Blue Energi

ETHANOL
Bahan kimia organik seperti ethanol, aceton dapat dibuat secara sintetik atau dengan mikrobial fermentation. Saat ini, aceton,etanol dan bahan kimia lainnya dibuat dari petroleum (minyak tanah), tetapi sumber daya alam ini jumlahnya semakin menurun. Untuk tetap dapat memenuhi kebutuhan bahan-bahan organik tersebut kita dapat menggunakan teknologi mikrobiologi.
Alkohol merupakan bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung dan sagu dan biasanya disebut sebagai bio-ethanol. Ubi kayu, ubi jalar dan jagung merupakan tanaman pangan yang biasanya ditanam rakyat hamper di seluruh wilayah Indonesia. Sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber bahan baku pembuatan Bio-ethanol atau gasohol. Namun, dari semua jenis tanaman tersebut, ubi kayu merupakan tanaman yang setiap hektarnya paling tinggi dapat memproduksi ethanol. Selain itu, pertimbangan pemakaian ubi kayu sebagai bahan baku proses produksi bio-ethanol juga didasarkan pada pertimbangan ekonomi.
Secara umum ethanol dapat digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk miras, bahan dasar industri farmasi, dan campuran bahan bakar. Mengingat pemanfaatan ethanol beraneka ragam, sehingga grade ethanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan penggunaannya. Ethanol yang mempunyai grade 90-96% vol dapat digunakan di industri, grade 96-99.5% vol dapat digunakan untuk campuran miras dan bahan dasar dalam industri farmasi, dan grade 99.5-100% vol dapat digunakan untuk campuran bahan bakar agar tidak korosif. Untuk memenuhi kebutuhan ethanol sesuai dengan manfaat dan grade yang diinginkan, diperlukan suatu peralatan untuk memprodukasi Bio-Ethanol. Secara umum, peralatan tersebut terdiri dari empat bagian yaitu tabung gelatinasi, saccharifikasi, fermentasi dan destilasi.

PROSES PRODUKSI ETHANOL Proses Produksi Ethanol Secara Sintetik
Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat(V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel).

Hanya 5% dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.



