Ethanol berbahan batang sweet sorghum
Slamet Sulaiman
1
Bagan alir proses pembuatan ethanol dari batang sweet sorghum.
2
1.Proses pemerahan.
Proses pemerahan batang nira adalah proses pemisahan nira (bagian cair) dengan
ampas (bagian padat), keberhasilan proses ini diukur dengan effisiensi pemerahan , seperti juga halnya pemerahan batang tebu, juice extraxtion sangat tergantung dari system dan mesin yang terpasang, sebagai ilustrasi pada pengrajin gula rakyat dengan melakukan sekali giling tanpa tambahan air imbibisi akan didapat brix extraction dalam kisaran 60% yang berarti tingkat kehilangan zat gula diampas masih tinggi, sementara pabrik gula besar dengan rangkaian gilingan (mill tandem) yang terdiri dari satu atau lebih cane preparation dan empat atau lima kali penggilingan dengan tambahan air imbibisi akan didapat brix extraction > 92%. Pemilihan system sangat tergantung dari besaran investasi, target extraction, kapasitas dll. Nira hasil perahan tentu akan tercampur dengan berbagai ikutan baik pasir/tanah yang terikut di batang sorghum atau yang terkandung dibatang sorghum sendiri (chlorophil dll), sehingga nira akan berwarna hijau tua dan keruh. Di India penggilingan batang sorghum dilakukan seperti halnya penggilingan gula tebu tradisional, sekali giling tanpa tambahan air imbibisi selanjutnya ampas dihampar diterik matahari/ dianginkan sebagai bahan bakar penguapan dll.
Gilingan seperti diatas sama halnya dengan yang digunakan pengrajin gula tebu tradisional, berkapasitas 700 kg/jam ( rata rata 7 ton /hari) dengan penggerak mesin diesel 12 sd 18 hp, dengan asumsi perbandingan nira dan ampas 50% : 50% maka dalam sehari akan didapat ampas 3.75 ton dan nira 3.75 ton.
3
Gilingan tradisional buatan Malang atau Tegal
Tandem mill kap 50 ton/hari ( 1 crusher + 3 Gilingan). 2.Proses pemurnian.
Nira hasil perahan batang sweet sorghum dengan ikutannya umumnya bersifat asam
dengan ph 5,6 sehingga tidak punya daya simpan dan secara alami sudah terkontaminasi dengan jasad renik maupun ragi liar, proses pemurnian diperlukan selain untuk mengurangi kadar kotoran juga untuk meng‐inactivasi jasad renik yang tidak diinginkan agar nantinya tidak mengkontaminasi dengan yeast yang diberikan, yang mengakibatkan turunnya produksi etanol selain itu karena proses pemurnian selalu diawali dengan pemanasan juga bertujuan untuk memekatkan nira apabila brix hasil perahannya relatif rendah (< 14%), dengan brix yang rendah apabila langsung dilakukan proses peragian maka akan didapat beer dengan kadar etanol yang rendah dan akan mengakibatkan turunnya performance distilasi.
Pemurnian syrup tradisional (dilerobi)
4
Pemurnian syrup sesuai dengan teknologi industri gula 3.Proses pengentalan. Disisi lain apabila kapasitas fermenter dan distilator tidak mampu memproses hasil perahan nira pada hari yang sama sisa nira akan mengalami kerusakan dan harus dibuang, alternatif lain adalah memekatkan sisa nira yang tidak terproses sampai dengan kepekatan brix 75 yang mempunyai daya simpan cukup lama sehingga bisa diproses menjadi ethanol setelah masa panen batang sweet sorghum atau dapat juga dijual sebagai syrup sorghum.
Pengentalan nira di India dan Indonesia dengan open pan.
Syrup sorghum sebagai produk unggulan daerah tertentu.
