PRARANCANG PABRIK ETANOL DARI AMPAS TEBU DENGAN PROSES SEPARATED HYDROLYSIS AND FERMENTATION (SHF) BERKAPASITAS 32.000 TON/TAHUN (Desain Adsorber D-501)

PRARANCANGAN PABRIK ETANOL DARI AMPAS TEBU

DENGAN PROSES

SEPARATED HYDROLYSIS AND

FERMENTATION

(SHF) BERKAPASITAS 32.000

TON/TAHUN (Tugas Khusus Perancangan Adsorber D-501)

(Skripsi)

Oleh

LISA FEBRIYANTI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2015

ABSTRAK

PRARANCANG PABRIK ETANOL DARI AMPAS TEBU DENGAN PROSES SEPARATED HYDROLYSIS AND FERMENTATION (SHF)

BERKAPASITAS 32.000 TON/TAHUN (Desain Adsorber D-501)

Oleh :

Lisa Febriyanti

Etanol merupakan bahan kimia dengan fungsi yang beragam, dan kebutuhannya terus meningkat. Teknologi produksi etanol saat ini masih berbahan baku pati yang bersaing dengan bahan pangan. Pabrik etanol ini didirikan dengan tujuan memenuhi kebutuhan yang terus meningkat, dengan bahan baku Ampas Tebu yang tidak bersaing dengan bahan pangan.

Pabrik Etanol ini direncanakan didikan di Terusan Nunyai, Lampung Tengah, Provinsi Lampung. Kapasitas produk etanol adalah 32.000 ton/tahun dan membutuhkan ampas tebu sebesar 450 ton/hari. Pabrik beroperasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Kebutuhan utilitas diantaranya adalah pengadaan air Water Treatment Plant (WTP), penyediaan listrik dan steam, penyediaan bahan bakar, dan penyediaan udara tekan.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan terbatas, berstruktur organisasi line and staff dengan kebutuhan karyawan 132 orang. Keekonomian Pabrik Etanol Ampas Tebu ini adalah

Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 447.434.177.404 Working Capital Investment (WCI) = Rp 304.580.419.228 Total Capital Investment (TCI) = Rp 752.014.596.632

Break Even Point (BEP) = 55,07 %

Shut Down Point (SDP) = 22,89 %

Pay Out Time after taxes (POT)a = 3,5 tahun Return on Investment after taxes (ROI)a = 64,34 % Discounted cash flow (DCF) = 21,59 %

Hasil studi kelayakan teknik dan ekonomi menyatakan bahwa, Pabrik Etanol Ampas Tebu layak dikaji lebih lanjut, karena menguntungkan dan beresiko rendah.

ABSTRACT

FEASIBILITY STUDY ETHANOL PLANT FROM BAGASSE BY PROCESS SEPARATED HYDROLYSIS AND FERMENTATION (SHF)

CAPACITY 32.000 TON/YEAR (Designing Adsorber D-501)

By:

Lisa Febriyanti

Ethanol is chemical substance with variety in function. The demand of Ethanol keeps growing, and at present the production technology still use polysaccharide as raw material which compete with food. The purpose of this Ethanol Plant is supplying the demand, with Bagasse as raw material that doesn’t compete with food.

Ethanol plant planned to be built at Terusan Nunyai, Lampung Tengah, Lampung Province. Plant capacity is 32.000 ton/year which need Bagasse 450 ton/day. The plant operates in 24 hrs./day, 330 days/year. Utility plant supply water in Water Treatment Plant (WTP), supply electricity and steam, supply fuel and supply pressed air.

The company entity form is Limited Liability Company (PT) with line and staff organization structure. Total labor is 132 peoples. Economic study of the plant is Fixed Capital Investment (FCI) = Rp 447.434.177.404 Working Capital Investment (WCI) = Rp 304.580.419.228 Total Capital Investment (TCI) = Rp 752.014.596.632

Break Even Point (BEP) = 55,07 %

Shut Down Point (SDP) = 22,89 %

Pay Out Time after taxes (POT)a = 3,5 tahun

Return on Investment after taxes (ROI)a = 64,34 %

Discounted cash flow (DCF) = 21,59 %

The result of technical and economic feasibility study is feasible and need further analysis, because the plant is profitable with good sustainability.

PRARANCANGAN PABRIK ETANOL DARI AMPAS

TEBU DENGAN PROSES

SEPARATED HYDROLYSIS

AND FERMENTATION

(SHF) BERKAPASITAS 32.000

TON/TAHUN (Tugas Khusus Perancangan Adsorber D-501)

Oleh

LISA FEBRIYANTI

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2015

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 11 Februari 1990, sebagai anak pertama dari 3 bersaudara, dari pasangan Bapak Mansursyah dan Ibu Ros Agustina.

Penulis telah menyelesaikan pendidikan sebelumnya di TK Pertiwi pada tahun 1996, Sekolah Dasar (SD) di SD N 2 Sukaraja pada tahun 2002, Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP Negeri 3 Bandar Lampung pada tahun 2005 dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA N 4 Bandar Lampung pada tahun 2008.

Pada tahun 2008, penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan yaitu, Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEMIA) FT Unila sebagai Ketua Divisi Minat dan Bakat Periode 2010-2011 dan Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FT Unila sebagai Staf Internal Periode 2011-2012.

Pada tahun 2012, penulis melakukan Kerja Praktek di PT Gunung Madu Plantations, Gunung Batin, Lampung Tengah di Unit Process Engineering dengan tugas Khusus Evaluasi Kinerja Clear Juice Evaporator. Pada tahun 2012-2014

melakukan penelitian dengan judul “Sintesis Zeolit A dari Fly Ash Batubara PT.

Sebuah Karya kecilku....

Dengan segenap hati kupersembahkan tugas akhir ini kepada:

Allah SWT,

Atas kehendak-Nya semua ini ada

Atas rahmat-Nya semua ini aku dapatkan

Atas kekuatan dari-Nya aku bisa bertahan.

Orang tuaku

sebagai tanda baktiku, terima kasih atas

segalanya, doa, kasih sayang, pengorbanan, dan

keikhlasannya.

Ini hanyalah setitik balasan yang tidak bisa dibandingkan

dengan berjuta-juta pengorbanan dan kasih sayang

yang tidak pernah berakhir.

Adik-adikku

atas segalanya, kasih sayang dan doa.

Sahabat-Sahabatku

, Terima kasih telah menjadi bagian

hidupku selama berada di Tempat ini. Semua cerita hidup ini,

semua akan ku simpan selamanya. Semoga suatu saat nanti

kita bersua kembali dengan kisah-kisah kesuksesan kita

Guru-guruku

sebagai tanda hormatku,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.

Kepada Almamaterku tercinta,

semoga kelak berguna dikemudian hari.

MOTTO

Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Sesungguhmya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka

apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan) tetaplah

bekerja keras untuk urusan yang lain”

(Al-insyirah :5-7)

“

Jangan mudah putus asa karena melihat ribuan anak kunci,

karena biasanya anak kunci terakhirlah yang dapat membuka

pintu

.”

-Troty Veck.

“

Orang bodoh dikalahkan oleh orang pintar, orang pintar

dikalahkan oleh orang cerdik, orang cerdik dikalahkan oleh

orang beruntung, semoga kita termasuk orang yang selalu

beruntung.

SANWACANA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas karunia dan rahmatNya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. Tugas akhir dengan judul

“Prarancangan Pabrik Etanol dari Ampas tebu dengan Kapasitas 32.000 Ton/Tahun” dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat guna memperoleh derajat kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Suharno, B.Sc., M.S., M.Sc. Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Ir. Azhar, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung

3. Bapak Muhammad Hanif, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I, yang telah memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas akhir.

4. Ibu Lia Lismeri, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing II, atas ilmu, saran, masukan ilmu, dan pengertiannya dalam penyelesaian tugas akhir. Semoga ilmu bermanfaat yang diberikan dapat berguna dikemudian hari.

5. Ibu Yuli Darni, S.T.,M.T. selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan kritik, atas semua ilmu yang telah penulis dapatkan.

6. Bapak Donny Lesmana, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan kritik, juga selaku dosen atas semua ilmu yang telah penulis dapatkan.

7. Seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal masa depan yang akan selalu bermanfaat.

8. Keluargaku tercinta, Bapak dan Ibu, atas pengorbanan, doa, cinta, kasih saying yang selalu mengiringi disetiap langkahku, kesabaran untuk menunggu selesainya kuliah, dan moril yang tak akan pernah bisa terbalaskan oleh penulis.

Thank’s for every think. Adik-adikku atas kasih sayang, doa, dukungan, kepercayaan, ketulusan, bantuan dan semangat.

9. Muhammad Ahdan, S.T., selaku rekan seperjuangan yang menjadi teman diskusi, teman berbagi kesulitan pengerjaanya, dan telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir. Dari baekan, berantem, baekan lag.i wkwkwk.…aaaaaarggghh.. AKHIRNYA KITA LULUS..

Thanks For Everything.

10. Azlia Metta Yunila Sari, S.T., terimakasih atas semua kebaikannya, makan dikosan shizuka, diskusi, atas motivasi, doa, dukungan dan semangatnya dalam suka duka disini.

11. Sahabat terbaik Arisanti Eva Wardani, Iffah Fitria, Yuniar, atas kebaikan pertemanannya, motivasi, doa, dukungan dan segala semangatnya yang telah mengiringi perjalanan kuliah penulis dalam suka dan duka.

12. Raysa Anindya, S.T., atas bantuan dalam pengerjain skripsi sampe malem-malem ditanyain skripsi.

13. Teman-teman angktan 2008 di Teknik Kimia Reo, Oky, Arjun, Monika, Ayu, Rizka, Ajid, Dedi, Anis, Wirna, Ayi, Rido, Alex, Kris, Hendro, Yuli, Nina, Harry, Santika, Mella, Fuzie, Adon, Irawan. Terima kasih atas bantuan semangatnya selama penulis menyelesaikan tugas akhir ini dan persaudaraannya dari awal kuliah sampai saat ini. Banyak cerita dari awal sampai akhir masa kuliah ini yang telah terukir bersama dan kenangan itu hanya akan dijumpai dalam memori tentang kita. Sukses untuk kita semua. 14. Kakak tingkat kak Reza dan mba Suhesti 2007 serta adek tingkat mumu,

rangga, novi,vian,oca, silvia, nina, ira yang telah membantu penulis meyelesaikan tugas akhir ini.

15. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

Penulis berharap agar skripsi ini dapat diterima dan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Bandar Lampung, 22 Desember 2015 Penulis,

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

JUDUL DALAM ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iv

LEMBAR PENGESAHAN ... v

PERNYATAAN ... vi

RIWAYAT HIDUP ... vii

MOTTO ... viii

PERSEMBAHAN ... ix

KUTIPAN ... x

KATA PENGANTAR ... xi

DAFTAR ISI ... xiii

DAFTAR TABEL ... xx

DAFTAR GAMBAR ... xxvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Kegunaan Produk ... 3

1.2.1 Produk Utama ... 3

1.2.2 Produk Samping ... 4

1.3. Ketersediaan Bahan Baku ... 6

1.4. Analisis Pasar ... 7

1.5. Kapasitas Pabrik ... 8

1.6. Lokasi Pabrik ... 8

xiii BAB II PEMILIHAN DAN DESKRIPSI PROSES

2.1. Pemilihan Proses ... 13

2.1.1 Hidrasi langsung etilen berkatalis ... 13

2.1.2 Konversi Gas Sintetis ... 13

2.1.3 Homologasi Metanol(Hidrokarbonilasi) ... 14

2.1.4 Karbonilasi Methanol dan Metil Asetat ... 14

2.1.5 Fermentasi ... 14

2.2. Pemilihan Bahan Baku ... 15

2.2.1 Bahan baku fermentasi ... 16

2.2.2 Sumber Selulosa ... 17

2.2.3 Ampas Tebu ... 18

2.3. Proses Pembuatan Etanol ... 18

2.3.1 Pretreatment ... 19

2.3.2 Hidrolisis ... 24

2.3.3 Fermentasi ... 27

2.3.4 Konfigurasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi ... 28

2.4. Tipe Aliran Proses Fermentasi ... 31

2.5. Uraian Proses Terpilih ... 34

BAB III SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK 3.1. Bahan Baku ... 42

3.1.1 Ampas Tebu ... 42

3.1.2 Air (Dihidrogen Oksida) ... 46

3.2. Bahan Baku Pendukung ... 46

3.2.1 Saccharomyces cerevisiae (Dry Yeast) ... 46

3.2.2 Kalsium Hidroksida ... 47

3.2.3 Asam Sulfat ... 47

3.2.4 Enzim Selulase ... 48

3.3. Produk ... 48

3.3.1 Produk Utama Etanol ... 48

3.3.2 Produk Samping ... 49 `

xiv BAB IV NERACA MASSA DAN ENERGI

4.1. Neraca Massa ... 52

4.1.1 Inhale Pneumatic (S-101) ... 52

4.1.2 Cyclone 1 (S-102) ... 52

4.1.3 Cutting Machine (M-102) ... 53

4.1.4 Mix Point 1 (MP-101) ... 53

4.1.5 Cyclone 2 (S-103) ... 53

4.1.6 Acid Mixing Tank (T-203) ... 54

4.1.7 Acid Reactor (R-201) ... 54

4.1.8 Rotary Vacuum Drum Filter (S-201) ... 55

4.1.9 Netralization Tank (S-202) ... 55

4.1.10 Alkali Mixing Tank (T-204) ... 56

4.1.11 Conditioning Tank(T-205) ... 56

4.1.12 Hydrolysis Reactor(R-301) ... 57

4.1.13 Rotary Vacuum Drum Filter(S-302)... 58

4.1.14 Separated Point (SP-301) ... 58

4.1.15 Sterilisator (H-301) ... 59

4.1.16 Propagation Tank(T-301) ... 59

4.1.17 Fermenter(F-300) ... 60

4.1.18 Distillation Column (D-401) ... 60

4.1.19 Condenser(H-403) ... 61

4.1.20 Reboiler (H-402) ... 61

4.1.21 Adsorber (D-501) ... 62

4.2. Neraca Energi ... 63

4.2.1 Acid Mixing Tank (R-201) ... 67

4.2.2 Heater (H-202) ... 67

4.2.3 Acid Reactor (R-201) ... 67

4.2.4 Cooler (H-203) ... 68

4.2.5 Alkali Mixing Tank (T-204) ... 68

4.2.6 Neutralization Tank (T-202) ... 69

4.2.7 Conditioning Tank (T204) ... 69

xv

4.2.9 Sterilization Tank (T-301) ... 70

4.2.10 Cooler (H-303) ... 70

4.2.11 Cooler (H-302) ... 70

4.2.12 Fermenter (F-300) ... 71

4.2.13 Heater (H-401) ... 71

4.2.14 Distiller (D-401) ... 71

4.2.15 Reboiler (H-402) ... 72

4.2.16 Condenser (H-403) ... 72

4.2.17 Cooler (H-501) ... 73

BAB V SPESIFIKASI ALAT 5.1. Storage House (ST-101) ... 74

5.2. Bin Feeder (M-102) ... 74

5.3. Feeder (M-101) ... 75

5.4. BeltConveyor (C-101) ... 76

5.5. Cyclone I (S-102) ... 76

5.6. Cyclone II (S-103) ... 77

5.7. Cutting Machine (M-103) ... 77

5.8. Gas Fan (M-104) ... 78

5.9. Acid Mixing Tank (T-201) ... 78

5.10. Acid Reactor (R-201) ... 79

5.11. Rotary Vacuum Drum Filter (S-201) ... 80

5.12. AlkaliMixing Tank (T-204) ... 80

5.13. Neutralization Tank (T-202) ... 81

5.14. Conditioning Tank (T-205) ... 82

5.15. Hydrolysis Reactor (R-301) ... 82

5.16. Sterilization Tank (H-301) ... 83

5.17. Propagation Tank (T-301) ... 84

5.18. Fermenter (R-300) ... 84

5.19. Distillation Column I (D-401) ... 85

5.20. Dehydration Column (D-501) ... 85

xvi

5.22. Heater (HE-202) ... 87

5.23. Cooler (H-203) ... 88

5.24. Cooler (H-303) ... 88

5.25. Cooler (H-302) ... 89

5.26. Heater (HE-401) ... 89

5.27. Cooler (H-302) ... 90

5.28. Condenser (H-403) ... 91

5.29. Reboiler (H-402) ... 92

5.30. Pompa Proses 101 (PP-101) ... 93

5.31. Pompa Proses 102 (PP-102) ... 93

5.32. Pompa Proses 103 (PP-103) ... 94

5.33. Pompa Proses 104 (PP-104) ... 94

5.34. Pompa Proses 104 (PP-104) ... 95

5.35. Pompa Proses 106 (PP-106) ... 95

5.36. Bak Sedimentasi (BS–401) ... 96

5.37. Tangki Alum (ST–401) ... 96

5.38. Tangki Kaporit (ST – 402) ... 97

5.39. Tanki Soda Kaustik (ST– 403) ... 97

5.40. Klarifier (CF–401) ... 98

5.41. Sand Filter (SF–401) ... 99

5.42. Tangki Air Filter (FWT – 401) ... 99

5.43. Domestic Water Tank (DOWT – 401) ... 100

5.44. Hydran Water Tank (HWT–401) ... 101

5.45. CoolingTower (CT–401) ... 101

5.46. Tangki Asam Sulfat (ST–404) ... 102

5.47. Tangki Dispersan (ST-405) ... 103

5.48. Tangki Inhibitor (ST–406) ... 103

5.49. Cation Exchanger (CE–401) ... 104

5.50. Anion Exchanger (AE–401) ... 105

5.51. Demin Water Tank (DWT–401) ... 105

5.52. Deaerator (DE–401) ... 106

xvii

5.54. Boiler (B-401) ... 107

5.55. Tangki Bahan Bakar (ST-408) ... 108

5.56. Blower Steam (BS– 401) ... 108

5.57. Air Dryer (AD – 401) ... 109

5.58. Air Compressor (AC-401) ... 109

5.59. Cyclone (CYC-401) ... 109

5.60. Blower Udara 2 (BU – 402) ... 110

5.61. Blower Udara 3 (BU – 403) ... 110

5.62. Blower Udara 4 (BU – 404) ... 110

5.63. Blower Udara 5 (BU – 405) ... 111

5.64. Generator Listrik (GS-401) ... 111

5.65. Pompa Utilitas (PU – 401) ... 112

5.66. Pompa Utilitas (PU – 402) ... 112

5.67. Pompa Utilitas (PU – 403) ... 113

5.68. Pompa Utilitas (PU – 404) ... 113

5.69. Pompa Utilitas (PU – 405) ... 114

5.70. Pompa Utilitas (PU – 406) ... 114

5.71. Pompa Utilitas (PU – 407) ... 115

5.72. Pompa Utilitas (PU – 408) ... 115

5.73. Pompa Utilitas (PU – 409) ... 116

5.74. Pompa Utilitas (PU – 410) ... 116

5.75. Pompa Utilitas (PU – 411) ... 117

5.76. Pompa Utilitas (PU – 412) ... 117

5.77. Pompa Utilitas (PU – 413) ... 118

5.78. Pompa Utilitas (PU – 414) ... 118

5.79. Pompa Utilitas (PU – 415) ... 119

5.80. Pompa Utilitas (PU – 416) ... 119

5.81. Pompa Utilitas (PU – 417) ... 120

5.82. Pompa Utilitas (PP-418) ... 120

5.83. Pompa Utilitas (PP-419) ... 121

5.84. Pompa Utilitas (PP-420) ... 121

xviii BAB VI UTILITAS DAN PENGOLAHAN LIMBAH

6.1. Kebutuhan Air ... 123

6.1.1 Air untuk keperluan umum dan sanitasi ... 123

6.1.2 Air pendingin ... 125

6.1.3 Air Proses ... 127

6.1.4 Air Umpan Boiler (Boiler Feed Water) ... 127

6.1.5 Air Pemadam Kebakaran ... 129

6.2. Unit Penyedia Air (Water Treatment Plant) ... 130

6.2.1 Screening ... 131

6.2.2 Sedimentasi ... 132

6.2.3 Koagulasi dan Flokulasi ... 132

6.2.4 Penyaringan (Filtration) ... 134

6.2.5 Demineralisasi ... 135

6.2.6 Deaerasi ... 138

6.3. Unit Penyedia Bahan Bakar ... 139

6.4. Unit Penyedia Udara Tekan ... 140

6.5. Unit Penyedia Steam ... 140

6.6. Unit Pembangkit Tenaga Listrik ... 142

6.7. Unit Refrigerant (Cooling Tower) ... 142

6.8. Unit Pengolahan Limbah ... 145

6.9. Unit Instrumentasi dan Pengendalian Proses ... 147

6.10. Laboratorium ... 149

BAB VII TATA LETAK DAN LOKASI PABRIK 7.1. Lokasi Pabrik ... 153

7.2. Tata Letak Pabrik ... 155

BAB VIII MANAGEMEN DAN ORGANISASI 8.1. Latar Belakang ... 159

8.2. Struktur Organisasi Perusahaan ... 161

8.3. Tugas dan Wewenang ... 163

8.3.1 Board of Director (Pemegang Saham) ... 164

xix

8.3.3 Manager ... 165

8.4. Status Karyawan Dan Sistem Penggajian ... 167

8.4.1 Status Karyawan ... 167

8.4.2 Sistem Penggajian ... 167

8.4.3 Kenaikan Upah ... 168

8.5. Pembagian Jam Kerja Karyawan ... 168

8.6. Penggolongan Jabatan Dan Jumlah Karyawan ... 170

8.6.1 Penggolongan Jabatan ... 170

8.6.2 Jumlah Karyawan ... 171

8.7. Kesejahteraan Karyawan ... 173

8.7.1 Tunjangan ... 173

8.7.2 Kesehatan dan Keselamatan Kerja ... 174

8.8. Manajemen Produksi ... 179

8.8.1 Perencanaan Produksi ... 180

8.8.2 Pengendalian Produksi ... 181

BAB IX KEEKONOMIAN 9.1. Investasi ... 183

9.2. Evaluasi Ekonomi ... 186

9.3. Discounted Cash Flow (DCF) ... 188

BAB X KESIMPULAN DAN SARAN 10.1. Kesimpulan ... 190

10.2. Saran ... 191

DAFTAR PUSTAKA ... 192 LAMPIRAN

LAMPIRAN A. NERACA MASSA LAMPIRAN B. NERACA ENERGI LAMPIRAN C. SPESIFIKASI ALAT LAMPIRAN D. UTILITAS

LAMPIRAN E. KEEKONOMIAN LAMPIRAN F. TUGAS KHUSUS

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Tabel 1.1 Data Impor Etanol di Beberapa Negara ... 2 Tabel 1.2 Kapasitas Produksi Pabrik Gula Tebu Indonesia ... 7 Tabel 2.1 Kandungan komponen utama biomassa ... 18 Tabel 2.2 Perbandingan kondisi Proses Pretreatment ... 22 Tabel 2.3 Perbandingan keuntungan dan kerugian Proses Pretreatment ... 23 Tabel 2.4 Perbandingan macam-macam Proses Hidrolisis ... 27 Tabel 3.1 Komposisi Ampas Tebu ... 42 Tabel 3.2 Spesifikasi Pressed Bagasse ... 43 Tabel 3.3 Spesifikasi Origin Bagasse ... 43 Tabel 3.4 Spesifikasi Yeast ... 46 Tabel 3.5 Spesifikasi Kalsium Hidroksida ... 47 Tabel 3.6 Spesifikasi Asam Sulfat ... 47 Tabel 3.7 Spesifikasi Enzim Selulase ... 48 Tabel 3.8 Spesifikasi Ethanol Fuel Grade ... 48 Tabel 3.9 Spesifikasi Karbon Dioksida ... 49 Tabel 4.1 Jumlah Kebutuhan Bahan Baku dan Penunjang ... 51 Tabel 4.2 Neraca Massa pada Inhale Pneumatic (S-101) ... 52 Tabel 4.3 Neraca massa Cyclone 1 (S-102) ... 52 Tabel 4.4 Neraca massa Cutting Machine (M-102) ... 53 Tabel 4.5 Neraca massa Mix Point (MP-101) ... 53 Tabel 4.6 Neraca massa Cyclone 2 (S-103) ... 53 Tabel 4.7 Neraca massa Acid Mixing Tank (T-203) ... 54 Tabel 4.8 Neraca massa Acid Reactor (R-201) ... 54 Tabel 4.9 Neraca massa Rotary Filter (S-201) ... 55

