Belajar dari Paten Kuno Tentang Bioethanol dari Kayu

Ini adalah paten terkuno yang aku temukan tentang proses pembuatan bioethanol selulosa. Ditemukan oleh HK Moore dan dipatenkan pada tanggal 2 Desember 1919 dengan nomor 1,323,540. Peten ini sudah berumur 89 tahun. Patennya sudah tidak berlaku dan temuannya sudah menjadi ‘public domain’. Jadi tidak ada salahnya kalau kita belajar dari paten ini.

Seperti yang sudah sering saya tulis di blog ini, kalau bioethanol merupakan salah satu biofuel masa depan. Dapat memproduksi bioethanol dari biomassa lignoselulosa merupakan impian banyak orang. Alangkah indahnya jika produksi ini bisa diproduksi dalam skala kecil/ukm, sehingga negeri ini tidak terlalu tergantung pada bahan bakar impor. Mungkin dengan mempelajari penemuan ini dapat memberi inspirasi untuk membuat teknologi produksi bioethanol yang lebih efisien dan lebih ekonomis. Semoga bermanfaat

Catatan: Di dalam dokumen paten banyak disebutkan istilah teknik yang kurang saya mengerti, dan beberapa istilah lama. Saya hanya menyebutkan tahapan-tahapan pokoknya saja. Moore juga banyak menjelaskan teknis pabrikasi, juga tidak saya sebutkan di sini.

Moore tidak menyebutnya dengan bioethanol tetapi ethyl alcohol from wood. Di sini saya menyebutkan bioethanol, maksudnya sama. Di dalam dokumen paten itu Moore hanya menyebutkan tiga tahapan pokoknya, tetapi di sini saya sebutkan empat tahapan. Tahapan yang saya tambahkan adalah pretreatment yang disebutkan secara implicit dalam dokumen itu. Tahapan itu adalah: pretreatment, hidrolisis, fermentasi, dan distilasi.


Gambar diagram proses produksi bioethanol dari kayu yang digambar oleh Moore.

A. Pretreatment

Bahan baku yang terdiri dari potongan kayu, serpihan-serpihan atau bahan-bahan berkayu lainnya dimasukkan ke dalam tanki hidroliser. Tidak disebutkan seberapa kecil potongan kayu yang dihidrolisis. Ukuran ini penting, karena semakin kecil potongan kayu akan semakin luas permukaannya. Selanjutnya di dalam tanki itu dimasukkan uap panas. Tujuannya untuk menghilangkan getah, pitch, dan resin. Tetapi tidak disebutkan berapa suhu uap dan berapa lama proses ini dilakukan.

B. Hidrolisis Pertama

Kemudian dimasukkan garam monokalsium tetrahidrogen superfosfat (menghasilkan asam fosfat) sebanyak 3/10 dari 1% (w/w) (isr: ditulis begitu oleh Moore). Perbandingan antara larutan dengan bahan adalah 5:1 atau sekitar 80% larutan : 20% bahan. Kata Moore, perbandingan ini tidak penting. Jika hidroliser cukup bagus pengadukanya, larutan asam yang penting bisa membasahi bahan. Kemudian dimasukkan uap panas (steam) untuk meningkatkan suhu menjadi 300oF (148oC) selama 1 jam. Selama proses hidrolisis ini dilakukan pengadukan. Cuma cara pengadukkannya tidak disebutkan, tetapi sepertinya dengan cara diputar. Karena pada suhu ini tekanannya di atas 1 bar. Larutan hasil hidrolisis/hidrolisat dialirkan ke tangki fermentasi. Moore menyebutkan bahwa pada hidrolisis pertama dapat dihidrolisis bahan sebanyak 22% – 25% dari bobot kering bahan.

Sisa-sisa bahan yang belum terhidrolisis dihidrolisis kembali (hidrolisis kedua). Tetapi konsentrasi larutan asam yang digunakan adalah 1% dan suhunya 390oF atau 200oC selama 1 jam. Pada hidrolisis tahap ke dua ini dapat dihidrolisis sebesar 15% – 12% dari bobot kering bahan.

Moore menyebutkan bahwa dia masih dapat meningkatkan hasil hidrolisis dengan memberikan agen penoksidasi (CaOCl2) pada sisa bahan dari hidrolisis pertama sebelum dilakukan hidrolisis ke dua. Sebelum dihidrolisis lagi, dilakukan pencucian.

