PENGOLAHAN LIMBAH KULIT SINGKONG MENJADI BIOETANOL part 2

IV.          PEMBAHASAN

Selama ini, kulit ubi kayu masih jarang dimanfaatkan secara optimal. Kulit ubi kayu pada umumnya hanya digunakan sebgai makanan ternak dan sebgai makanan ringan seperti keripik (dengan cara digoreng). Kulit ubi kayu dengan mudah dapat dipisahkan dari umbinya dengan ketebalan 2-3 mm. Persentase kulit ubi kayu yang dihasilkan berkisar antara 8-15% dari berat umbi yang dikupas, dengan kandungan karbohidrat sekitar 50% dari kandungan karbohidrat bagian umbinya. Kulit singkong memiliki rataan nilai kadar air sebesar 10.06-13.14%, rataan nilai daya serap air berkisar 82.49%-169.78%, rataan nilai pengembangan tebal sekitar 35.70-102.30%, dan rataan nilai kerapatannya berkisar 0.86-0.87g/cm3.

Kulit ubi kayu mempunyai komposisi yang terdiri dari karbohidrat dan serat. Kulit ubi kayu mengandung ikatan glikosida sianogenik yaitu suatu ikatan organik yang dapat menghasilkan racun dalam jumlah 0.1% yang dikenal sebagai racun biru (linamarin). Oleh karena itu, pemanfaatan kulit ubi kayu belum terlalu luas. Namun sebenarnya racun tersebut dapat dihilangkan dengan cara menguapkannya atau mengeringkannya pada suhu tinggi.

Jumlah kulit singkong yang berada dalam jumlah masif ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi terbarukan yang ramah lingkungan, karena berperan sebagai sumber energi terbarukan, pemanfaatan limbah kulit ubi kayu yang dapat berdampak negatif pada lingkungan serta memberikan nilai tambah pada limbah.

Kulit singkong merupakan salah satu sumber bioetanol dari bahan berserat. Kulit singkong bisa berpotensi untuk diproduksi menjadi bietanol yang digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak. Adapun kulit singkong merupakan limbah dari tanaman singkong yang memiliki kandungan serat yang dapat digunakan sebagai sumber energi.

Bioetanol (C₂H₅OH) merupakan cairan dari proses fermentasi gula dari sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Bioetanol dapat juga diartikan juga sebagai bahan kimia yang diproduksi dari bahan pangan yang mangandung pati, seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu. Bioetanol merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak premium.

Bahan baku pembuatan bioetanol ini dibagi menjadi tiga kelompok yaitu:

a. Bahan sukrosa

Bahan-bahan yang termasuk dalam kelompok ini antara lain nira, tebu, nira nipati, nira sargum manis, nira kelapa, nira aren, dan sari buah mete.

 b. Bahan berpati

Bahan-bahan yang termasuk kelompok ini adalah bahan-bahan yang mengandung pati atau karbohidrat. Bahan-bahan tersbut antara lain tepung–tepung ubi ganyong, sorgum biji, jagung, cantel, sagu, ubi kayu, ubi jalar, dan lain-lain.

c. Bahan berselulosa (lignoselulosa)

Bahan berselulosa (lignoselulosa) artinya adalah bahan tanaman yang mengandung selulosa (serat), antara lain kayu, jerami, batang pisang, dan lain-lain. Berdasarkan ketiga jenis bahan baku tersebut, bahan berselulosa merupakan bahan yang jarang digunakan dan cukup sulit untuk dilakukan. Hal ini karena adanya lignin yang sulit dicerna sehingga proses pembentukan glukosa menjadi lebih sulit.

Bioetanol secara umum dapat digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran bahan bakar untuk kendaraan. Grade bioetanol harus berbeda sesuai dengan pengunaanya. Bioetanol yang menpunyai grade 90% - 96,5% volume digunakan pada industri, grade 96% - 99,5% digunakan dalam campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Besarnya grade bioetanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus betul–betul kering dan anhydrous supaya tidak menyebabkan korosi, sehingga bioetanol harus mempunyai grade sebesar 99,5% - 100% .