Proses Produksi Bio-Ethanol dengan Fermentasi
Produksi ethanol/bio-ethanol (alkohol) dengan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohydrat, dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air.
Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu Hydrolisa asam dan Hydrolisa enzyme. Berdasarkan kedua jenis hydrolisa tersebut, saat ini hydrolisa enzyme lebih banyak dikembangkan, sedangkan hydrolisa asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hydrolisa enzyme. Dalam proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi berikut :
H2O + (C6H10O5)n ------------------------- N C6H12O6
enzyme (pati) (glukosa)
(C6H12O6)n ------------------------ 2 C2H5OH + 2 CO2.
yeast (ragi) (glukosa) (ethanol)
Secara singkat teknologi proses produksi ethanol/bio-ethanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu gelatinasi, sakharifikasi, fermentasi dan destilasi.
3.2.1 Proses Gelatinasi
Dalam proses gelatinasi, bahan baku ubi kayu, ubi jalar, atau jagung dihancurkan dan dicampur air sehingga menjadi bubur, yang diperkirakan mengandung pati 27-30 persen. Kemudian bubur pati tersebut dimasak atau dipanaskan selama 2 jam sehingga berbentuk gel. Proses gelatinasi tersebut dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu:
 Bubur pati dipanaskan sampai 130oC selama 30 menit, kemudian didinginkan sampai mencapai temperature 95oC yang diperkirakan memerlukan waktu sekitar ¼ jam. Temperatur 95oC tersebut dipertahankan selama sekitar 1 ¼ jam, sehingga total waktu yang dibutuhkan mencapai 2 jam.
 Bubur pati ditambah enzyme termamyl dipanaskan langsung sampai mencapai temperatur 130oC selama 2 jam.
Proses tersebut dilakukan pada tabung gelatinasi pada rangkaian alat produksi Bioethanol (Gambar 1A).
Gelatinasi cara pertama, yaitu cara pemanasan bertahap mempunyai keuntungan, yaitu pada suhu 95oC aktifitas termamyl merupakan yang paling tinggi, sehingga mengakibatkan yeast atau ragi cepat aktif. Pemanasan dengan suhu tinggi (130oC) pada cara pertama ini dimaksudkan untuk memecah granula pati, sehingga lebih mudah terjadi kontak dengan air enzyme. Perlakuan pada suhu tinggi tersebut juga dapat berfungsi untuk sterilisasi bahan, sehingga bahan tersebut tidak mudah terkontaminasi.
Gelatinasi cara kedua, yaitu cara pemanasan langsung (gelatinasi dengan enzyme termamyl) pada temperature 130oC menghasilkan hasil yang kurang baik, karena mengurangi aktifitas yeast. Hal tersebut disebabkan gelatinasi dengan enzyme pada suhu 130oC akan terbentuk tri-phenyl-furane yang mempunyai sifat racun terhadap yeast. Gelatinasi pada suhu tinggi tersebut juga akan berpengaruh terhadap penurunan aktifitas termamyl, karena aktifitas termamyl akan semakin menurun setelah melewati suhu 95oC (Wasito, 1981).
Proses Saccharifikasi
Tahap sakarifikasi merupakan tahap pemecahan gula kompleks menjadi gula sederhana yang dilakukan pada sebuah tabung pada rangkaian peralatan untuk produksi bioethanol (Gambar 1 B). Saccharifikasi melibatkan proses sebagai berikut:
• Pendinginan bubur sampai suhu optimum enzim sakarifikasi bekerja
• Pengaturan pH optimum enzim
• Penambahan enzim (glukoamilase) secara tepat
• Mempertahankan pH dan temperature pada rentang 50 sd 60 0C, sampai proses saccharifikasi selesai (Dilakukan dengan pengetesan gula sederhana yang dihasilkan).
Proses Fermentasi
Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi ethanol/bio-ethanol (alkohol) dengan menggunakan yeast. Alkohol yang diperoleh dari proses fermentasi ini, biasanya alkohol dengan kadar 8 sampai 10 persen volume. Proses fermentasi dilakukan pada tabung fermentasi pada rangkaian peralatan untuk produksi bioethanol (Gambar 1 C). Ethanol yang dihasilkan proses fermentasi tersebut perlu ditingkatkan kualitasnya dengan membersihkannya dari zat-zat yang tidak diperlukan.
Salah satu spesies ragi (yeast) yang telah dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi ethanol yang sangat tinggi adalah Saccharomyces cerevisiae karena memiliki enzim enzim zimase dan berfungsi memecah sukrosa menjadi monosakarida serta enzim invertase yang mengubah glukosa menjadi ethanol.
Pemurnian
Sebagaimana disebutkan diatas, untuk memurnikan bioetanol menjadi berkadar lebih dari 95% agar dapat dipergunakan sebagai bahan bakar, alkohol hasil fermentasi yang mempunyai kemurnian sekitar 40% tadi harus melewati proses destilasi untuk memisahkan alkohol dengan air dengan memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebut yang kemudian diembunkan kembali

Kromatografi

Seluruh bentuk kromatografi terdiri dari fase diam dan fase gerak. Dalam seluruh bentuk kromatografi yang lain, anda akan menemui fase gerak adalah cairan. Dalam kromatografi gas-cair, fase gerak adalah gas seperti helium dan fase diam adalah cairan yang mempunyai titik didih yang tinggi diserap pada padatan.

HPLC adalah alat yang sangat bermanfaat dalam analisis. Bagian ini menjelaskan bagaimana pelaksanaan dan penggunaan serta prinsip HPLC yang sama dengan kromatografi lapis tipis dan kromatografi kolom

HPLC secara mendasar merupakan perkembangan tingkat tinggi dari kromatografi kolom. Selain dari pelarut yang menetes melalui kolom dibawah grafitasi, didukung melalui tekanan tinggi sampai dengan 400 atm. Ini membuatnya lebih cepat.

