Teknologi Selulosic Etanol

Standar

Secara umum teknologi selulosik etanol dapat dibagi menjadi dua kelompok utama: biokimia dan termokimia. Ada beberapa variasi teknologi dalam setiap kelompok tersebut. Teknologi biokimia juga dikenal dengan sugar platform, sedangkan teknologi biokimia disebut juga thermochemical platform. Perhatikan gambar di bawah ini:

Gambar 1. Teknologi biokimia (platform gula) dan konversi termokimia (platform termokimia) untuk pengolahan biomassa lignoselulosa menjadi biofuel (Sumber: http://www1.eere.energy.gov/biomass/ )

Teknologi Biokimia

Teknologi biokimia untuk memproduksi etanol selulosa meliputi hidrolisis (pemecahan) sebagian besar fraksi selulosa dan hemiselulosa dari biomassa menjadi gula penyusunnya, fermentasi gula hasil hidrolisis menjadi etanol, distilasi etanol, dan purifikasi etanol menjadi etanol bahan bakar (fuel grade etanol). Tahapan hidrolisis biasanya didahului oleh tahapan pretreatment untuk memecah lignin sehingga selulosa dan hemiselulosa menjadi lebih mudah untuk dihidrolisis.

Teknologi Biokimia dapat dikelompokkan lagi menjadi tiga sub kelompok berdasarkan metode hidrolisis yang digunakan, yaitu: 1) hidrolisis asam encer (dilute acid hydrolysis), 2) hidrolisis asam pekat (concentrated acid hydrolysis), dan 3) hidrolisis enzymatic (enzymatic hydrolylisis). Tahapan fermentasi merupakan tahapan penting dari semua kelompok di atas, tetapi teknik fermentasi bervariasi tergantung pada organisme yang digunakan dan metode fermentasinya. (Insya Allah, akan aku jelaskan ditempat lain). Fraksi selulosa yang tidak terhidrolisis dan lignin diambil/dipanen setelah proses hidrolisis, dikeringkan dan dapat dibakar untuk menghasilkan panas atau digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan uap/listrik.

A. Hidrolisis Asam Encer

Penjelasan lengkap tentang hidrolisis asam encer dapat dilihat di link ini: http://www1.eere.energy.gov/biomass/dilute_acid.html. Teknologi ini adalah teknologi tertua untuk memproduksi etanol selulosik dari biomassa. Secara umum hidrolisis asam encer terdiri dari dua tahap. Tahap pertama dilakukan dalam kondisi yang rendah daripada tahap kedua. Tahap ini sebagian besar hemiselulosa akan terhidrolisis. Tahap kedua dioptimasi untuk menghidrolisis selulosa. Secara skematis tahapan hidrolisis asam encer adalah sebagai berikut:

Gambar 2. Gambar skematis hidrolisis asam encer (Sumber: http://www1.eere.energy.gov/biomass/dilute_acid.html)

B. Hidrolisis Asam Pekat

Perbedaan hidrolisis asam pekat dengan hidrolisis asam encer dapat dilihat dalam gambar di bawah ini. Hidrolisis asam pekat meliputi proses dekristalisasi selulosa dengan asam pekat dan dilanjutkan dengan hidrolisis selulosa dengan asam encer. Tantangan utama dari teknologi ini adalah pemisahan gula dengan asam, recovery asam, dan rekonsentrasi asam. Perhatikan gambar di bawah ini:

Gambar 2. Gambar skematik hidrolisis asam pekat (sumber: http://www1.eere.energy.gov/biomass/concentrated_acid.html)

C. Hidrolisis Enzimatik

Proses hidrolisis enzimatik mirip dengan proses-proses di atas yaitu dengan menganti asam dengan enzim. Teknik ini dikenal dengan teknik Hidrolisis dan Fermentasi Terpisah (Separated Hydrolysis and Fermentation). Hidrolisis dengan enzim tidak membuat atau menghasilkan kondisi lingkungan yang kurang mendukung proses biologi/fermentasi seperti pada hidrolisis dengan asam, kondisi ini memungkinkan untuk dilakukan tahapan hidrolisis dan fermentasi secara bersamaan yang dikenal dengan Simulaneuos Saccharification and Fermentation (SSF) (Ada beberapa variasi dari teknik ini. Insya Allah akan aku jelaskan di bagian lain). Teknik ini menggunakan kombinasi enzim sellulase dan mikroorganisme fermentasi, gula yang dihasilkan dari hidrolisis enzim selulase dapat secara segera diubah menjadi etanol oleh mikroba.