Bioetanol yang digunakan sebagai bahan bakar mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya lebih ramah lingkungan, karena bahan bakar tersebut memiliki nilai oktan 92 lebih tinggi dari premium nilai oktan 88, dan pertamax nilai oktan 94. Hal ini menyebabkan bioetanol dapat menggantikan fungsi zat aditif yang sering ditambahkan untuk memperbesar nilai oktan. Zat aditif yang banyak digunakan seperti metal tersier butil eter dan Pb, namun zat aditif tersebut sangat tidak ramah lingkungan dan bisa bersifat toksik. Bioetanol juga merupakan bahan bakar yang tidak mengakumulasi gas karbon dioksida (CO₂) dan relatif kompetibel dengan mesin mobil berbahan bakar bensin. Kelebihan lain dari bioetanol ialah cara pembuatannya yang sederhana yaitu fermentasi menggunakan mikroorganisme tertentu.

Proses pembuatan bioetanol melalui beberapa tahap yaitu isolasi pati, hidrolisis pati menjadi glukosa, fermentasi atau perubahan glukosa menjadi etanol atau bioetanol, dan destilasi bioetanol.

1.    Isolasi pati kulit singkong

Kulit singkong  sebagai bahan baku pati dibersihkan dari kotoran. Kulit singkong kemudian dipotong kecil-kecil lalu dikeringkan dengan cara dijemur dan diangin-anginkan sampai kering. Kulit singkong dibuat kering bertujuan agar lebih awet dan menghilangkan kandungan airnya sehingga diperoleh kulit yang kering dan dapat disimpan sebagai cadangan bahan baku.

Kulit singkong kering digiling dengan mesin penggiling atau ditumbuk dengan penumbuk sehingga menjadi serbuk halus. Serbuk kulit pisang lalu disaring atau diayak sehingga diperoleh pati yang homogen.

2.    Hidrolisis pati menjadi glukosa

Pati adalah salah satu jenis polisakarida yang amat luas tersebar di alam. Pati disimpan oleh tanaman sebagai cadangan makanan di dalam biji buah maupun di dalam umbi batang dan umbi akar. Pati merupakan polimer dari glukosa atau maltosa. Unit terkecil dari rantai pati adalah glukosa yang merupakan hasil fotosintesis di dalam bagian tubuh tumbuh-tumbuhan yang mengandung klorofil. Pati tersusun atas ikatan a-Dglikosida. Molekul glukosa pada pati dan selulosa hanya berbeda dalam bentuk ikatannya, a dan b, namun sifat-sifat kimia kedua senyawa ini sangat jauh berbeda.

Proses hidrolisis pati yaitu pengubahan molekul pati menjadi monomernya atau unit-unit penyususnya seperti glukosa. Hidrolisis pati dapat dilakukan dengan bantuan asam atau enzim pada suhu, pH, dan waktu reaksi tertentu. Pemotongan rantai pati oleh asam lebih tidak teratur dibandingkan dengan hasil pemotongan rantai pati oleh enzim. Hasil pemotongan oleh asam adalah campuran dekstrin, maltosa dan glukosa, sementara enzim bekerja secara spesifik sehingga hasil hidrolisis dapat dikendalikan. Enzim yang dapat digunakan dalam proses hidrolisis pati adalah amilase. Enzim amilase merupakan endoenzim yang menghidrolisis ikatan a- 1,4- glukosida secara spesifik.

Tahap ini merupakan tahap yang paling penting dalam proses pembuatan bioetanol, karena proses ini menentukan jumlah glukosa yang dihasilkan untuk kemudian dilakukan fermentasi menjadi bioetanol. Prinsip hidrolisis pati adalah pemutusan rantai polimer pati menjadi unit-unit dekstrosa atau monosakarida yaitu glukosa (C₆H₁₂O₆). Pemutusan ikatan pada pati atau karbohidrat menjadi glukosa dapat menggunakan beberapa metode diantaranya yaitu metode kimiawi (hidrolisis asam) dan metode enzimatis (hidrolisis enzim). Metode kimiawi dilakukan dengan cara hidrolisis pati menggunakan asam-asam organik, yang sering digunakan adalah H₂SO₄, HCl, dan HNO₃. Hasil pemotongan oleh asam adalah campuran dekstrin, maltosa dan glukosa.