5
Model penguapan multiple effect 4.Proses Fermentasi. 4.1.Penyiapan starter ragi. Pemberian ragi (SC Yeast) 0.5 kg tiap 1.000 liter mash/beer (dengan kandungan total gula 16 ‐18%), pemberian dilakukan dengan membiakkan ragi dalam 10 liter mash selama kurang lebih 1 jam pada suhu max 30 celsius, pembiakan dilakukan dalam tangki starter ragi (yeast tank). 4.2.Penyiapan mash/ beer. Dengan bahan dari nira batang sweet sorghum pada kisaran brix >16 % pengenceran dengan air bersih tidak diperlukan lagi , dengan kandungan total gula yang ada apabila semua terfermentasi akan didapat mash/ beer dengan kadar ethanol dalam kisaran > 7% dimana ragi pada umumnya masih mampu bertahan hidup dan aktiv, terkecuali bisa didapatkan ragi yang telah direkayasa mampu bertahan hidup pada kadar ethanol yang lebih tinggi. Apabila mash/beer dibuat dari syrup yang disimpan pada brix 70 maka perlu pengenceran dengan air bersih sampai dengan brix 16 – 20, pH mash/beer diajust pada kisaran 4,5‐5 dengan menambahkan asam apabila terlalu basa atau menambah susu
6
kapur atau larutan soda api apabila terlalu asam, untuk menurunkan pH biasanya digunakan asam sulfat (sulphuric acid) atau muriatic acid. Pengenceran selain dengan air bersih umumnya juga dilakukan dengan vinasse (sisa cairan hasil penyulingan) , pengenceran dengan vinasse disebut back slopping dengan berbagai keuntungan antara lain sebagai penyangga pH dan juga kecukupan nutrisi yang terkandung dalam vinasse.
4.3.Peragian/ fermentasi.
Selanjutnya mash/beer dimasukkan dalam tangki fermentasi (fermenter tank) dan dicampur dengan ragi yang telah dibiakkan dalam tangki starter ragi sesuai dengan dosis diatas, nutrisi tambahan kadang juga perlu ditambahkan, kondisi ideal apabila tangki peragian dilengkapi dengan system pengaduk, proses fermentasi dimulai dengan keluarnya gelembung gelembung gas CO2 dan biasanya diikuti dengan keluarnya busa (foam). Fermentasi ethanol berlangsung tanpa memerlukan oxygen (an aerobic) sehingga design dari fermenter harus tertutup, hal ini juga untuk menghindari kontaminasi dengan jasad renik/ ragi liar yang terdapat diudara bebas. Kenaikan temperature selama proses fermentasi akan terjadi dan harus dikendalikan dengan system pendingin dalam tangki fermenter (water coil) begitu pula pH harus dimonitor, penurunan pH sampai 4 mengakibatkan proses fermentasi terhenti dan mengakibatkan turunnya hasil ethanol yang dihasilkan. 4.4.Kebersihan. Kebersihan peralatan sangat penting dalam pengendalian kehilangan Ethanol, kondisi kotor sangat memungkinkan ragi dan micro organisme liar yang terdapat diudara bebas atau menempel dikotoran akan menyebabkan kontaminasi yang sangat merugikan. Azetobacter akan menghasilkan vinegar begitu pula dengan lactobacillus family akan merubah ethanol menjadi asam laktat yang berarti menurunkah hasil ethanol yang didapat, kontaminasi level (bacteria/ml) diatas 100 jkuta akan menyebabkan kehilangan ethanol app 5%.
1
5.Proses distilasi. Hasil fermentasi berupa larutan dengan kandungan alcohol selanjutnya disebut mash atau beer, alcohol selanjutnya dipisahkan dari air dan fraksi padat lainnya dengan cara distilasi (penyulingan), pemisahan dengan penyulingan ini terjadi karena perbedaan titik didih air dan ethanol, ethanol dengan titik didih app 78 celsius ( 173 F) sedangkan air dengan titik didih 100 celsius (212 F), keterbatasan penyulingan ini karena ethanol larut dalam air secara proposional maximum dapat dipisahkan ethanol sampai dengan kemurnian app 95% ( 5% air v/v) lazimnya disebut hidrous ethanol.
Penentuan peralatan distilasi tergantung dari target kwalitas , kapasitas dan besaran investasi, Distilasi alcohol tradisional yang banyak diusahakan di Pronggahan (Tuban) dan Bekonang (Solo) berbahan tetes tebu, gula merah kadang raw sugar menghasilkan alcohol berkadar rendah (<40%) distilator yang digunakan termasuk category pot distilator.
