LCA bioetanol.pdf

8/18/2019 LCA bioetanol.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 1/31

.

2015Life Cycle Analysis Bioetanol Berbasis Sagu

Anggota Kelompok

1. Robby Sudarman (23014041)

2. Theodorus BM (23014)

3. Sofyan Nasori (23014)



i | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu

DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1

I.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1

I.2 Rumusan Masalah ................................................................................................. 3

I.3 Tujuan ................................................................................................................... 3

II. LANDASAN TEORI .................................................................................................... 4

II.1 Life Cycle Analysis (LCA) ................................................................................... 4

II.2 Produksi Bioetanol ................................................................................................ 6

III. PEMODELAN LCA BIOETANOL ......................................................................... 8

III.1 Tujuan dan Ruang Lingkup LCA.......................................................................... 8

III.2 Kalkulasi Neraca Massa Energi dan Output-Reduksi CO2 LCA ......................... 9

III.3 Analisis Life Cycle Inventory (LCI) Bioetanol .................................................. 11

III.4 Inventarisasi dan Informasi Tambahan ............................................................... 15

III.5 Analisis Dampak Life Cycle ................................................................................ 15

IV. INTERPRETASI DATA DAN PEMBAHASAN .................................................. 18

IV.1 Review Aspek Lingkungan Life Cycle ............................................................... 18

IV.2 Skenario Simulasi ............................................................................................... 21

IV.3 Hasil Simulasi ..................................................................................................... 21

IV.4 Dampak Life Cycle Bioetanol Berbasis Tepung Sagu ........................................ 23

V. KESIMPULAN........................................................................................................... 26

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 27



1 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu

I. PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang

Kebutuhan dan konsumsi energi di segala sektor kehidupan terus mengalami

peningkatan sehingga menyebabkan cadangan energi utama berupa minyak bumi

dan gas alam semakin menipis apabila tidak ditemukan cadangan energi baru. Oleh

karena itu perlu dilakukan berbagai terobosan untuk mencegah terjadinya krisis

energi yang salah satunya berasal dari sumber energi alternatif terbarukan

(renewable) yang jauh lebih bersih dan ramah lingkungan. Sumber energi alternatif

terbarukan yang cukup potensial adalah biofuel yang berasal dari biomassa.

Salah satu jenis biofuel yang telah dikembangkan adalah bioetanol yang

dihasilkan melalui proses fermentasi karbohidrat oleh mikroorganisme atau enzim.

Sifat fisik bioetanol yang menyerupai gasoline merupakan keunggulan bioetanol

karena tidak memerlukan banyak modifikasi pada mesin dan infrastruktur jika

digunakan sebagai campuran bahan bakar bersama gasolin. Sesuai Perpres No. 5

tahun 2006 dimana pemerintah mendorong konsumsi biofuel sebesar 5% dari

konsumsi minyak Indonesia, maka pengembangan bioetanol sangat diperlukan

sebagai sumber energi alternatif. Pengembangan bioetanol dipilih karena Indonesia

memiliki sumber daya bahan baku yang cukup besar yaitu biomassa dengan jumlah

yang melimpah.

Terdapat tiga jenis bahan baku produksi bietanol yaitu berbasis gula, berbasis

pati, dan berbasis selulosa. Dalam perkembangan global, sumber bahan baku yang

akan paling banyak dipakai adalah bioetanol berbasis pati atau berbasis selulosa.

Hal ini disebabkan tingginya kebutuhan akan gula saat ini dan di masa mendatang

baik untuk pangan maupun industri. Penilaian terhadap bahan baku dari suatu




energi alternatif harus memperhatikan keunggulan dari bahan baku tersebut dalam

mengurangi dampak lingkungan dibandingkan bahan baku lainnya maupun bahan

bakar konvensional.