xxi Tabel 4.10 Neraca massa Netralization Tank (S-202) ... 55 Tabel 4.11 Neraca massa AlkaliMixing Tank (T-204) ... 56 Tabel 4.12 Neraca massa Conditioning Tank (T-205) ... 56 Tabel 4.13 Neraca massa Hydrolysis Reactor (R-201) ... 57 Tabel 4.14 Neraca massa Rotary Vacuum Drum Filter (S-302) ... 58 Tabel 4.15 Neraca massa Separate Point (SP-301) ... 58 Tabel 4.16 Neraca massa Sterilisator (H-301) ... 59 Tabel 4.17 Neraca massa Propagation Tank (T-301) ... 59 Tabel 4.18 Neraca massa Fermenter (F-300) ... 60 Tabel 4.19 Neraca massa Distiller (D-401) ... 60 Tabel 4.20 Neraca massa Condenser (H-403) ... 61 Tabel 4.21 Neraca massa Reboiler (H-402) ... 61 Tabel 4.22 Neraca massa Adsorber (D-501) ... 62 Tabel 4.23 Nilai Heat of Formation antar ikatan komponen organik ... 65 Tabel 4.24 Nilai Heat Capacity antar ikatan komponen organik ... 66 Tabel 4.25 Konstanta Heat Capacity dan Heat of Formation

komponen anorganik ... 67 Tabel 4.26 Neraca Panas Acid Mixing Tank (T-201) ... 67 Tabel 4.27 Neraca Panas Heater (H-202) ... 67 Tabel 4.28 Neraca Panas Acid Reactor (R-201) ... 67 Tabel 4.29 Neraca Panas Cooler (H-203) ... 68 Tabel 4.30 Neraca Panas Alkali Mixing Tank (T-204) ... 68 Tabel 4.31 Neraca Panas Neutralization Tank (T-202) ... 69 Tabel 4.32 Neraca Panas Conditioning Tank (T-205) ... 69 Tabel 4.33 Neraca Panas Hydrolysis Reactor (R-301) ... 69 Tabel 4.34 Neraca Panas Sterilization Tank (T-301) ... 70 Tabel 4.35 Neraca Panas Cooler (H-303) ... 70 Tabel 4.36 Neraca Panas Cooler (H-303) ... 70 Tabel 4.37 Neraca Panas Cooler (H-303) ... 71 Tabel 4.38 Neraca Panas Heater (H-401) ... 71 Tabel 4.39 Neraca Panas Distiller Feed ... 71 Tabel 4.40 Neraca Panas Reboiler (H-402) ... 72

xxii Tabel 4.41 Neraca Panas Condenser (H-403) ... 72 Tabel 4.42 Neraca Panas Cooler (H-501) ... 73 Tabel 5.1 Spesifikasi Storage House (ST-101) ... 74 Tabel 5.2 Spesifikasi Bin Feeder (M – 102) ... 74 Tabel 5.3 Spesifikasi Feeder (M-102) ... 75 Tabel 5.4 Tabel 5.4. Spesifikasi Belt Conveyor (C-101) ... 76 Tabel 5.5 Tabel 5.5. Spesifikasi Cyclone (S-101) ... 76 Tabel 5.6 Tabel 5.6. Spesifikasi Cyclone (S-102) ... 77 Tabel 5.7 Spesifikasi Cutting Machine (M-102) ... 77 Tabel 5.8 Tabel 5.8. Spesifikasi Gas Fan (M-104) ... 78 Tabel 5.9 Spesifikasi Acid Mixing Tank (T-201) ... 78 Tabel 5.10 Spesifikasi Acid Reactor (R-201) ... 79 Tabel 5.11 Spesifikasi Rotary Drum Vaccum Filter (S-201) ... 80 Tabel 5.12 Spesifikasi Alkali Mixing Tank (T-204) ... 80 Tabel 5.13 Spesifikasi Neutralization Tank (T-202) ... 81 Tabel 5.14 Spesifikasi Conditioning Tank (T-205) ... 82 Tabel 5.15 Spesifikasi Hydrolysis Reactor (R-301) ... 82 Tabel 5.16 Spesifikasi Sterilization Tank (H-301) ... 83 Tabel 5.17 Spesifikasi Propagation Tank (T-301) ... 84 Tabel 5.18 Spesifikasi Propagation Tank (T-301) ... 84 Tabel 5.19 Spesifikasi Distillation Column (D-401) ... 85 Tabel 5.20 Spesifikasi Dehydration Column (D-501) ... 85 Tabel 5.21 Spesifikasi Tangki Penyimpanan Etanol (ST-601) ... 86 Tabel 5.22 Spesifikasi Heater (HE-202) ... 87 Tabel 5.23 Spesifikasi Cooler (H-203) ... 88 Tabel 5.24 Spesifikasi Cooler (H-303) ... 88 Tabel 5.25 Spesifikasi Cooler (H-302) ... 89 Tabel 5.26 Spesifikasi Heater (HE-401) ... 89 Tabel 5.27 Spesifikasi Cooler (H-302) ... 90 Tabel 5.28 Spesifikasi Condenser (H-403) ... 91 Tabel 5.29 Spesifikasi Reboiler (H-402) ... 92 Tabel 5.30 Spesifikasi Pompa Proses 101 (PP-101) ... 93

xxiii Tabel 5.31 Spesifikasi Pompa Proses 102 (PP-102) ... 93 Tabel 5.32 Spesifikasi Pompa Proses 103 (PP-103) ... 94 Tabel 5.33 Spesifikasi Pompa Proses 104 (PP-104) ... 94 Tabel 5.34 Spesifikasi Pompa Proses 105 (PP-105) ... 95 Tabel 5.35 Spesifikasi Pompa Proses 106 (PP-106) ... 95 Tabel 5.36 Spesifikasi Bak Sedimentasi (BS–401) ... 96 Tabel 5.37 Spesifikasi Tangki Alum (ST–401) ... 96 Tabel 5.38 Spesifikasi Tangki Kaporit (ST – 402) ... 97 Tabel 5.39 Spesifikasi Soda Kaustik (ST– 403) ... 97 Tabel 5.40 Spesifikasi Klarifier (CF–401) ... 98 Tabel 5.41 Spesifikasi Sand Filter (SF–401) ... 99 Tabel 5.42 Spesifikasi Tangki Air Filter(FWT – 401) ... 99 Tabel 5.43 Spesifikasi Domestic Water Tank (DOWT – 401) ... 100 Tabel 5.44 Spesifikasi Hydran Water Tank (HWT–401) ... 101 Tabel 5.45 Spesifikasi Cooling Tower (CT–401) ... 101 Tabel 5.46 Spesifikasi Tangki Asam Sulfat (ST–404) ... 102 Tabel 5.47 Spesifikasi Tangki Dispersan (ST-405) ... 103 Tabel 5.48 Spesifikasi Tangki Inhibitor (ST–406) ... 103 Tabel 5.49 Spesifikasi Cation Exchanger (CE–401) ... 104 Tabel 5.50 Spesifikasi Anion Exchanger (AE–401) ... 105 Tabel 5.51 Spesifikasi Demin Water Tank (DWT–401) ... 105 Tabel 5.52 Spesifikasi Deaerator (DE–401) ... 106 Tabel 5.53 Spesifikasi Tangki Hidrazin (ST–407) ... 107 Tabel 5.54 Spesifikasi Boiler (B-401) ... 107 Tabel 5.55 Spesifikasi Tangki Bahan Bakar(ST-408) ... 108 Tabel 5.56 Spesifikasi BlowerSteam (BS– 401) ... 108 Tabel 5.57 Spesifikasi Air Dryer (AD – 401) ... 109 Tabel 5.58 Spesifikasi Air Compressor (AC-401) ... 109 Tabel 5.59 Spesifikasi Cyclone (CYC-401) ... 109 Tabel 5.60 Spesifikasi Blower Udara 2 (BU – 402) ... 110 Tabel 5.61 SpesifikasiBlowerUdara 3 (BU – 403) ... 110 Tabel 5.62 Spesifikasi BlowerUdara 4 (BU – 404) ... 110

xxiv Tabel 5.63 Spesifikasi Blower Udara 5 (BU – 405) ... 111 Tabel 5.64 Spesifikasi Generator Listrik (GS-401) ... 115 Tabel 5.65 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 401) ... 112 Tabel 5.66 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 402) ... 112 Tabel 5.67 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 403) ... 113 Tabel 5.68 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 404) ... 113 Tabel 5.69 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 405) ... 114 Tabel 5.70 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 406) ... 114 Tabel 5.71 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 407) ... 115 Tabel 5.72 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 408) ... 115 Tabel 5.73 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 409) ... 116 Tabel 5.74 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 410) ... 116 Tabel 5.75 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 411) ... 117 Tabel 5.76 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 412) ... 117 Tabel 5.77 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 413) ... 118 Tabel 5.78 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 414) ... 118 Tabel 5.79 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 415) ... 119 Tabel 5.80 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 416) ... 119 Tabel 5.81 Spesifikasi Pompa Utilitas (PU – 417) ... 120 Tabel 5.82 Spesifikasi Pompa Utilitas (PP-418) ... 120 Tabel 5.83 Spesifikasi Pompa Utilitas (PP-419) ... 121 Tabel 5.84 Spesifikasi Pompa Utilitas (PP-420) ... 121 Tabel 5.85 Spesifikasi Pompa Utilitas (PP-421) ... 122 Tabel 6.1 Spesifikasi air sanitasi ... 124 Tabel 6.2 Kebutuhan air umum ... 124 Tabel 6.3 Spesifikasi Air Pendingin ... 125 Tabel 6.4 Jumlah Kebutuhan Air Pendingin ... 126 Tabel 6.5 Spesifikasi Air Proses ... 127 Tabel 6.6 Jumlah Kebutuhan Air Proses ... 127 Tabel 6.7 Spesifikasi Air Umpan Boiler ... 128 Tabel 6.8 Jumlah Kebutuhan Air Umpan Boiler ... 128 Tabel 6.9 Jumlah Kebutuhan Bahan Bakar ... 139

xxv Tabel 6.10 Tingkatan Kebutuhan Informasi dan Sistem Pengendalian ... 148 Tabel 6.11 Pengendalian Variabel Utama Proses ... 148 Tabel 6.12 Spesifikasi Ethanol Fuel Grade ... 150 Tabel 7.1 Distribusi penggunaan lahan industri ... 154 Tabel 8.1 Hari dan Jam Kerja Karyawan Reguler ... 168 Tabel 8.2 Jam Kerja Karyawan Produksi, Teknik dan Keamanan ... 169 Tabel 8.3 Jadwal Kerja Masing-Masing Regu ... 169 Tabel 8.4 Prasyarat Tingkat Pendidikan Terhadap Jabatan ... 170 Tabel 8.5 Rincian Jumlah Karyawan ... 171 Tabel 9.1 Fixed Capital Investment ... 184 Tabel 9.2 Manufacturing Cost ... 185 Tabel 9.3 General Expenses ... 186 Tabel 9.4 Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi ... 189

