangkai dengan kelompok hidroksil (-OH). Secara umum akronim dari (Bio)Etanol adalah EtOH (Ethyl-(OH))

Proses produksi

Langkah dasar yang dibutuhkan untuk memproduksi etanol adalah fermentasi jamur khamir, distilasi, dehidrasi, dan denaturasi. Sebelum dilakukan fermentasi, beberapa tanaman membutuhkan hidrolisis karbohidrat seperti selulosa dan amilum menjadi gula. Hidrolisis selulosa disebut sebagai selulosis. Enzim digunakan untuk mengubah amilum menjadi gula. 

- Fermentasi

Etanol diproduksi dengan cara fermentasi mikroba pada gula. Fermentasi mikroba saat ini hanya bisa dilakukan langsung pada gula. 2 komponen utama dalam tanaman, amilum dan selulosa, dua-duanya terdiri dari gula dan bisa diubah menjadi gula melalui fermentasi. Sekarang ini, hanya gula (contohnya tebu) dan amilum (contohnya jagung) yang masih bernilai ekonomis jika dikonversi. 

- Distilasi

Jika etanol ingin digunakan sebagai bahan bakar, maka sebagian besar kandungan airnya harus dihilangkan dengan cara distilasi. Tingkat kemurnian etanol setelah didistilasi masih sekitar 95-96%. (masih ada kandungan airnya 3-4%). Campuran ini dinamakan etanol hidrat dan bisa digunakan sebagai bahan bakar, tapi tidak bisa dicampur sama sekali dengan bensin. Jadi, biasanya kandungan air dalam etanol hidrat dibuang habis terlebih dahulu dengan pengolahan lainnya sehingga baru bisa dicampurkan dengan bensin. 

- Dehidrasi

Pada dasarnya ada 5 tahap proses dehidrasi untuk membuang kandungan air dalam campuran etanol azeotropik (etanol 95-96%). Proses yang pertama, yang sudah digunakan di banyak pabrik etanol sejak dulu, adalah proses yang disebut distilasi azeotropik. Distilasi azeotropik dilakukan dengan cara menambahkan benzena atau sikloheksana ke dalam campuran. Ketika zat ini ditambahkan, maka akan membentuk campuran azeotropik heterogen. Hasil akhirnya nanti adalah etanol anhidrat dan campuran uap dari air dan sikloheksana/benzena. Ketika dikondensasi, uap ini akan menjadi cairan. Metode lama lainnya yang digunakan adalah distilasi ekstraktif. Metode ini digunakan dengan cara menambahkan komponen terner dalam etanol hidrat sehingga akan meningkatkan ketidakstabilan relatif etanol tersebut. Ketika campuran terner ini nantinya didistilasi, maka akan menghasilkan etanol anhidrat.

Saat ini penelitian juga sedang mengembangkan metode pemurnian etanol dengan menghemat energi. Metode yang saat ini berkembang dan mulai banyak digunakan oleh pabrik-pabrik pembuatan etanol adalah penggunaan saringan molekul untuk membuang air dari etanol. Dalam proses ini, uap etanol bertekanan melewati semacam tatakan yang terdiri dari butiran saringan molekul. Pori-pori dari dari saringan ini dirancang untuk menyerap air. Setelah beberapa waktu, saringan ini pun divakum untuk menghilangkan kandungan air di dalamnya. 2 tatakan biasanya digunakan sekaligus sehingga ketika satu sedang dikeringkan, yang satunya bisa dipakai untuk menyaring etanol. Teknologi dehidrasi ini diperkirakan dapat menghemat energi sebesar 3.000 btus/gallon (840 kJ/L) jika dibandingkan dengan distilasi azeotropik.

Penggunaan

Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar kendaraan bermotor bervariasi antara blend hingga bioetanol murni. Bioetanol sering disebut dengan notasi “Ex”, dimana x adalah persentase kandungan bioetanol dalam bahan bakar. Beberapa contoh penggunaan notasi “Ex” antara lain:

1. E100, bioetanol 100% atau tanpa campuran
2. E85, campuran 85% bioetanol dan bensin 15%
3. E5, campuran 5% bioetanol dan bensin 95%

Pertamina telah menjual biopremium (E5) yang mengandung bioetanol 5% dan premium 95%. Bahan bakar E5 dapat digunakan pada kendaraan yang menggunakan bensin (gasoline) standar, tanpa modifikasi apapun. Namun, bahan bakar E15 ke atas atau persentase bioetanol lebih dari 15% harus memanfaatkan kendaraan dengan tipe Flexible-Fuel Vehicle. Brazil sebagai salah satu negara yang menggunakan bioetanol terbesar di dunia, telah mengadopsi bahan bakar E100, dimana kandungan bioetanol 100%.

Bioetanol dengan kandungan 100% memiliki nilai oktan (octane) RON 116 – 129, yang relatif lebih tinggi dibandingkan bahan bakar premium dengan nilai oktan RON 88. Karena nilai oktan yang tinggi, bioetanol dapat digunakan sebagai pendongkrak oktan (octane booster) untuk bahan bakar beroktan rendah. Nilai oktan yang lebih tinggi pada bioetanol juga berpengaruh positif terhadap efisiensi dan daya mesin.

Penggunaan bahan bakar E10 dan E20 memiliki performa (power dan force) yang lebih baik untuk mesin, seperti tercantum dalam tabel pengujian berikut: 

 

Sumber: Lab BTMP-BPPT, 2006
 

Sayangnya untuk menghasilkan power dan force yang lebih tinggi, dibutuhkan bahan bakar E20 dalam jumlah lebih banyak per jam relatif terhadap Pertamax. Untuk nilai fuel consumption / power bahan bakar pertamax memberikan hasil yang terbaik diikuti oleh E20 dan E10. Secara umum, pencampuran premium dengan bioetanol memberikan dampak yang baik bagi performa mesin.

Emisi

Penggunaan bioetanol juga mampu mengurangi emisi gas beracun (CO dan HC) yang umum ditemukan pada pembakaran bensin. Hal tersebut disebabkan oleh air-fuel ratio yang lebih baik pada bioetanol sehingga menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna. Namun sayangnya justru emisi NOx lebih tinggi dibandingkan pembakaran bahan bakar premium.

 sumber: Reksowardojo, 2006

 

Selain emisi gas beracun, emisi karbon dioksida (greenhouse gas) juga menjadi perhatian utama dalam pemilihan bahan bakar yang ramah lingkungan. Pembakaran bioetanol E100 akan menghasilkan sekitar 1.5 kg gas rumah kaca, sedangkan pembakaran 100% oktana (octane) menghasilkan sekitar 2.1 kg gas rumah kaca. Menurut data EPA (Environmental Protection Agency) pembakaran 1 Liter bensin akan menghasilkan sekitar 2.3 kg gas karbon dioksida.

Daftar emisi karbon dioksida pada pembakaran bahan bakar secara sempurna diringkas sebagai berikut:

sumber: Panji Tri Atmojo, 2010

 

Dalam bentuk persentase, pembakaran bioetanol (E100) mengurangi sekitar 45% emisi karbon dioksida dibandingkan pembakaran oktana. Namun perbandingan emisi pembakaran E10 terhadap oktana hanya menghasilkan penghematan sekitar 4%, angka yang kurang signifikan untuk mengurangi efek gas rumah kaca.

Sumber: Panji Tri Atmojo, 2010