HPLC memperbolehkan penggunaan partikel yang berukuran sangat kecil untuk material terpadatkan dalam kolom yang mana akan memberi luas permukaan yang lebih besar berinteraksi antara fase diam dan molekul-molekul yang melintasinya. Hal ini memungkinkan pemisahan yang lebih baik dari komponen-komponen dalam campuran.

Kromatografi dapat dibedakan atas berbagai macam tergantung pada pengelompokannya.Berdasarkan pada mekanisme pemisahnya kromatografi dibedakan menjadi

kromotgorafi absorbsi

kromatografi partisi

romatografi pasangan ion

kromatografi penukaran ion

kromatografi eksklusif ukuran

kromatografi afinitas

berdasarkan pada alat yang dignakn kromatografi dibedakan atas

a. kromatografi ketas

b. kromatografi lapis tipis

keduanya sering disebut kromatografi planar

c.kromatografi cair kinerja tinggi

d.kromatografi gas

terdiri atas kromatografi gas-cair & kromatografi gas-padat

kromatografi gas & kromatografi cair kinerja tinggi merupakan teknik komlementer karena kromatografi gas dapat digunakan untuk memisahkan

komponen-komponen yang mudah menguap,sementara KCKT dapat digunakan untuk memisahkan komponen-komponen yang tidak mudah menguap

Ada dua tipe utama kolom dalam kromatografi gas-cair. Tipe pertama, tube panjang dan tipis berisi material padatan; Tipe kedua, lebih tipis dan memiliki fase diam yang berikatan dengan pada bagian terdalam permukaannya.

Temperatur kolom dapat bervariasi antara 50 ^oC sampai 250 ^oC. Temperatur kolom lebih rendah daripada gerbang injeksi pada oven, sehingga beberapa komponen campuran dapat berkondensasi pada awalkolom.

Ada beberapa cara untuk mendeteksi substansi yang telah melewati kolom. Metode umum yang mudah dipakai untuk menjelaskan yaitu penggunaan serapan ultra-violet.

Banyak senyawa-senyawa organik menyerap sinar UV dari beberapa panjang gelombang. Jika anda menyinarkan sinar UV pada larutan yang keluar melalui kolom dan sebuah detektor pada sisi yang berlawanan, anda akan mendapatkan pembacaan langsung berapa besar sinar yang diserap.

Jumlah cahaya yang diserap akan bergantung pada jumlah senyawa tertentu yang melewati melalui berkas pada waktu itu. Anda akan heran mengapa pelarut yang digunakan tidak mengabsorbsi sinar UV. Pelarut menyerapnya! Tetapi berbeda, senyawa-senyawa akan menyerap dengan sangat kuat bagian-bagian yang berbeda dari specktrumUV.

Kromatografi pertukaran ion mampu memisahkan Solut anionik & kationik dalam campuran.Kromatografi ekslusi ukuran dan kromatografi kiral merupakan jenis kromatografi lain yang masing – masing mampu memisahkan solut dengan berat molekul yang relatif tinggi dan enansiomer

Beberapa keuntungan dari kromatografi planar adalah:

a. KLT digunakan sebagaai tujuan analisis

b. identifikasi pemisahan komponen dapat dilakukan dengan pereaksi warna

flouresensi atau radiasi menggunakan UV

c. dapat dilakukan elusi secara naik dan menurun

d. ketepatan penentuan kadar akan lebih baik karena komponen yanng ditentukan merupakan bercak yang tidak bergerak

Kromatografi lapis tipis kinerja tinggi unuk dimaksudkan untuk mendapatkan pemisahan hasil analisis yang lebih baik dibanding denga KLT biasa

KCKT merupakan teknik pemisahan yang diterima secara luas untuk analisis dan pemurnian senyawa tertntu dalam suatu sampel pada sejumlah bidang

Kegunaan umum KCKT pemisahan sejumlah senyawa organik dan anorganik biologis, analisis non volatil maupun zwiter ion .