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

Gambar 1.1 Perkembangan Jumlah Penduduk Indonesia ... 1 Gambar 1.2 Data Jumlah Impor Etanol di Beberapa Negara

Asia Tenggara ... 3 Gambar 1.3 Lokasi Pabrik ... 10 Gambar 2.1 Diagram alir proses pembuatan etanol secara fermentasi

dari Gula, Pati dan Lignoselulosa ... 15 Gambar 2.2 Skema konversi biomassa pada proses pretreatment ... 20 Gambar 2.3 Metabolisme mikrobial dari glukosa menjadi etanol,

asam asetat ... 28 Gambar 2.4 Perbandingan fermentasi dengan dan tanpa pentosa ... 29 Gambar 2.5 Blok Proses Separated Hidrolysis and Fermentation (SHF) 29 Gambar 2.6 Blok Proses Simultaneous Saccharification and

Fermentation (SSF) ... 30 Gambar 2.7 Blok Proses Simultaneous Saccharification and

Co – Fermentation ... 31 Gambar 2.8 Diagram alir proses pembuatan Etanol Ampas Tebu ... 34 Gambar 2.9 Blok diagram proses Pretreatment hingga

Tangki Netralisasi ... 40 Gambar 2.10 Blok Diagram Proses Conditioning Tank

hingga Adsorpsi ... 41 Gambar 3.1 Pressed Bagasse

(a) Bentuk pengiriman Pressed Bagasse ... 43 (b) Panjang serat Pressed Bagasse 1,5 cm ... 43 Gambar 3.2 Origin Bagasse ... 44

xxvii Gambar 3.3 Struktur dan ikatan monomer selulosa ... 44 Gambar 3.4 Struktur dan ikatan monomer Hemiselulosa ... 45 Gambar 3.5 Struktur molekul Asam Asetat ... 49 Gambar 6.1 Diagram Alir Proses Pengolahan Air ... 131 Gambar 6.2 Mekanisme Proses Deaerasi ... 139 Gambar 6.3 Kontakudara cooling water di Cooling Tower ... 144 Gambar 6.4 Diagram Cooling Water System ... 145 Gambar 7.1 Pra Rencana Lokasi Pabrik Etanol ... 154 Gambar 7.2 Tata Letak Pabrik Etanol Ampas Tebu ... 158 Gambar 8.1 Struktur Organisasi Perusahaan Etanol Ampas Tebu ... 163 Gambar 9.1 Analisa Ekonomi Pabrik Etanol ... 188 Gambar 9.2 Kurva Cummulative Cash Flow terhadap Umur Pabrik ... 189

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia adalah negara berkembang. Jumlah penduduk Indonesia selama 10 tahun terakhir sudah bertambah sebanyak 42.886.518 jiwa yaitu dari tahun 1995 menjadi 237.641.326 jiwa pada 2010 (BPS.go.id). Perkembangan penduduk yang pesat ini menyebabkan meningkatnya kebutuhan akan pangan, sandang dan papan. Perubahan pola hidup masyarakat Indonesia juga menyebabkan tingginya kebutuhan akan kosmetik, anti septik dan obat-obatan. Sedangkan pertumbuhan industri, transportasi dan teknologi, meningkatkan kebutuhan bahan bakar. Diantara kebutuhan-kebutuhan tersebut, etanol memegang peranan yang besar. Etanol dapat berperan sebagai minuman, pelarut bahan kosmetik, obat-obatan antiseptik, dan sebagai bahan bakar alternatif.

Kegunaan etanol berdasarkan beberapa tinjauan pustaka di antaranya adalah sebagai pelarut dan reagen dalam laboratorium dan industri, minuman beralkohol, bahan bakar (Fessenden, 2002), bahan industri kimia, bahan kecantikan dan kedokteran, bahan baku untuk membuat ratusan senyawa kimia lainnya, seperti asetaldehid, asam asetat, etilen dibromida dan etil ester (Austin, 1984), serta pelarut dalam pembuatan cat dan bahan kosmetik (Uhlig, 1998).

2 Kegunaan Etanol yang beragam tersebut, belum tergantikan dan terbukti meningkat jumlah kebutuhannya sejak beberapa tahun yang lalu. Data United Nation menunjukkan bahwa selama 5 tahun terakhir kebutuhan impor etanol terus meningkat, khususnya negara di Asia Tenggara. Data peningkatan impor etanol ditunjukkan oleh Tabel 1.1.

Tabel 1.1 Data Impor Etanol di Beberapa Negara

Negara Berat (Ton)/Tahun

2009 2010 2011 2012 2013

Jepang 271.125 376.356 462.350 360.112 366.187

Malaysia 3.453 2.492 948 2.880 1.587

Singapura 35.535 69.797 82.438 82.438 57.524

Thailand 5.325 5.611 6.686 5.669 5.889

Vietnam 103 155 150 0 200

Total 315.541 454.411 552.572 451.099 431.387 Sumber: https://data.un.org. 2015 Berbagai manfaat dan kegunaan yang dimiliki etanol menyebabkan kebutuhan akan etanol yang terus meningkat. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut diperlukan adanya produksi etanol. Pra rancang pabrik etanol berbahan baku ampas tebu ini diharapkan mampu menjadi solusi peningkatan kebutuhan etanol.

3

Gambar 1.1. Data Jumlah Impor Etanol di Beberapa Negara Asia Tenggara Sumber: https://data.un.org., 2015

1.2. Kegunaan Produk

Proses pengolahan ampas tebu untuk menjadi etanol juga menghasilkan beberapa produk samping. Kegunaan masing-masing produk tersebut dijelaskan di bawah ini.

1.2.1.Produk Utama

Etanol atau ethyl alcohol mempunyai rumus kimia C2H5OH. Etanol terkadang juga

disebut grain alcohol, minuman keras, atau hydroxyethane adalah cairan yang mudah terbakar dan tidak berwarna. Etanol digunakan sebagai minuman beralkohol, pelarut, pengharum, perasa, pewarna, obat-obatan, sintesis bahan kimia dan termometer (Gupta, 2010). Etanol juga banyak digunakan sebagai bahan bakar (Fuel Grade Ethanol) dan bahan baku pada berbagai industri, seperti Industri Asam Asetat, Industri Etil Asetat, Industri Etil klorida, Industri Asetaldehid, Industri Butanol, industri obat-obatan dan resin sintetik, dll.

Etanol sebagai bahan bakar, jika dibandingkan dengan gasoline, memiliki nilai oktan yang lebih tinggi, flammability limit yang lebih luas, pembakaran yang lebih cepat dan panas penguapan yang lebih tinggi. Properti ini menyebabkan etanol

2009 2010 2011 2012 2013

impor 315.541 454.411 552.572 451.099 431.387

y = 22838x + 372488 R² = 0,1826

0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 N il ai I m por ( Ton)

4 mempunyai higher compression ratio, waktu bakar singkat, dan mesin yang lebih kecil serta menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi. Etanol merupakan bahan bakar yang mengandung 35% oksigen, yang dapat mengurangi jumlah emisi nitrogen oksida dari hasil pembakaran. Sedangkan kekurangan etanol sebagai bahan bakar adalah rendahnya densitas energi dibanding gasoline, bersifat korosif, mesin sulit start-up dikarenakan rendahnya tekanan uap, larut dalam air, dan bersifat racun pada lingkungan. Etanol cocok digunakan sebagai campuran gasoline karena nilai oktannya yang tinggi. Negara Brazil sudah menggunakan etanol dengan kadar 85% etanol, 15% gasoline (E24), Thailand (E10), Paraguay (E7) dan Amerika (E10-E85) dengan menggunakan Flexible Fuel Vehicle (FFV) (Gupta, 2010).

1.2.2.Produk Samping

Produk samping adalah produk yang terbentuk baik dari proses utama maupun reaksi samping. Produk samping dari pabrik etanol ini membutuhkan pengolahan lebih lanjut untuk memenuhi spesifikasi umum yang diperjual-belikan. Produk samping dan kegunaannya dijelaskan sebagai berikut.

a. Karbon Dioksida (CO2),

 Digunakan sebagai bahan baku dalam industri proses kimia, khususnya untuk

metanol dan produksi urea.

 Digunakan dalam sumur minyak untuk ekstraksi minyak dan menjaga

tekanan dalam formasi. Ketika karbon dioksida dipompakan ke dalam sumur minyak, sebagian dilarutkan ke dalam minyak, mengurangi kekentalan, sehingga minyak yang akan diekstraksi lebih mudah dari batuan dasar dan meningkatkan produksi.

5

b. Asam Asetat

 Digunakan sebagai bahan baku pembuatan cellulose acetate yang biasa

digunakan dalam industri film

 Digunakan ebagai bahan baku pembuatan polyvinyl acetate, yaitu bahan baku

pembuatan lem kayu.

 Digunakan sebagai pelarut dalam proses-proses produksi di industri

 Digunakan dalam pembuatan tinta dan zat warna.

 Pada laboratorium klinis digunakan sebagai bahan untuk pengetesan darah.

 Digunakan dalam industri pembuatan botol minuman ringan.

 Digunakan pada industri pembuatan karet dan plastik.

 Serta digunakan dalam proses pembuatan pestisida.

 Di dalam industri makanan, asam asetat telah disetujui sebagai bahan aditif

pada makanan dengan nomor registrasi E260, kemudian digunakan sebagai bahan untuk mengawetkan makanan, seperti pada pembuatan manisan buah atau sayur.

 Di bidang kesehatan, dalam konsentrasi rendah asam asetat biasa digunakan

sebagai anti bakteri dan deodorant alami, yaitu zat penghilang bau, Asam asetat berperan penting sebagai zat yang digunakan untuk membersihkan noda pada kaca, benda berbahan kuningan, baja dan kerak pada mesin pembuat kopi, Selain itu, asam asetat bisa dimanfaatkan pula untuk menghilangkan bau pesing pada toilet dan kamar mandi.

c. Furfural

 Digunakan sebagai bahan pembentuk resin, zat penghilang warna pada wood

6

 Digunakan sebagai bahan pembuatan senyawa furan yang lain sebagai

furfural alkohol, tetrahidro furfural alkohol.

 Digunakan sebagai pelarut selektif untuk memisahkan senyawa jenuh dan

tidak jenuh dalam minyak, solven, untuk resin dan wax.

 Untuk produksi fiber plastik.

 Sebagai desinfektan

 Untuk memproduksi plastik

 Sebagai Antifreeze, herbisida, aromatizing, agent untuk brandy dan industri

parfum.

d. Lignin

Lignin adalah polimer komplek dari phenylpropane (Dale, 2012). Lignin merupakan zat kayu yang keras dan sulit diolah. Lignin melindungi selulosa sehingga selulosa sulit dihidrolisis. Lignin memberikan kekuatan mekanis, dan mengurangi kemampuan permeabilitas air, dan melindungi struktur tanaman dari kerusakan secara kimia dan biologis. Kandungan lignin merupakan salah satu penghambat bio konversi lignoselulosa menjadi etanol.

1.3. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku berupa ampas tebu dapat diperoleh dari pabrik gula tebu dalam negeri. Pabrik gula tebu Nasional ditunjukkan pada Lampiran G, sedangkan pabrik gula tebu dengan kapasitas 10 terbesar Nasional ditunjukkan oleh Tabel 1.2.