Metode hidrolisis menggunakan asam ini memiliki kelemahan diantaranya tidak ramah lingkungan, karena residu yang dihasilkan dari proses hidrolisis asam akan mencemari lingkungan. Proses asam akan menghasilkan produk yang tidak ramah lingkungan, yaitu meningkatkan nilai COD dalam air. Hidrolisis asam juga bersifat toksik apabila terhirup dalam waktu yang lama sehingga terakumulasi dalam tubuh dan menyebabkan berbagai penyakit bahkan dapat menyebabkan kematian.

Kelemahan yang lain dari penggunaan asam adalah glukosa yang dihasilkan relatif kecil jumlahnya. Hidrolisis pati dengan dengan asam hanya memperoleh sirup glukosa dengan ekivalen dekstrosa (DE) sebesar 55, hal ini disebabkan katalis asam hanya menghidrolisis secara acak. Konversi asam untuk membuat sirup glukosa dengan DE diatas 55 akan mengakibatkan molekul gula bergabung kembali dan menghasilkan bahan pembentuk warna seperti 5-hidroksimetil furfural atau asam levulinat.

Proses hidrolisis menggunakan katalis asam juga memerlukan suhu yang sangat tinggi agar hidrolisis dapat terjadi. Hidrolisis pati dengan asam memerlukan suhu tinggi, yaitu 120-160^oC. Berdasarkan kelemahan tersebut proses hidrolisis pati menggunakan asam jarang digunakan.

Metode hidrolisis pati yang lebih sering digunakan adalah secara enzimatis dengan menggunakan enzim. Enzim yang umumnya digunakan adalah amilase, seperti a-amilase dan glukoamilase. a-amilase dapat menghidrolisis ikatan a-1,4-glukosida secara spesifik. Hasil hidrolisis tersebut diteruskan oleh glukoamilase yang dapat mengidrolisis ikatan a-1,4-glukosida dan a-1,6-glukosida menghasilkan glukosa. Glukoamilase ditambahkan dalam hidrolisis enzimatis agar proses pengubahan pati menjadi glukosa lebih banyak dihasilkan, karena glukoamilase dapat memutus ikatan pada pati yang belum terputus oleh penambahan a-amilase. Glukoamilase dapat menghidrolisis ikatan a-1,4- glukosida, tetapi hasilnya b-glukosa yang mempunya konfigurasi berlawanan dengan hasil hidrolisis oleh a-amilase, sehingga glukosa yang dihasilkan akan bertambah banyak atau melimpah.

Enzim amilase dapat diperoleh dari tanaman (kecambah barley, ubi jalar, kacang kedelai dan gandum), dan dari hewan yang terdapat dalam kelenjar pankreas. Kedua sumber enzim tersebut tidak potensial untuk memproduksi enzim, karena tanaman dan hewan memiliki beberapa kelemahan untuk dijadikan sebagai sumber enzim. Enzim dari tanaman bergantung pada variasi musim, konsentrasi rendah, dan membutuhkan biaya proses yang tinggi sedangkan enzim dari hewan memiliki persediaan yang terbatas dan adanya persaingan dengan manusia untuk pemanfaatan yang lain, sehingga perlu dicari sumber yang mampu menghasilkan enzim dalam jumlah yang tinggi dan menguntungkan secara ekonomis.

Mikroorganisme merupakan sumber yang paling banyak digunakan dalam menghasilkan enzim, karena mikroorganisme mudah untuk dikembangbiakan dan secara ekonomis menguntungkan. Mikroorganisme dapat dijadikan sebagai sumber enzim yang baik karena selain menguntungkan secara ekonomis, mikroorganisme memilki siklus hidup yang relatif lebih pendek sehingga produktivitasnya dapat ditingkatkan. Mikroorganisme penghasil enzim amilase dapat berupa bakteri dan kapang. Bakteri yang dapat menghasilkan amilase diantaranya B. Subtilis, B . licheniformis, Aspergillus sp., Bacillus sp., dan Bacillus circulans.