Pot distilasi 2
Untuk produksi ethanol berkadar > 90% (category hidrous ethanol) digunakan perforated plate column distilator atau packing column distilator dengan system operasional continu atau batch, peralatan ini lebih komplek dan mahal dibanding dengan pot distilator diatas. Packing column distilator merupakan pilihan apabila diinginkan kapasitas dalam kisaran 10 sd 15 ltr/jam dengan operasi batch (discontinue) untuk menghasilkan ethanol berkadar > 90%, sedangkan perforated column distilator merupakan pilihan apabila diinginkan ethanol >90% dengan system continu pada kapasitas > 500 liter perhari, tentu plate perforated column distilator lebih komplek dan lebih besar investasinya dibanding dengan packing column distilator.
Packing column distilator 10 ltr/jam (90% v/v). Sedangkan apabila diinginkan produk Fuel Grade Ethanol rangkaian proses diatas harus ditambah system untuk mengurangi sisa kadar air yang masih ada (dehydrated) sehingga dihasilkan ethanol berkadar 99,5%, umum digunakan adalah dengan menggunakan molecular sieve dengan media zeolite 3 Angstrom ( molecule air +/‐ 3 A sedangkan molecule ethanol +/‐ 4.6 A), zeolite 3 A dapat digunakan terus menerus setelah setiap kali dikeringkan.
3
Tinjauan ekonomis. Harga Pokok Produksi Ethanol .
Harga pokok produksi ethanol terdiri dari unsur pembentuk harga pokok sbb: 1.Bahan baku
2.Biaya proses:
Upah langsung.
Bahan lainnya (ragi dll)
Uap.
Listrik.
Biaya tetap (gaji tetap, bunga dll).
3.Capital cost.
Perbandingan hpp ethanol dari berbagai feedstock.
Simulasi base on 200 ltr kapasitas ethanol dari penggilingan 7 sd 8 ton batang
tebu maupun batang sweet sorghum. URAIAN Harga bahan baku Harga feedstock sd di pabrik rp/ton Ethanol yield (liter per ton feedstock) Harga bahan rp per ltr etanol Biaya produksi per liter ethanol Upah kerja penggilingan sd syrup Upah kerja distilasi BBM (Solar dan oli untuk gilingan) Biaya listrik Uap Bahan kimia (kapur ,Ragi dll) Perawatan Sub jumlah biiaya produksi
TEBU
SORGHUM
270,000 630,000 150,000 70 240 40 3,857 2,625 3,750
100 750 75 30 ‐ 250 100 1,305
Biaya tetap Over head Penyusutan Bunga dll Sub Jumlah biaya tetap Harga Pokok Produksi ethanol
TETES
4
1,730
150 750 125 30 ‐ 250 100 1,405
300 275 250
300 225 200
300 275 250
825
725
825
5,987
‐ 750 ‐ 30 700 200 50
5,080
5,980
Perencanaan Ethanol Plan. Perencanaan ethanol plant berbahan batang sweet sorghum tergantung dari berbagai aspek: -
Luas tanaman dan pola tanam.
-
Varietas dan budidaya.
-
Kapasitas yang diinginkan
-
Grade ethanol yang diproduksi.
-
Dll.
Pro poor ethanol plant (investasi dalam kisaran Rp 250 sd Rp 350 juta). Kapasitas 200 liter perhari dengan kadar ethanol 70 sd 94%, setara dengan 5 sd 6 ton batang sweet sorghum (tergantung variety, kemasakan optimal, budidaya dll). Peralatan terdiri dari: -
1 unit gilingan kapasitas 750 sd 1000 kg batang perjam, dengan penggerak diesel 12 sd 16 hp dengan system dry crushing , pengentalan nira sorghum menjadi syrup dengan open pan (sisa nira yang didistilasi).
-
Distilator lengkap (batch system) dengan tangki tangki fermentasi, tangki ragi system condenser, simple vertical boiler, alat alat ukur dll.
-
Bangunan sederhana dll.