7 Tabel 1.2. Kapasitas Produksi Pabrik Gula Tebu Indonesia

Nama Pabrik Gula (PG) Lokasi Pabrik Kapasitas (TCD) PG. Gula Putih Mataram Lampung Tengah 12.124

PG. Gunung Madu Lampung Tengah 11.432

PG. Sweet Indo Lampung Lampung Utara 10.539

PG. Tolangohula Gorontalo 8.000

PG. Kreber Baru Malang 7.000

PG. Bunga Mayang Lampung Utara 5.979

PG. Jatiroto Lumajang 5.762

PG. Gempolperet Mojokerto 5.742

PG. Ngadirejo Kediri 5.615

PG. Pesantren Baru Kediri 5.607

Sumber: http://www.kppbumn.depkeu.go.id, 2015. Jika dihitung dari kapasitas produksi gula Lampung (Tabel 1.3), potensi etanol dari gula tebu di Provinsi Lampung adalah 40.074 Ton/hari dengan rendemen gula tebu sebanyak 10%. Dengan kapasitas produksi tersebut, maka dibutuhkan Kapasitas Tebu giling sebesar 400.740 Ton/hari, dan menghasilkan ampas tebu 128.236 Ton/hari dari rendemen ampas tebu 32% terhadap Tebu giling. Ampas tebu sebanyak 60% dimanfaatkan sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas, industri jamur, bahan baku industri kanvas rem dan lain-lain, sehingga diperkirakan sebanyak 40% dari ampas tebu tersebut belum dimanfaatkan, yaitu sebesar 51.294 Ton/hari. Yield teoritis etanol dari ampas tebu 32%, maka potensi Etanol didapatkan sebanyak 16.414 Ton/hari atau 3.611.080 Ton/tahun.

1.4. Analisis Pasar

Analisis pasar merupakan langkah untuk mengetahui seberapa besar minat pasar terhadap suatu produk. Target pasar pra rancang pabrik ini adalah negara-negara di Asia Tenggara. Asia Tenggara kami tentukan sebagai pasar karena negara tersebut

8 berdekatan dengan Indonesia, sehingga mengurangi biaya transportasi. Data United Nation pada Tabel 1.1. menunjukkan jumlah impor yang mencapai 431.387 Ton/tahun 2013 dan kemungkinan akan menjadi sebesar 646.544 ton/tahun 2020. Sejumlah 30% dari nilai tersebut yaitu 193.963 Ton/tahun 2020 menjadi target pasar yang besar kemungkinannya akan dibutuhkan atau terbeli oleh pasar.

1.5. Kapasitas Pabrik

Penentuan kapasitas pabrik dibatasi oleh analisis pasar dan ketersediaan bahan baku. Pra Rancang Pabrik Etanol ini direncanakan akan berdiri pada tahun 2020. Kapasitas Pra Rancang pabrik etanol ini sebesar 32.000 Ton/tahun, dengan pertimbangan analisis potensi pasar impor Asia Tenggara sejumlah

646.544 Ton/tahun dan analisis potensi ketersediaan ampas tebu Provinsi Lampung mampu menghasilkan etanol sebesar 3.611.080 Ton/tahun 2013. Dengan demikian kapasitas pabrik sebesar 32.000 ton/tahun diharapkan akan mampu berproduksi secara berkesinambungan.

1.6. Lokasi Pabrik

Untuk menentukan lokasi pendirian suatu pabrik, perlu diperhatikan beberapa pertimbangan yang menentukan keberhasilan dan kelangsungan kegiatan industri tersebut, baik produksi maupun distribusinya. Oleh karena itu pemilihan lokasi pabrik harus memiliki pertimbangan tentang biaya distribusi dan biaya produksi yang minimum agar pabrik dapat terus beroperasi dengan keuntungan yang maksimal. Faktor-faktor lain selain biaya yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan lokasi pabrik adalah diantaranya adalah ketersediaan bahan baku, transportasi, utilitas, lahan dan tersedianya tenaga kerja. Berdasarkan pertimbangan

9 di atas, maka lokasi pabrik etanol dipilih di daerah Terusan Nunyai, Lampung Tengah, Provinsi Lampung. Penjelasan singkat dari pertimbangan di atas adalah sebagai berikut:

a. Ketersediaan bahan baku.

Sumber bahan baku adalah faktor yang paling penting dalam penentuan lokasi pabrik, terutama pabrik yang membutuhkan bahan baku dalam jumlah besar. Lokasi yang berdekatan dengan sumber bahan baku akan dapat mengurangi biaya transportasi bahan baku, karena bahan baku merupakan bahan yang bernilai rendah terhadap volume. Volume yang besar mengakibatkan besarnya jumlah alat dan biaya yang digunakan sebagai transportasi akan lebih banyak. Lokasi yang berdekatan dengan ketersediaan bahan baku juga menjadikan keberlangsungan bahan baku yang lebih stabil, karena tidak terganggu dengan transportasi bahan baku dari lahan ke lokasi pabrik.

Lokasi Terusan Nunyai berdekatan dengan pabrik gula tebu penyuplai bahan baku, yaitu PT. Gunung Madu, PT. Gula Putih Mataram, PT. Sweet Indo Lampung. Pembahasan poin 1.3. menjelaskan bahwa, dari ketiga pabrik tersebut ampas tebu yang dihasilkan sekitar 34.095 Ton/hari. Atau setara dengan produksi etanol 10.910 Ton/hari.

b. Sarana Transportasi

Transportasi baik produk maupun bahan baku juga penting. Kurangnya transportasi dan distribusi akan produk menyebabkan pabrik harus mempunyai tangki penyimpanan produk yang besar, begitu pula dengan bahan baku. Sarana transportasi mempengaruhi kemudahan distribusi produk. Penentuan lokasi

10 pabrik di Terusan Nunyai, Lampung Tengah dapat memenuhi pertimbangan di atas. Lokasi tersebut bersanding dengan jalur Lintas Tengah Sumatera yang memudahkan transportasi darat untuk menuju bandara dan pelabuhan serta sentra perindustrian.

Gambar 1.2. Lokasi Pabrik

Sumber: Google Maps, 2015 c. Ketersediaan Utilitas

Air merupakan kebutuhan yang dibutuhkan dalam jumlah banyak. Apabila ketersediaan air tidak mencukupi, maka keberlangsungan proses akan terganggu. Penentuan lokasi pabrik di Terusan Nunyai, Lampung Tengah berdekatan dengan beberapa sumber air. Sumber air yang dapat digunakan untuk keperluan air pabrik diantaranya, Sungai Way Seputih dan Way Sekampung. Sungai Way Seputih memiliki debit 9,4 m3/s dan sungai Way Sekampung 24,6 m3_{/s (www.academia.edu. 2015). Sedangkan kebutuhan bahan}

11 bakar dapat diperoleh dari PT Pertamina Refinery Unit III Plaju, Palembang. Sarana kelistrikan dapat dipenuhi oleh PT. PLN yang sudah mencapai lingkungan sekitar lokasi perencanaan.

d. Pemasaran Produk

Kemudahan pemasaran hingga ke tangan pembeli mempengaruhi harga produk. Umumnya, pembeli akan membeli produk dengan harga tertentu dan harga tersebut sudah termasuk biaya transport hingga produk diterima pembeli. Lokasi Bandar Mataram, Kab. Lampung Tengah mudah menjangkau industri yang berada di Pulau Jawa, karena masih berdekatan dengan Pelabuhan Panjang, dan negara Malaysia, Singapura, Thailand, Vietnam sebagai target pemasaran.

e. Tenaga Kerja

Indonesia pada tahun 2020 akan sudah berpengalaman dalam Masyarakat Ekonomi ASEAN. Tenaga kerja tidak lagi sulit didapatkan, melainkan pabrik akan lebih selektif dalam memilih tenaga kerja terampil, baik dari masyarakat sekitar maupun luar daerah. Pada tahun 2015, jumlah penduduk Terusan Nunyai mencapai 48.524 jiwa dengan kepadatan 161 jiwa/km2 (www.lampungtengahkab.go.id., 2015). Dengan kepadatan penduduk tersebut, lokasi Terusan Nunyai akan memberikan kemudahan ketersediaan tenaga kerja.

f. Ketersediaan Lahan

Pabrik yang didirikan harus jauh dari pemukiman penduduk dan tidak mengurangi lahan produktif pertanian agar tidak menimbulkan dampak negatif bagi masyarakat dan lingkungan sekitarnya. Juga perlu dipilih lokasi pabrik yang

12 masih memungkinkan untuk pengembangan area pabrik. Hal ini berkaitan dengan kemungkinan pengembangan pabrik dimasa yang akan datang.

g. Karakterisasi lokasi

Karakterisasi lokasi menyangkut iklim di daerah tersebut, yang tidak rawan terjadinya banjir. Di sekitar lokasi penentuan juga sudah terdapat industri besar seperti industri Tepung Tapioka, Gula Tebu, Etanol dari Ubi Kayu, dll. Dalam hal ini daerah Terusan Nunyai, Lampung Tengah, Provinsi Lampung digunakan sebagai lokasi pendirian pabrik etanol.

BAB II

PEMILIHAN DAN DESKRIPSI PROSES

2.1. Pemilihan Proses

Etanol atau ethyl alcohol (CH3CH2OH) sudah dikenal sejak tahun 3000 SM melalui

fermentasi. Teknologi proses pembuatan etanol kemudian berkembang. Proses sintesis etanol diantaranya adalah Hidrasi langsung etilen berkatalis, Konversi Gas Sintetis, Homologasi Metanol, Karbonilasi methanol dan metil asetat, Fermentasi (Kosaric, 2001)

2.1.1.Hidrasi langsung etilen berkatalis

Proses hidrasi dari etilen menjadi etanol merupakan reaksi dapat balik. Pada kondisi reaktor 200-300 oC, 5-8 Mpa, Equimolar etilen dan air menghailkan konversi 22% pada kesetimbangan. Katalis yang digunakan adalah asam, umumnya katalis asam fosfat.

C2H4(g) + H2O(g) C2H5OH(g) ΔH = - 43,4 kJ

2.1.2.Konversi Gas Sintetis

Setelah ditemukannya metode sintesis metanol dari karbon monoksida dan hidrogen, penelitian dilanjutkan untuk mensintesis alkohol gugus lebih panjang, yaitu etanol. Metode untuk memproduksi etanol dari gas sintetis adalah dengan memodifikasi katalis yang mengandung alkali dan kobalt.

2 CO + 4 H2 C2H5OH + H2O

14

2.1.3. Homologasi Metanol(Hidrokarbonilasi)

Proses ini menghasilkan yield etanol yang relatif kecil. Produk proses ini lebih kaya akan alkohol rantai yang lebih panjang, seperti formate, acetate esters dan produk teroksidasi lainnya. Produk samping dapat terbentuk karena terjadi reaksi homologation lanjutan etanol dengan alkohol lain dan juga terjadi reaksi karbonilasi.

ROH + CO + 2 H2 RCH2OH + H2O

2.1.4.Karbonilasi Methanol dan Metil Asetat

Langkah awal konversi metanol menjadi etanol adalah reaksi karbonilasi metanol menjadi asam asetat. Kemudian asam asetat dapat dihidrogenasi langsung untuk menjadi etanol. Reaksi hidrogenasi langsung ini membutuhkan peralatan bertekanan tinggi, dan prosesnya sangat korosif.

CH3OH + CO CH3COOH

CH3OH + CO + 2 H2 C2H5OH + H2O

2.1.5.Fermentasi

Produksi etanol melalui fermentasi tergolong memiliki selektivitas tinggi (kecilnya akumulasi produk samping, tingginya yield etanol), laju fermentasi yang tinggi, toleransi yang tinggi terhadap pertambahan konsentrasi substrat dan konsentrasi etanol serta stabilitas konversi pada suhu tinggi juga diinginkan. Walaupun demikian, Yeast yang mempunyai semua karakter seperti ini masih dalam pengembangan.