Bakteri tersebut menghasilkan amilase yang bersifat termostabil yaitu, enzim tersebut dapat aktif atau bekerja dalam suhu yang tinggi sehingga proses hidrolisis akan menjadi lebih mudah dan cepat dengan adanya bantuan panas atau suhu, sehingga proses pemutusan ikatan polisakarida lebih mudah. Produk hidrolisis yang dihasilkan glukoamilase memiliki rasa yang lebih manis dibandingkan produk hidrolisis menggunakan asam klorida maupun asam oksalat, disamping itu penggunaan glukoamilase dapat mencegah adanya reaksi sampingan karena katalis enzim sangat spesifik.

Penggunaan a-amilase dalam tahap likuifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 50,83 pada konsentrasi a-amilase 1,75 U/g pati dengan waktu likuifikasi 210 menit, serta glukoamilase pada tahap sakarifikasi menghasilkan DE tertinggi yaitu 98,99 pada konsentrasi enzim 0,3 U/g pati dengan waktu sakarifikasi 48 jam.

Oleh karena itu, penggunaan hidrolisis secara enzimatis lebih prospek karena lebih ramah lingkungan, menguntungkan secara ekonomis, spesifik, sehingga jumlah glukosa yang dihasilkan melimpah dan tidak menghasilkan limbah dibandingkan penggunaan metode hidrolisis menggunakan katalis asam.

3.    Fermentasi glukosa menjadi bioetanol

Proses fermentasi sering didefinisikan sebagai proses pemecahan karbohidrat dan asam amino secara aerobik, yaitu tanpa memerlukan oksigen. Senyawa yang dapat dipecah dalam proses fermentasi terutama adalah karbohidrat, sedangkan asam amino hanya dapat difermentasi oleh beberapa jenis bakteri tertentu. Prinsip dasar fermentasi adalah mengaktifkan kegiatan mikroba tertentu dengan tujuan mengubah sifat bahan agar dihasilkan suatu yang bermanfaat.

Perubahan tersebut karena dalam proses fermentasi jumlah mikroba diperbanyak dan digiatkan metabolismenya didalam bahan tersebut dalam batas tertentu. Menyatakan bahwa beberapa langkah utama yang diperlukan dalam melakukan suatu proses fermentasi diantaranya adalah :

a. Seleksi mikroba atau enzim yang sesuai dengan tujuan.

b. Seleksi media sesuai dengan tujuan.

c. Sterilisasi semua bagian penting untuk mencegah kontaminasi oleh mikroba yang tidak dikehendaki.

Yeast merupakan fungsi uniseluler yang melakukan reproduksi secara pertunasan (budding) atau pembelahan (fission). Yeast tidak berklorofil, tidak berflagella, berukuran lebih besar dari bakteri, tidak dapat membentuk miselium berukuran bulat, bulat telur, batang, silinder seperti buah jeruk, kadang-kadang dapat mengalami diforfisme, bersifat saprofit, namun ada beberapa yang bersifat parasit.

Saccharomyces cerevisiae merupakan yeast yang termasuk dalam kelas Hemiascomycetes, ordo Endomycetales, famili Saccharomycetaceae, Sub famili Saccharoycoideae, dan genus Saccharomyces. Saccharomyces cerevisiae merupakan organisme uniseluler yang bersifat makhluk mikroskopis dan disebut sebagai jasad sakarolitik, yaitu menggunakan gula sebagai sumber karbon untuk metabolisme. Saccharomyces cerevisiae mampu menggunakan sejumlah gula, diantaranya sukrosa, glukosa, fruktosa, galaktosa, mannosa, maltosa dan maltotriosa.

Saccharomyces cerevisiae merupakan mikrobia yang paling banyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4 – 32^oC.

Proses hidrolisis pati dengan metode enzimatis dan metode katalis asam akan menghasilkan glukosa sebagai bahan pembuatan bioetanol. Bioetanol yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mengatasi krisis energi. Pembuatan bioetanol dari glukosa melibatkan proses fermentasi. Fermentasi adalah perubahan 1 mol glukosa menjadi 2 mol etanol dan 2 mol CO₂.

Proses fermentasi dilakukan dengan menambahkan yeast atau ragi untuk mengkonversi glukosa menjadi bioetanol yang bersifat anaerob yaitu, tidak memerlukan okasigen (O₂). Saccharomyces cerevisiae merupakan mikroorganisme yang paling banyak digunakan pada fermentasi alkohol karena dapat berproduksi tinggi, tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan aktivitasnya pada suhu 4 – 32^oC.