Semi komersial ethanol plant ( investasi >2,5 M ). Kapasitas 600 liter perhari dengan kadar ethanol 90 sd 94%, setara dengan 15 sd 18 ton batang sweet sorghum (tergantung variety, kemasakan optimal, budidaya dll) integrasi dengan syrup plant kapasitas 32 sd 35 ton batang sweet sorghum, sehingga setiap hari digiling 50 ton batang sweet sorghum 15 ton langsung diproses menjadi ethanol dan 35 ton diproses menjadi syrup yang disimpan untuk feedstock ethanol diluar musim panen batang sweet sorghum, kapasitas giling direncanakan lebih besar dari kapasitas distilasi juga dengan tujuan untuk sesegera mungkin memproses batang sweet sorghum yang waktu masak optimalnya relative pendek dibanding batang tebu.
5
Peralatan terdiri dari: -
1 set system unloading batang sweet sorghum dengan 7,5 ton electric hoist, stalk table 4 x 9 mtr2, 1 set mill tandem terdiri dari 1 unit two roll mill ( 300 x 400 mm) dan 3 unit three roll mill ( 300 x 400 mm) kapasitas 2,5 sd 3 ton batang sweet sorghum perjam, dengan penggerak electro motor masing masing 20 sd 25 hp dengan operasi wet crushing (water imbibisi), 1 set system pemurnian nira defikasi atau phospho defikikasi system dengan auto pH adjuster lengkap dengan juice heater 10 m2 heating surface sedimentasi tank , tangki nira kotor, tangki nira jernih, dan 3 unit consentrator masing masing dengan 30 m2 heating surface yang dioperasikan triple effect pada kondisi vacuum lengkap dengan syrup vacuum tank, system keseluruhan dilengkapi dengan water tube boiler dengan 100 mtr2 heating surface dengan bahan bakar ampas sweet sorghum dan barometric condenser untuk system kevacuuman, 2 unit genset 100 kva satu unit operasi dan satu unit stand by lengkap dengan panel control dan panel kapasitor.
-
Distilator lengkap (continous sytem) app 8 sd 10 galon perjam, plate perforated dengan dual coloumn (stripping and rectifying coloumn), control system, dengan tangki tangki fermentasi, tangki ragi system condenser,tangki hasil produksi . alat alat ukur dll.
-
Bangunan utama, bangunan penunjang dll.
Dengan asumsi tiap ha akan dihasilkan 30 sd 40 ton batang sweet sorghum maka ethanol plant kapasitas 200 ltr/ha sesuai untuk areal tanam seluas 40 sd 50 ha, dengan jadwal tanam yang disesuaikan dengan kapasitas giling, sedangkan ethanol plant berkapasitas 600 ltr perhari sesuai untuk areal tanamn seluas 120 sd 150 ha.
6
Refference; 1.An Assessment of the Biofuels Industry in India 18 Okt 2006
UNCTAD
2.Home Distilling of Alcohol
3.Artisan Distilling a guidance for small distilleries
Tony Ackland
Kris Arvid Phd
Mothers.
Paritud B
4..The manual for the home and farm production of alcohol 5.Making Alcohol Fuels
6.Development of ethanol as a transportation fuels
7.Dev of raw material management plan for ethanol industry in Thailand. 8History ,road map and success of using ethanol blended gasoline in Thailand. 9.Ethanol fuel in Brazil. 10.Alcohol motor fuels from molasses
J Smith.
11.Ethanol blends and flexible fuel vehicles a strategy for India
Dr Jagdeesan.
12.How to adapt your automobile engine for ethyl alcohol use
Mothers news.
13.Fuel economy study (American Coalition for ethanol) 14.Final report ethanol as fuel for recreational boats
Thayer School
15.Building a home distillation aparat
Anonim.
16.Biofuels The Key to India’s sustainable Energy needs
Linoj Kumar.
17Alcohol distillation by solar energy
Rajiv M J
18.Sweet sorghum R&D at the NARI
AK Rajvanshi.
19.Grain Sorghum Production Hand Book
Kansas State.
20.Cassava processing FAO
MR Grace.
21.Grain Sorghum
PR Carter.
7