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

15 Pertimbangan pemilihan proses di atas menghasilkan proses fermentasi merupakan proses yang paling baik. Baik menurut segi selektivitas, yield, dan kondisi. Pertimbangan bahan baku juga mengarah pada proses fermentasi, yaitu gula. Proses produksi etanol dari gas sintetis ataupun etilen masih berasal dari turunan produk petroleum, yang ketersediaanya semakin terbatas seiring waktu.

2.2. Pemilihan Bahan Baku

Fermentasi adalah proses yang memanfaatkan kemampuan mikroba yang dikendalikan oleh manusia untuk memperoleh produk yang berguna, dimana terjadi pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerob. Bahan baku fermentasi berupa karbohidrat akan diubah menjadi gugus gula yang lebih kecil, yaitu glukosa. Bahan baku fermentasi sebenarnya adalah gula, adapun karbohidrat maupun polisakarida lain harus terlebih dulu disederhanakan agar bakteri, jamur atau enzim fermentasi mampu memprosesnya menjadi produk yang lebih bernilai.

Negara produsen etanol terbesar didunia diantaranya adalah Brazil, Amerika Serikat. Brazil menggunakan bahan baku Gula Tebu sedangkan Amerika Serikat gunakan Pati Jagung. Penggunaan Jagung sebagai bahan baku etanol berimbas pada harga Jagung yang juga sebagai bahan pangan. Produksi Jagung menjadi Etanol dituduh bersalah atas kenaikan harga pangan di seluruh dunia. Hal ini terjadi karena tingginya permintaan akan Jagung menyebabkan petani Amerika Serikat lebih memilih menanam Jagung dibanding lainnya. (Gupta, 2010). Sama halnya yang terjadi di Indonesia, harga Ubi Kayu meningkat pesat ketika industri etanol menggunakan Ubi Kayu sebagai bahan baku.

16 Indonesia masih dalam proses menuju Swasembada Pangan. Pemerintah masih mencari cara alternatif untuk menjaga stabilitas pangan di Indonesia. Tujuan swasembada pangan diharapkan dapat mengurangi impor bahan berpati ke Indonesia. Hal ini tentunya akan berkebalikan, jika industri yang dibangun di Indonesia masih menggunakan bahan pangan. Sehingga diperlukan bahan baku etanol alternatif yang tidak bersaing dengan bahan pangan.

2.2.1.Bahan baku fermentasi

Bahan baku fermentasi untuk menghasilkan etanol dikelompokkan menjadi 3, yaitu

a. Gula

 Gula dapat bersumber dari gula tebu, gula bit, molase dan buah-buahan.

 Gula dapat langsung difermentasi menjadi etanol.

b. Pati

 Pati dapat bersumber dari bahan makanan seperti jagung, singkong, kentang

dan akar tanaman.

 Pati harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi gula sebelum difermentasi

menjadi etanol.

 Bahan barpati masih dapat dikonsumsi sebagai pangan, sehingga tidak

menjadi pilihan bahan baku pra rancang pabrik ini.

c. Selulosa

 Selulosa dapat berasal dari kayu, limbah pertanian, limbah pabrik pulp dan

kertas.

 Selulosa harus dikonversi menjadi gula dengan bantuan asam mineral (Lin

17

 Selulosa adalah bahan yang tidak bersaing dengan pangan, sehingga bahan

baku yang digunakan pada Pra Rancang Pabrik Etanol ini adalah Selulosa.

2.2.2.Sumber Selulosa

Selulosa merupakan salah satu komponen utama dari biomasa. Komponen utama biomassa lainnya adalah hemiselulosa dan lignin. Bahan terbanyak penyusun tumbuhan adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Bahan lignoselulosa sangat potensial untuk menjadi bahan baku etanol murah karena ketersediaannya yang melimpah dan tidak memberikan tekanan pada rantai makanan. Selulosa dan hemiselulosa dapat dikonversi menjadi etanol dengan terlebih dahulu dikonversi menjadi gula. Walaupun demikian, proses pengolahannya lebih rumit. Persentase biomassa berdasarkan komponen utamanya ditampilkan pada Tabel 2.1.

Gambar 2.1. Diagram alir proses pembuatan etanol secara fermentasi dari Gula, Pati dan Lignoselulosa.

18 Tabel 2.1. Kandungan komponen utama biomassa

Biomass Cellulose (wt %) Hemiselulose (wt %) Lignin (wt %)

Tongkol Jagung(1 45 35 15

Rumput(1 _{25-40 35-50 10-30}

Daun(1 _{15-20 80-85 0}

Kertas Koran(1 40-55 25-40 18-30

Ampas Tebu(2 52,7 17,5 24,2

Sumber: (1Kumar et al., 2009 dan (2Samsuri et al., 2007. Berbagai sumber selulosa di atas, dipilihlah ampas tebu sebagai bahan baku Industri Etanol. Analisa ketersediaan ampas tebu dijelaskan pada subbab 1.3. Ampas tebu dipilih karena jumlah selulosanya yang tinggi, ketersediaanya melimpah, dan terkonsentrasi di suatu tempat.

2.2.3.Ampas Tebu

Ampas tebu (Bagas) merupakan hasil samping proses pembuatan gula tebu (sugar cane). Ampas tebu yang dihasilkan sekitar 35 – 40% dari berat tebu giling. Ampas tebu sebagian besar mengandung lignoselulosa. Panjang seratnya antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, sehingga ampas tebu ini dapat memenuhi persyaratan untuk diolah menjadi papan buatan. Serat bagase tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan dan lignin (Husin, 2007).

2.3. Proses Pembuatan Etanol

Pembuatan etanol dari bahan lignoselulosa memerlukan empat unit proses utama yaitu:

a.

Pretreatment, bertujuan untuk memisahkan kandungan ampas tebu antara selulosa, hemiselulosa dan lignin, sehingga reagen baik enzim maupun asam

19 dapat berkontak dengan selulosa lebih baik. Luas kontak yang lebih baik menyebabkan konversi bahan baku menjadi lebih sempurna.

b. Hidrolisis, untuk menghidrolisis polimer selulosa dan hemiselulosa menjadi monomernya, yaitu gula heksosa dan gula pentosa.

c. Fermentasi, memfermentasi monomer gula heksosa dan gula pentosa menjadi etanol dengan menggunakan mikroorganisme.

d. Purifikasi, pemurnian etanol dengan melalui proses distilasi dan dehidrasi.

Proses-proses tersebut di atas memiliki banyak jenis. Penjelasan tiap jenis proses untuk memperoleh pemilihan yang tepat dijelaskan sebagai berikut.

2.3.1.Pretreatment

Pretreatment bertujuan untuk memisahkan lignin dan hemiselulosa, mengurangi kristalinitas selulosa, dan meningkatkan porositas material. Pretreatment harus memenuhi kriteria sebagai berikut,

1. Mempermudah pembentukan gula atau memperbaiki kemampuan hidrolisis enzimatis

2. Terhindar dari hilangnya gula

3. Terhindar dari terbentuknya komponen penghambat proses hidrolisis enzimatis dan fermentasi

20

Gambar 2.2. Skema konversi biomassa pada proses pretreatment

Sumber: Kumar, 2009. Proses pretreatment terbagi menjadi 3 jenis perlakuan, yaitu fisika, kimia dan kombinasi fisika-kimia. Penjelasan singkat jenis perlakuan tersebut adalah sebagai berikut.

a. Fisika, Dalam perlakuan fisika terdapat beberapa metode yaitu;

 Mechanical comminution, yaitu dengan proses chipping, grinding dan

milling. Ukuran setelah chipping umumnya 10-30 mm dan 0.2-2 mm setelah milling. Tujuan utama metode ini adalah mengurangi kristalinitas material sehingga meningkatkan daya cerna enzimatis dan biologis pada proses selanjutnya.

 Vapour Explosion, adalah metode yang paling umum digunakan untuk

pretreatment material lignoselulosa. Pada metode ini, biomassa dikontakkan dengan saturated Steam bertekanan tinggi kemudian tekanan dikurangi dan berulang, sehingga biomassa meledak karena kehilangan tekanan.

 Thermohidrolisis, yaitu menggunakan air panas dengan tekanan tinggi

21

b. Kimia, dalam perlakuan kimia terdapatbeberapa metode yaitu;

 Dilute Acid Hydrolysis, yaitu dengan menggunakan larutan asam pekat

seperti asam sulfat dan asam klorida. Metode ini mampu mendapatkan laju reaksi yang tinggi. Pada temperatur moderat, yield proses sakarifikasi akan berkurang karena gula yang terdekomposisi, sehingga Dilute Acid Hydrolysis lebih diinginkan pada temperatur tinggi.

 Alkaline Hydrolysis, yaitu dengan menggunakan sodium atau kalsium

hidroksida. Metode ini dapat menghidrolisis dengan cara reaksi saponifikasi rantai ester yang mengikat xylan hemiselulosa dengan komponen lain, sebagai contoh, ikatan lignin dan hemiselulosa. Akibat reaksi tersebut porositas material bertambah karena ikatan silang material hilang.

 Organosolv, merupakan campuran pelarut organik (methanol atau aseton)

dan katalis asam (H2SO4 atau HCl) yang digunakan untuk memecah

kandungan lignin dan hemiselulosa. Penghilangan pelarut organik perlu dilakukan untuk mencegah terhambatnya pertumbuhan mikroorganisme pada proses selanjutnya, enzimatik hidrolisis dan fermentasi.

 Biologic, dengan menggunakan fungi untuk mendegradasi lignin.

Keuntungan menggunakan metode ini adalah kebutuhan energi yang sedikit, dan kondisi operasi yang ringan. Namun, laju hidrolisis metode ini sangat rendah.

c. Kombinasi Fisika dan Kimia,terdapat beberapa metode yaitu;

 Catalyzed Vapour Explosion, yaitu dengan penambahan H2SO4 atau SO4 atau

CO2 dalam proses Vapour explosion. Proses ini dapat menaikan efisiensi dari

22

 AFEX (ammonia fibre explosion), prinsip AFEX hampir sama dengan Vapour

Explotion yaitu kontak Steam tekanan tinggi dan hilang tekan bergantian, dan uap yang digunakan mengandung ammonia.

 CO2 explosion, yaitu dengan menghacurkan biomassa yang ditreatment dengan

menggunakan uap CO2 saturated serta pengurangan tekanan. Dosis yang umum

digunakan adalah 4 kg CO2/kg fiber pada tekanan 5,62 Mpa. CO2 yang

digunakan secara hipotesis dapat membentuk asam berkarbon yang dapat mempercepat proses reaksi hidrolisis (Pradhan, 2007).