Detektor pada KCKT dikelompokkan menjadi dua golongan yaitu detektor universal (yang mampu mendeteksi zat secara umum),contohnya detektor indeks bias dan spektrometri masa dan golongan detektor yang spesifik (hanya untuk mendeteksi anlait secara sfesifik ),contohnya detektor UV visible ,detektor fluoresesi dan elektrokimia

Suatu detektor harus mempunyai karakterisik sebagai berikut:

a.memppunyai respon terhadap solut yang cepat dan reprodusibel

b.mempunyai sensitifitas yang tinggi

c. stabil dalam pengoprasian

d. tidak peka terhadap perubahan suhu dan kecepatan alir fase gerak .

1. detektor UV-visible merupkan detektor yang paling bnyak digunakan di bidng farmasi karena penyerapan radiasi uv dan vis pada kisaran panjang gelomban 190-800nm .detektor ini mempunyai panjang gelombng tetap dan bervariasi menggunakan lampu uap merkuri sebagai sumber energi dan suatu filter aktif

2. detektor photodiode-array(PDA)

Merupakan kumpulan kromatografi secara simultan dan panjang gelombang yang berbeda dalam sekali peroses da menginformasikan komposisi sampel lebih banyak

3. detektor fluoresensi

Merupakan fenomena luminisensi yang terjadi ketika suatu senyawa menyerap sinar UV lalu mengemisikanya pada panjang gelombang yang lebih besar

Kelemahanya detektor ini terkait dengan retang lineritasnya yang sempit

Keunggulanya memilki sensitifitas dan selektifitas yang lebih dibandingkan detektor UV .

4. detektor indeks bias

Merupakan detektor yang bersifat universal dan mampu memberikan respon pada setiap zat terlarut

Detektor ini merespon setiap perbedaan indeks bias antara analit dengan pelarutnya . detektor ini digunakan untuk senyawa yang tidak mempunayi keromofor

5. detektor elektrokimia

Banyak senyawa organik yang dapat dioksidasi atau direduksi secara elektrokimia yang cocok.keunggulanya terkait dengan kepekaan yang tinggi

Kelemahanya membutuhkan keterampilan dan latihan yang cukup supaya garis dasar yang setabil

Detektor yang sering diigunakan dalam kromatografi gas adalah :

a.detektor hantaran panas

didasarkan bahwa panas dihantarkan dari benda suhu tinggi ke suhu rendah

kecepatanya tergantung susunan gas yang mengelilinginya .masalah dari detektor ini adalah filamen harus dilindungi dari udara ketika filamen itu panas ,detektor ini dibersihkan dengan melepaskanya dari sistem dan merendamnya dari sederet pelarut ,sebelum pemakaian dipanaskan didalam aliran gas pembawa kromatografi selama 24 jam

b. detektor ionisasi nyala

detektor ini mengukur jumlah atom karbon bukan jumlah molekul ,hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian detektor ini adalah ;

kecepatan alir udara

suhu diatas 100 ‘C bertujuan untuk mencegah kondensasi uap air yang mengakibatkan karat pada detektor atau kehilangan sensitifitasnya

Dalam mekanisme reaksi, pembakaran senyawa organik merupakan hal yang sangat kompleks. Selama proses, sejumlah ion-ion dan elektron-elektron dihasilkan dalam nyala. Kehadiran ion dan elektron dapat dideteksi.

Seluruh detektor ditutup dalam oven yang lebih panas dibanding dengan temperatur kolom. Hal itu menghentikan kondensasi dalam detektor.

c. detektor tangkap elektron

detektor ini dilengkapi dengan sumber radioaktif yaitu tritium

d. detektor nitrogenfosfor

sangat sensitif terhadap nitrogen dan fosfor karena adanya elemen aktif diatas aliran kapiler yang terbakar oleh plasma

e. detektor fotometri nyala

menggunakan prinsif bahwa ketika senyawa mengandung unsur sulfur dan fosfor dibakar dalam nyala hidrogen oksigen maka akan terbentuk zat yang tereksitasi runtuh dan menghasilkan emisi yang sfesifik dan dapat diukur dengan panjang gelombang tertentu