C. Fermentasi

Hidrolisat dialirkan ke tangki fermentor. Suhu diturunkan ke suhu yang optimum untuk fermentasi, yaitu 54 – 70oF (12.2 – 21 oC). Di dalam hidrolisat ini ditambahkan nutrisi untuk yeast yang berupa malt, barley sprout, dan beberapa bahan lainnya. Hanya saja dia tidak menyebutkan jumlahnya. Dan kemudian diinokulasi dengan yeast (Saccharomyces cerevisear). Apabila yest tidak tumbuh, Moore menambahkan sedikit larutan gula untuk menstimulasi pertumbuhan yeast. Fermentasi dilakukan dalam waktu 72 jam atau tiga hari. Selama proses fermentasi suhu dipertahankan tetap rendah untuk mengurangi pembentukan asam asetat atau produk fermentasi selain ethanol.

E. Distilasi

Larutan hasil fermentasi (fermentat) dialirkan ke kolom distilator untuk memurnikan bioethanol. Di sini tidak dijelaskan bagaiman acara distilasi dan bagaimana cara menghilangkan sisa airnya. Tetapi disebutkan di dalam dokumen itu bahwa ethanol yang dihasilkan adalah etanol kering (anhydrous).

KOMENTAR TAMBAHAN DARI SAYA

Penemuan ini luar biasa sekali. Kalau apa yang ditulisnya benar, maka Moore telah berhasil menghidrolisis kurang lebih 36% dari total berat kering biomassa. Atau lebih dari 50% karbohidrat di dalam kayu bisa dihidrolisis. Kalau saya tidak salah hitung kemungkinan kadar gulanya sebesar 8%. Ini luar biasa sekali. Karena di jurnal-jurnal masa kini jarang yang mencapai konsentrasi gula setinggi ini.
Moore tidak menyebutkan secara detail bagian pretreatmennya. Mungkin menurut dia tidak penting atau bahkan ada yang disembunyikan. Sepengetahuan saya pretreatment sangat penting dan dapat mempengaruhi keseluruhan proses.

Moore menggunakan yeast (S. cereviseae) yang hanya bisa memfermentasi gula C6 (heksosa). Sedangkan gula C5 (pentose) tidak terfermentasi. Padahal kandungan gula C5 cukup banyak. Apabila ini bisa dilakukan mungkin akan dapat meningkatkan bioethanol yang diperoleh.
Moore juga sedikit menyinggung tentang penambahan nutrient untuk yeast. Bagian ini bisa saja menjadi salah satu kunci penemuanya.

Moore juga tidak menyebutkan adanya proses netralisasi seperti yang umum dilakukan pada hidrolisis asam. Katanya tidak perlu, tetapi di bagian ini saya masih bertanya-tanya: apakah benar demikian?
Sayangnya juga di dokumen ini tidak disebutkan berapa konsentrasi ethanol setelah fermentasi, dan berapa banyak ethanol murni yang bisa diperoleh dari hasil distilasi. Ini penting sekali agar fermentat dapat didistilasi dengan baik. Kalau dilihat dari konsentrasi gulanya, kemungkinan masih di bawah 5% kadar ethanol. Efisiensi distilasinya juga tidak disebutkan. Mungkin ethanol yang bisa diperoleh sekitar 95% dari kandungan ethanol dalam fermentat. Hasilnya kurang lebih 38.6 gr atau 44.4 ml bioethanol/liter fermentat. Jika dugaan saya benar maka dari setiap 1 kg kayu dapat dihasilkan kurang dari 193 gr atau sekitar 222 ml bioethanol murni (fuel grade) atau rendemennya 19.3% berat atau 22.2% volume.

Ini hasil yang luar biasa sekali.

Dari temuan ini bisa dijadikan pijakan untuk membuat teknologi pengolahan biomassa selulosa menjadi bioethanol. Misalnya pengolahan sampah organik menjadi bioethanol yang menjadi impian banyak orang.

Wallahua’lam. Semoga bermanfaat.

DOWNLOAD BIOETHANOL

Silahkan didownload resources yang mungkin Anda perlukan juga:

Daftar bahan lain yang bisa didownload: Download Di Sini
Cara mendownload: Klik dua kali pada link yang akan didownload. Kemudian ikuti perintah selanjutnya. Kalau ada iklan yang muncul, klik aja iklannya atau langsung ke SKIP ADD yang ada di pojok kanan atas.

Handbook on Bioethanol: Production and utilization

Biofuel for Transportation

Panduan Membuat Distilator

Buku lengkap tentang fermentasi:
>