Tabel 2.2. Perbandingan kondisi Proses Pretreatment

Proses T / P

(oC / bar)

Waktu (menit)

Xylose

yield Cost

Vapour explotion 160–260 2 45 % - 65 % -

Thermohidrolisis 30 88 % - 98 % -

Dilute Acid Hydrolysis >160 2-10 75 % - 90 % +

Alkaline Hydrolysis 60 % - 75 % ++

Organosolv 40-60 70 % - 80 %

Catalyzed Vapour Explosion 160–220 1-4 88% -

AFEX (ammonia fibre

explosion) 90 30 50 - 90 % -

CO2 explosion 56,2 75% +

Sumber: Hamelinck, et al, 2005

23 Tabel 2.3. Perbandingan keuntungan dan kerugian Proses Pretreatment

Proses Keuntungan Kerugian

Mechanical pretreatment

- Mengurangi kristalinitas selulosa

- Konsumsi power lebih besar dibandingkan energi yang dimiliki biomasasa Vapour

Explotion

- Terjadi penurunan hemiselulosa

- lignin transformation - Cost effective

- Matrix karbohidrat tidak pecah dengan baik - Menghasilkan inhibitor

mikroorganisme

AFEX

- Meningkatkan jumlah aksesibilitas permukaan - Menghilangkan lignin dan

hemiselulosa

- Tidak menghasilkan inhibitor mikroorganisme

- Tidak efisien untuk biomassa yang kaya akan lignin

CO2 explosion

- Meningkatkan jumlah aksesibilitas permukaan - Cost effective

- Tidak menghasilkan inhibitor mikroorganisme

- Tidak merubah lignin dan hemiselulosa

Ozonolysis

- Mengurangi kandungan lignin

- Tidak menghasilkan inhibitor mikroorganisme

- Dibutuhkan ozon yang banyak

- Mahal Dillute acid

hydrolysis

- Menghidrolisis hemiselulosa - Merubah struktur lignin

- Mahal

- Korosif terhadap alat - Menghasilkan zat beracun Alkaline

hydrolysis

- Menghilangkan lignin dan hemiselulosa

- Meningkatkan jumlah aksesibilitas permukaan

- Lamanya waktu tinggal - Garam yang terbentuk tidak

diperoleh kembali dan menyatu dengan biomassa

Organosolv - Menghidrolisis lignin dan hemiselulosa

- Solven harus dihilangkan lebih dulu, diuapkan, dan di-recycle

- Mahal Pyrolysis - Menghasilkan produk gas

dan liquid

- Temperatur tinggi - Menghasilkan abu Pulsed

electrical field

- Kondisi ramah lingkungan - Menghancurkan struktur sel - Peralatan sederhana

- Proses butuh lebih banyak penelitian

Biological

- Menghancurkan lignin dan hemiselulosa

- Kebutuhan energi minim

- Laju hidrolisis lambat

24 Penjelasan di atas memberikan arahan pada pemilihan Dilute Acid Hydrolysis sebagai pretreatment. Dilute Acid Hydrolysis memiliki konversi yang tinggi, dan waktu yang singkat, sehingga tidak diperlukan recycle untuk meningkatkan konversi, dan beban kerja alat tidak lebih besar, serta biaya operasi yang lebih rendah dibanding Thermohidrolisis yang mampu memberikan yield lebih besar.

2.3.2.Hidrolisis

Hidrolisa meliputi proses pemecahan polisakarida di dalam biomassa lignoselulosa, yaitu selulosa dan hemoselulosa menjadi monomer gula penyusunya. Hidrolisis sempurna selulosa menghasilkan glukosa. Sedangkan hemiselulosa menghasilkan beberapa monomer gula pentose (C5) dan heksosa (C6).

k C6H10O5 + m H2O n C6H12O6

Terdapat dua macam proses hidrolisis yang sering digunakan yaitu dengan menggunakan asam dan enzim selulase. Proses hidrolisis tanpa melalui pretreatment diperoleh yield sebesar < 20%, sedangkan hasil yield yang diperoleh setelah pretreatment adalah lebih dari 90%.

a. Hidrolisis Asam

Ampas tebu dapat dihidrolisis dengan larutan asam untuk memperoleh campuran gula glukosan dan xylosa sebagai komponen utama. Walaupun demikian, hidrolisat dapat mengandung asam asetat, furfurat, phenolic compound, atau komponen turunan lignin. Komponen ini dapat berpotensi menghambat proses mikrobial dan enzimatik selanjutnya.

Perlakuan hidrolisis asam menggunakan 2 tahapan (two stage acid processes) telah terbutkti dapat mengurangi pembentukan komponen penghambat dan

25 memperoleh xylosa dan glukosa lebih banyak. Tahap pertama menggunakan larutan asam sulfat pada temperatur moderat telah terbuktu efisien memproduksi xylosa dari hemiselulosa. Tahan kedua menggunakan kondisi yang lebih tinggi dapat mengkonversi selulosa menjadi glukosa (Gregg dan Saddler, 1995).

Tahap pertama dilakukan pada kondisi proses 0,7 % asam sulfat, suhu 190 o_C

untuk produksi gula 5 atom karbon. Tahap kedua, sisa padatan dengan kandungan selulosa yang lebih tahan, dioperasikan dengan kondisi operasi yang lebih tinggi yaitu, 215 o_{C, dengan asam 0,4 % untuk produksi gula 6 atom}

karbon. Kedua stage ini mempunyai waktu tinggal selama 3 menit. Yields yang dihasilkan sebesar 89 % untuk mannose, 82 % untuk galactose, namun hanya 50 % untuk glucose. Kemudian hasil dari proses hidrolisis yang diperoleh di fermentasi menjadi alkohol pada proses selanjutnya (US DOE 2003: Graf dan Koehler, 2000).

Proses hidrolisis asam pekat dapat menghasilkan yield gula yang sangat besar (> 90 %), dapat digunakan pada berbagai jenis bahan baku lignoselulosa, waktu yang dibutuhkan relatif cepat, dan memberikan nilai degradasi yang sedikit. Proses ini dapat meminimalisir kebutuhan asam dengan menggunakan pemisahan asam untuk didaur ulang kembali. Sejak tahun 1948 pemisahan ini menggunakan membran separation untuk mengembalikan asam sebesar 80 %, namun sekarang menggunakan continuous ion exchange yang dapat mengembalikan asam sebesar lebih dari 97 % dengan kandungan gula yang hilang sebesar 2 %. Peralatan yang dibutuhkan pada proses ini lebih mahal jika dibandingankan dengan menggunakan proses hidrolisis asam encer.

26

b. Hidrolisis Enzimatis

Hidrolisis enzimatis selulosa menjadi glukosa dilakukan dengan menggunakan enzim selulosa yang merupakan katalisator tinggi. Kebutuhan biaya operasi hidrolisis enzimatis lebih rendah dibanding hidrolisis asam, karena kondisi operasi yang ringan (pH 4,5–5,0 dan pada suhu 40-50 o_{C), dan tidak}

menyebabkan korosi, kebutuhan utilitas yang sedikit, dan kadar racun yang dihasilkan sedikit (Sun dan Cheng, 2002).

Enzim selulase dapat diproduksi oleh jamur dan bakteri. Mikroorganisme ini bisa anaerobik atau aerobik, mesofilik atau thermofilik. Karena anaerob memiliki laju pertumbuhan yang rendah, umumnya saat ini banyak dilakukan penelitian yang terfokus pada jamur. Jamur Trichoderma merupakan jamur yang banyak dipelajari untuk produksi enzim selulosa.

Enzim selulosa adalah campuran dari berbagai enzim. Minimal terdiri dari 3 enzim, yaitu; (1) Endoglucanase (EG, endo-1,4 glucanohydrolase) yang menyerang kristalinitas serat selulosa dan menciptakan rantai ujung bebas; (2) Exoglucanase atau cellobiohydrolase (CBH, 1,4 glucan cellobiohydrolase) mendegradasi lebih lanjut rantai ujung bebas dengan menghilangkan cellobiose unit; (3) β – glucosidase, menghidrolisa cellobiose unit dan memproduksi glukosa.

Sebagai tambahan selain 3 enzim diatas dapat juga ditambahan enzim penyokong yang menghidrolisis hemiselulosa seperti enzim glucuronidase, acetylesterase, xylanase, β-xylosidase, galactomannanase dan glucomannanase.

27 Faktor yang mempengaruhi hidrolisis enzimatis adalah substrat, aktifitas enzim selulase, kondisi reaksi (pH, temperatur, dll).

Tabel 2.4. Perbandingan macam-macam Proses Hidrolisis

Process Input Temperature Time Saccaharification

Dilute Acid < 1 % 215 oC 3 min 50 % - 70 %

H2SO4

Concentrated 30 % - 70 % 40 oC 2 -6

hour 90%

H2SO4

Enzymatic Cellulase 70 o_{C 1,5 day 75 % - 95 %}

Sumber: Hamelinck, dkk, 2005. Penjelasan metode hidrolisis diatas mengarahkan pada pemilihan proses hidrolisis menggunakan enzim. Hidrolisis enzim lebih cost efective, kurang korosif, temperatur rendah, dan kadar produk penghambat lebih sedikit. Walaupun waktu yang dibutuhkan lebih lama, tetapi biaya operasi (Asam dan Steam) lebih rendah dibanding lainnya.

2.3.3.Fermentasi

Fermentasi dapat dilakukan oleh baik bakteri, yeast, atau jamur. Berdasarkan reaksi, yield teoritis maksimum etanol adalah 0,49 dan 0,51 karbon dioksida setiap gram gula.

3 C5H10O5 5 C2H5OH + 5 CO2

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

Bakteri mendapat perhatian lebih para peneliti karena memiliki kemampuan fermentasi yang cepat. Umumnya bakteri mampu memfermentasi dalam hitungan menit dibanding yeast yang memfermentasi dalam hitungan jam. Semua mikroorganisme mempunyai batasan, seperti ketidakmampuan memfermentasi gula C6 dan C5, yield etanol rendah, ketahanan terhadap konsentrasi gula dan etanol.

28

Gambar 2.3. Metabolisme mikrobial dari glukosa menjadi etanol, asam asetat Sumber: Ali, 2008.

2.3.4.Konfigurasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi

Keterbatasan mikroba terhadap konsentrasi gula dan alkohol menghasilkan teknologi yang menggabungkan antara hidrolisis dan fermentasi dalam satu wadah. Hidrolisis yang masih sebagian dapat mengurangi hambatan mikroorganisme terhadap konsentrasi gula berlebih. Ketika proses hidrolisis dan fermentasi digabung, maka produk intermediet penghambat dapat diminimalisir, sehingga yield berpotensi lebih besar. Konversi pentosa menjadi etanol juga dapat menambah yield perolehan etanol dari bahan baku lignoselulosa, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.4.

a. Separated Hidrolysis and Fermentation (SHF)

Pada konfigurasi SHF, proses hidrolisa enzim terpisah dengan proses fermentasinya. Liquid mengalir bersama dari proses pre-treatment masuk ke

29 dalam reaktor hidrolisa untuk di hidrolisis menjadi monomer gulanya, kemudian masuk ke reaktor fermentasi.

Gambar 2.4. Perbandingan fermentasi dengan dan tanpa pentosa

Campuran dari hasil fermentasi kemudian di distilasi untuk mendapatkan etanol dan meninggalkan xylosa yang tidak terkonversi. Dalam reaktor kedua, xylosa difermentasi menjadi ethanol dan ethanol di distilasi kembali. Hidrolisis selulosa dan fermentasi glukosa boleh juga terletak paralel dengan fermentasi xylosa (Hamelinck, dkk. 2005).

Hemi Hydrolysis

Enzym Production

Enzymatic Hydrolysis

C6 Fermentation Celulase

Glucose

CO2

Soluble Sugar

C5 Fermentation

Beer Column

Distillage Ethanol

water

Soluble

CO2

Gambar 2.5. Blok Proses Separated Hidrolysis and Fermentation (SHF)

b. Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)

Pada integritas proses SSF ini menggabungkan tahap hidrolisa dari selulosa dengan tahap fermentasi langsung dari glukosa yang dihasilkan (hidrolisa

30 selulosa dan fermentasi gula C6 terjadi serentak pada satu reaktor). Proses ini mengurangi jumlah rekator yang meliputi pengurangan reaktor hidrolisa yang dijalankan dengan terpisah, yang lebih penting dari proses ini adalah menghindari masalah dari terbentuknya gula penghambat (inhibitor). Selain itu pada proses SSF mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan proses Sakarifikasi dan fermentasi pada selulose dilakukan secara terpisah, yaitu dapat mengurangi resiko kontaminasi, diperlukan beban enzim lebih rendah, kecepatan raksi hidrolisis lebih cepat, yield produk lebih tinggi, dan biaya operasi lebih rendah. (Gong, dkk, 1999)

Hemi Hydrolysis

C5 Fermentation

Enzyme production

C6 Fermentation

Beer Column

Ethanol water

Stillage Beer

Cellulase CO2 CO2

Gambar 2.6. Blok Proses Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)

c. Simultaneous Saccharification and Co – Fermentation (SSCF)

Proses SSCF adalah pengembangan dari proses SSF yang dilakukan oleh National Renewable Energy Laboratory (NREL) dan sangat mirip dengan proses SSF. Hanya saja pada proses ini tahap hidrolisis selulosa dan fermentasi glukosa dan xylosa terjadi secara serentak dalam satu reaktor. (Chiara Piccolo dan Fabrizio Bezzo, 2007).