Hidrolisis enzimatik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan hidrolisis asam, seperti diperlihatkan dalam tabel di bawah ini.

Tabel 1. Perbandingan antara hidrolisis asam dan hidrolisis enzimatik (Taherzadeh & Karimi, 2006)

Variabel Pembanding

Hidrolisis Asam Hidrolisis Enzimatik
Kondisi hidrolisis yang ‘lunak’ (mild) Tidak Ya
Hasil hidrolisis tinggi Tidak Ya
Penghambatan produk selama hidrolisis Tidak Ya
Pembentukan produk samping yang menghambat Ya Tidak
Katalis yang murah Ya Tidak
Waktu hidrpolisis yang murah Ya Tidak

Secara umum hidrolisis enzimatik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan hidrolisis asam, tetapi hidrolisis enzimatik juga memiliki beberapa masalah. Seringkali hidrolisis enzimatik memerlukan waktu beberapa hari, sedangkan untuk asam hanya memerlukan waktu beberapa menit saja. Harga enzim cukup mahal dibandingkan dengan harga asam sulfat yang murah. Namun, saat ini sedang dilakukan penelitian yang gencar untuk menghasilkan enzim dengan harga murah. Salah satu perusahaan besar bahkan mengklaim telah menghasilkan enzim dengan harga yang kompetitif untuk produksi bioetanol. Hidrolisis asam menghasilkan produk sampaing yang dapat menghambat proses fermentasi, tetapi gula hasil hidrolisis tidak menghambat proses hidrolisis itu sendiri. Dalam proses hidrolisis enzimatik gula hasil hidrolisis dapat menghambat proses hidrolisis. Untuk mengatasi permasalahan tersebut dikembangkan teknik Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF), dimana gula hasil hidrolisis langsung difermentasi menjadi etanol. Permasalahan yang sering dihadapi adalah adanya perbedaan kondisi optimum untuk proses hidrolisis dan fermentasi. Teknik lain yang sering digunakan adalah Separate Enzymatic Hydrolysis and Fermentation (SHF).

Fermentasi

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, fermentasi merupakan tahapan penting dari semua teknologi biokimia. Teknik fermentasi ini menggunakan teknik dsar yang sama seperti pada fermentasi tradisional, pada pembuatan ciu, arak, tuak. Teknik ini sudah berkembang lama dengan memanfaatkan yeast. Ada perbedaan penting antara fermentasi tradisional atau yang dengan fermentasi hasil hidrolisis biomassa lignoselulosa. Gula hasil hidrolisis terdiri dari gula C5 dan C6. Yeast tidak bisa mengkonversi gula C5 menjadi etanol. Saat ini banyak penelitian untuk mengkonversi gula C5 menjadi etanol, seperti pencarian strain-strain mikroba baru, rekayasa genetika, dan teknik-tenik lain.

Pretreatment

Istilan pretreatment digunakan untuk perlakuan terhadap biomassa sebelum dilakukan hidrolisis dengan enzim atau asam encer dengan tujuan meningkatkan gula hasil hidrolisis. Banyak sekali teknik pretreatment yang sudah dicoba, seperti penggunaan senyawa kimia (asam atau basa), fisika (steam exploaded), termokimia (asam encer, dengan suhu dan tekanan), atau ammonia fiber explosion (AFEX), dan biologi. Secara lebih lengkap akan aku jelaskan di bagian lain. Insya Allah.

Teknologi Termokimia

Secara umum teknologi termokimia meliputi dua tahapan utama: gasifikasi dan konversi katalitik lanjutan gas yang dihasilkan menjadi bahan bakar cair seperti etanol. Proses ini sering juga disebut teknologi Fischer-Tropsch (http://www1.eere.energy.gov/biomass/catalytic_conversion.html#background) atau Gas to Liquid (GTL). Penjelasan detail dari teknik ini bisa dilihat di link ini http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/34929.pdf . Anda yang tertarik dengan teknologi ini silahkan lihat di link-link berikut ini:

http://www.sasol.com/sasol_internet/frontend/navigation.jsp?navid=1600033&rootid=2

http://www1.eere.energy.gov/biomass/catalytic_conversion.html#background

http://www1.eere.energy.gov/biomass/gas_cleanup.html

http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/34929.pdf

http://www1.eere.energy.gov/biomass/synthesis_gas_fermentation.html


Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s