S. Cereviceae akan memetabolisme glukosa dan fruktosa membentuk asam piruvat melalui tahapan reaksi pada jalur Embden-Meyerhof-Parnas. Asam piruvat, selanjutnya mengalami reaksi dekarboksilasi menjadi asetaldehid dan mengalami reaksi dehidrogenasi menjadi bioetanol.

4.    Destilasi Bioetanol

Bioetanol hasil proses fermentasi dipisahkan dengan cara disaring, kemudian filtrat didestilasi sehingga dapat dihasilkan bioetanol yang bebas dari kontaminan atau pengotor yang terbentuk selama proses fermentasi. Bioetanol yang dihasilkan dari destilasi pertama biasanya memiliki kadar sebesar 95%.

Destilasi merupakan proses pemisahan komponen berdasarkan titik didihnya, titik didih etanol murni sebesar 78^oC, sedangkan air adalah 100^oC, dengan pemanasan larutan pada suhu rentang 78-100^oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95% volume. Bioetanol dengan konsentrasi 95% belum dapat dijadikan sebagai bahan bakar.

Bioetanol yang digunakan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus benar-benar kering dan anhydrous supaya tidak korosif, sehingga bioetanol harus mempunyai grade sebesar 99,5 – 100 % volume. Oleh karena itu, bioetanol hasil destilasi harus ditambahkan suatu bahan yang dapat menyerap atau menarik kandungan air yang masih terdapat dalam bioetanol, bahan yang sering digunakan diantaranya yaitu, CaCO₃, dan zeolit atau dilakukan destilasi vakum, sehingga dapat dihasilkan bioetanol yang lebih murni yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar.

Bioetanol memiliki banyak manfaat karena dicampurkan dengan bensin pada komposisi berapapun memberikan dampak yang positif dalam mengurangi emisi yang dihasilkan oleh bahan bakar minyak (bensin). Pencampuran bioetanol absolut sebanyak 10 % dengan bensin 90 % sering disebut gasohol E-10 yang memiliki angka oktan 92 dibanding dengan premium hanya 87-88. Bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dibandingkan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE).

V.          KESIMPULAN DAN SARAN

A.       Kesimpulan

Bahan baku yang digunakan untuk pembuatan boietanol yaitu bahan sukrosa, bahan berpati dan bahan berselulosa. Kulit singkong merupakan salah satu sumber bioetanol dari bahan berserat. Kulit singkong bisa berpotensi untuk diproduksi menjadi bietanol yang digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak. Adapun kulit singkong merupakan limbah dari tanaman singkong yang memiliki kandungan serat yang dapat digunakan sebagai sumber energi.

Teknologi pembuatan bioetanol dari limbah kulit singkong melalui proses hidrolisa asam dan enzimatis merupakan suatu alternatif dalam rangka mendukung program pemerintah tentang penyediaan bahan bakar non migas yang terbarukan yaitu BBN ( bahan bakar nabati ) sebagai pengganti bensin.

Proses pembuatan bioetanol melalui beberapa tahap yaitu isolasi pati, hidrolisis pati menjadi glukosa, fermentasi atau perubahan glukosa menjadi etanol atau bioetanol, dan destilasi bioetanol.

Pengolahan limbah kulit singkong menjadi bioetanol dapat mengurangi jumlah limbah yang menumpuk di lingkungan sekitar yang dapat membahayakan kesehatan karena mengandung toksik. Selain itu juga dapat mengurangi angka pengangguran dan menghemat biaya penanganan limbah.

B.       Saran

Aplikasi potensi kulit singkong sebagai sumber pembuatan bioetanol perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai analisis kualitatif maupun analisis kuantitatif bioetanol.

DAFTAR PUSTAKA

Bernasconi G et al. 1995. Teknologi Kimia. Jakarta: PT Pradnya Paramita.

Hambali et al. 2007. Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia Pustaka.

Prihandana, R et al. 2007. Bioetanol Ubi Kayu: Bahan Bakar Masa Depan.Jakarta: Agromedia Pustaka.

Prihandana, R dan Roy Hendroko. 2008. Energi Hijau. Jakarta: Penebar Swadaya.