31

Hemi Hydrolysis

C5 Fermentation C6 Fermentation

Enzyme production

Beer Column

Ethanol water

Stillage Beer

Cellulase CO2

Gambar 2.7. Blok Proses Simultaneous Saccharification and Co – Fermentation Konfigurasi Proses Hidrolisis dan Fermentasi yang digunakan adalah SHF. Konfigurasi ini memiliki kelebihan mudah untuk kontrol proses, dimana ketika terjadi proses sakarifikasi terganggu, reaktor hidrolisis dapat langsung dicek dan ditindak tanpa harus mengganggu proses fermentasi setelahnya.

2.4. Tipe Aliran Proses Fermentasi

a. Periodically operating fermentation process

Proses fermetasi ini adalah proses yang sudah umum dilakukan. Proses fermentasi dimulai dengan mengisi vessel dengan slurry. Slurry terlebih dulu diberi yeast dengan kepadatan tertentu pada vessel terpisah. Kemudian slurry difermentasi hingga kadar gula terkonversi maksimum menjadi etanol. Ketika selesai, slurry hasil fermentasi (umumnya 72 jam) dikosongkan dan slurry dialirkan ke proses distillasi. Vessel bisa diisi dengan slurry baru setelah dibersihkan.

Keunggulan proses fermentasi ini adalah minimnya pengawasan yang dibutuhkan, dan kontaminasi tidak menyebar dari vessel ke lain vessel. Kekurangan yang dimiliki proses fermentasi ini adalah lamanya fermentasi (72 jam) dan membutuhkan waktu untuk mengisi dan mengeluarkan slurry.

32 Kekurangan ini mengharuskan memiliki vessel yang sangat besar untuk kapasitas yang sama.

b. Cyclic fermentation process

Proses fermentasi ini membutuhkan 8 vessel berdekatan. Vessel diisi oleh slurry di vessel pertama, kemudian vessel ke dua dengan overflow, hingga vessel ke tujuh terisi. Fermentasi terjadi secara periodik. Vessel dikosongkan dari vessel ke tujuh, hingga vessel pertama dengan berurutan. Proses fermentasi berikutnya dimulai dari vessel ke tujuh, menuju vessel pertama. Pembersihan dilakukan secepatnya, ketika proses pengosongan dilakukan.

Keunggulan proses ini adalah minimnya kebutuhan volume vessel untuk kapasitas proses yang sama, yaitu dengan mengurangi durasi fermentasi menjadi 64 jam. Kekurangan proses fermentasi ini adalah vessel yang pertama diisi slurry merupakan vessel yang terakhir dibersihkan. Hal ini menyebabkan proses ini sangat rentan dengan kontaminasi.

c. Continuous two stream process

Proses fermetasi ini terdiri dari 8 vessel yang terhubung dengan pipa pada ¾ tinggi tangki. Fermetasi dimulai dengan mengisi vessel 1 dengan slurry mengandung yeast dan slurry yang tidak mengandung yeast. Setelah vessel berisi 100 juta sel/ml diperoleh, sebanyak 65% slurry dalam vessel 1 dialirkan ke vessel 2, sedangkan 35% slurry lainnya dialirkan ke vessel 8. Vessel ke dua akan terisi secara overflow hingga penuh. Vessel 3 akan terisi dengan 65% slurry dari vessel 2 dan setelah vessel 2 penuh, sedangkan 35% lainnya mengisi vessel

191

10.2. Saran

Saran yang dapat diberikan untuk prarancang pabrik etanol ampas tebu adalah: 1. Pabrik sebaiknya juga mengolah bahan hemiselulosa yang terkandung dalam

ampas tebu.

2. Pabrik ini layak didikaji lebih lanjut, baik dari aspek teknik maupun aspek ekonomi.

DAFTAR PUSTAKA

Austin, T. George. 1984. “Shreve’s Chemical Process Industries”. Fifth Edition. McGraw-Hill Book Company. New York.

Badan Pusat Statistik. 2013, Statistic Indonesia, www.bps.go.id, Indonesia. Bruce E dale. 2015. encyclopedia of physical science.

Chiara Piccolo and Fabrizio Bezzo, 2007, “Ethanol from lignocellulosic biomass: a comparison between conversion technologies”. Dipartimento diprincipi eimpianti di ingegneria chimica, Università di Padova

Dale, B.E., 2010, Process Optimization to Convert Forage and Sweet Sorghum Bagasse to Ethanol Based on Ammonia Fiber Expansion (AFEX)

Pretreatment,Bioresource Technology, 101, 1285- 1292.

Degremont. 1991. Water Treatment Handbook. 6th edition. France: Lavoirsier Publishing

Fahmi, N. 2013. Pengolahan Tapioka Secara Industri. http: //digilib.unimus.ac.id /files/106jtptunimu s-gdl-nurulfahmi-52563.pdf. Diakses 25 Februari 2013. Fessenden J. Ralp and Fesseden, S. Joan. 2002 “Kimia Organik”. Edisi Ketiga,

Erlangga. Jakarta.

Fogler, H.S. 2006. Elements of Chemical Reaction Engineering, 4th ed., pp. 12- 23, Pearson Education, Inc., Massachusetts.

Gong, C.S dan G.T Tsao. 1999. Cellulase and Biosynthesis Regulation. Di dalam D. Perlman [ed] Annual Report of Fermentation process. Academic Press. New York.

Graf, A. & Koehler, T. 2000. Oregon Cellulose-Ethanol study. An Evaluation of the potential for ethanol production in Oregon using cellulose-based feedstock.Oregon Office of Energy. Oregon.

Gregg, D. And J.N. Saddler. 1995. Bioconversion of Lignocellulosic residue to ethanol: Process flowsheet development. Biomass and Bioenergy 9(1-5): 287-302.

Gupta, S., 2010. Pharmaceutical Nanotechnology Novel Nanoemulsion–High Energy Emulsification Preparation, Evaluation and Application. T. Ph. Res., 3:117–138.

Hamelinck, et al, “Ethanol from lignocellulosic biomass:techno-economic performance in short-, middle- and longterm”,2005.

Himmelblau.1996. Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering. Prentice Hall International : London

Husin, A. A. 2007. Pemanfaatan Limbah Untuk Bahan Bangunan. Iqbal ali, 2008. Biologi dasar dunia ilmu, Jakarta

Kosaric, N. and F. Vardar-Sukan. 2001. “Substrates for industrial alcohol

production”. The Biotechnology of Ethanol. M. Roehr. Weinheim, WILEY-VCH.

Kumar, R., dan Wyman, C.E., 2009, Cellulase Adsorption and Relationship to Feature of Corn Stover Solid Produce by Leading Pretreatment.,

Kumar, R., Mago, G., Balan, V., Wyman, C.E. (2009). Physical and chemical characterization of corn stover and poplar solids resulting from leading pretreatment technologies. Bioresource Technology 100 : 3948-3962. Lilian Hoagland Meyer, (1960), "Food Chemistry", Modern Asia Edition,

Reinhold Publishing Coorporation, New York (169-190). Lin, Y., dan S. Tanaka. 2006. Ethanol fermentation from biomass

reseorces:Current State and Propects. Appl. Microbiol. Biotehcnol. 69 : 627-642

Perry, R.H. and Green, D.W., 2008, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 8th ed., McGraw-Hill Book Company, New York.

Pradhan, A., dan Shrestha, D.S. 2007. Impact of Some Common Impurities on Biodiesel Cloud Point. Annual International Meeting of American Society of Agricultural Biological Engineers. 17-20 June 2007. Minneapolis. 1-9. Price, E. C. & Cheremisinoff, P.N. (1981), Biogas Production and Utilization.

Ann Arbor Science Product description, CRC Press LLC. PT. Indonesia Ethanol Industry. 2014. Company Profile.

Rama. P. 2008. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan. Penerbit Agro Media. Jakarta.

Samsuri, M. (2005). Pengaruh Perlakuan Jamur Pelapuk Putih dan Steaming pada Produksi Etanol dari Bagas Melalui Proses Sakarifikasi dan Fermentasi Serentak (SSF). Tesis Program Pascasarjana. Universitas Indonesia, Depok.

Samsuri, M., M. Gozan, R. Mardias, M. Baiquni, H. Hermansyah, A. Wijanarko, B. Prasetya, dan M. Nasikin. 2007. Pemanfaatan selulosa bagas untuk produksi etanol melalui sakarifikasi dan fermentasi serentak dengan enzim xylanase.Makara Teknologi 11(1): 17−24.

Simanjuntak, Humala. 2007. Analisa Logam Berat Timbal, Besi, Kadmium dan Zinkum dalam Lindi Hitam (Black Liquor) pada Industri Pulp Proses Kraft dengan Menggunakan Metode Spektrofotometri Serapan Atom (SSA). Universitas Sumatera Utara. Medan.

Smith, R., (2001), Chemical Process Design and Integration, John Wiley and Sons, Ltd., England.

Sun, Y., dan Cheng, J.J. 2002. Hydrolysis of Lignocellulose Materials for Ethanol Production: A Review, BioresourceTechnology, 83, 1-11.

Taherzadeh, M. J. dan Karimi, Keikhosro, (2008), “Pretreatment of

Lignocellulosic Wastes to Improve Ethanol and Biogas production: A Review”, International Journal of Molecular Sciences, Vol. 9, Hal. 1621-1651.

Uhlig, H., 1998. Industrial Enzymes and their Applications. New York: John Wiley and Sons Inc.

US Patent 3.591.454, 1968. https://www.google.com.ar/patents/US8232082 (diakses tanggal 16 mei 2015, jam 11.00 wib)

Wertheim, E. 1956. “Introductory Organic Chemistry”. Third Edition. McGraw-Hill Book Company Inc. New York.

Yaws, C.L. 1999. “Chemical Properties Handbook”. McGraw-Hill. New York. Anonim. 2007. http://www.kimpraswil.go.id/balitbang/puskim/Homepage%20

Modul%202003/modulc1/MAKALAH%20C1_3.pdf . Diakses 1 Februari 2007

Anonim. 2015. Google Maps. 20 Februari 2015.

Anonim. 2015. http://lampungtengahkab.go.id/pemerintahan/kecamatan/94-terusan-nunyai.html. 3 Maret 2015.

Anonim. 2015. Matheson Tri-Gas, Inc. 12 Maret 2015.

Anonim. 2015. Shijiazhuang Xinlongwei Chemical Co., Ltd. 12 Maret 2015. Anonim. 2015. Shijiazhuang Yanhui Dyes Co., Ltd. 12 Maret 2015.

Anonim. 2015. www.fermentis.com. 12 Maret 2015.

Anonim. 2015. Zibo Rising Import & Export Co., Ltd. 12 Maret 2015 Anonim. 2015. https://data.un.org. 9 Februari 2015.

Anonim. 2015. http://cahyamedia.co.id/walhi-desak-pemprov-lakukan-rehabilitasi-das-hari-air-se-dunia.html. . 9 Februari 2015