Dalam menganalisis dampak lingkungan dari setiap bahan baku produksi

bioetanol yang diinginkan perlu dilakukan life cycle analysis (LCA) terhadap

setiap skenario produksi yang mungkin. Dalam studi kasus ini, skenario produksi

yang dirancang adalah berdasarkan bahan baku berbasis pati sagu yang belum

banyak utilisasinya. Sagu digunakan sebagai bahan baku berbasis pati karena

merupakan sumber pati yang potensial dan masih belum dimanfaatkan dengan

baik. Dalam LCA, input dan output suatu skenario produksi serta dampak

lingkungan yang dihasilkan dievaluasi baik mulai dari proses penanaman bahan

baku hingga menjadi produk akhir dan limbah. Akan tetapi dalam studi kasus ini,

jangkauan (scope) LCA dibatasi mulai dari proses pengumpulan dan transportasi

bahan baku bioetanol hingga menjadi produk akhir yang dikonsumsi masyarakat.

Faktor-faktor yang akan turut diperhatikan dalam analisis ini meliputi sistem

proses konversi bioetanol, distribusi dan konsumsi produk bioetanol, serta

pendekatan teknologi untuk pengalokasian by-product dalam suatu skenario

produksi. Dari hasil LCA ini akan diperoleh data berupa kebutuhan bahan baku

produksi bioetanol, jumlah produk bioetanol yang bisa diperoleh dalam suatu

skenario produksi, input energi dan output CO2 setiap tahapan life cycle bioetanol,

serta jumlah gas rumah kaca CO2 yang dapat direduksi dari suatu skenario

produksi bioetanol berbasis pati sagu. Hasil ini dapat dijadikan bahan

pertimbangan dalam memilih jenis bahan baku untuk investasi pabrik pengolahan

bioetanol dan sebagai perbandingan potensi bioenergi di Indonesia.




I.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang ingin dijawab dalam studi kasus ini adalah apakah

pengembangan bioetanol berbasis pati sagu di Indonesia akan menghasilkan

dampak lingkungan yang baik berupa reduksi emisi CO2 dan net energi yang

positif.

I.3 Tujuan

1. Membuat model life cycle analysis (LCA) dari bahan baku pati sagu untuk

produksi bioetanol.

2. Menghitung input utilitas yang dibutuhkan dalam model LCA bioetanol

berbasis pati sagu.

3. Melakukan analisis dampak berupa reduksi emisi CO2 dan net energi dari life

cycle bioetanol berbasis pati sagu.




II. LANDASAN TEORI

II.1

Life Cycle Analysis (LCA)

Menurut ISO 14040, definisi Life Cycle Analysis (LCA) adalah kumpulan

dan evaluasi dari masukan, keluaran, dan potensi dampak lingkungan dari sebuah

sistem produk dalam sebuah siklus. Maka LCA merupakan alat untuk menilai

dampak lingkungan dan sumber daya yang digunakan selama siklus produk dengan

mempertimbangkan semua aspek lingkungan, kesehatan manusia, dan sumber daya

(Springer, 2013). LCA menganalisa faktor lingkungan dalam siklus hidup sebuah

produk, mulai ekstraksi sumber daya, proses produksi, penggunaan produk, dan

penanganan sisa / limbah produk. Siklus hidup tersebut terdiri atas tahapan, yaitu:

1. Pengambilan dan transportasi sumber daya

2. Pengerjaan proses sumber daya (proses produksi)

3.

Proses manufaktur

4. Konsumsi produk

5. Pengelolaan limbah produk

Gambar 1 menyatakan tiga langkah dalam life cycle analysis yang

berhubungan satu dengan lainnya. Interpretasi data merupakan bagian integral dari

ketiga langkah awal dan dilakukan setelah langkah – langkah tersebut selesai

ditentukan.




Gambar 1. Tahapan life cycle anaylisis

Dalam mendesain sebuah life cycle analysis, perlu ditentukan masukan dan

keluaran sebuah produk atau proses. Faktor masukan secara umum meliputi

efisiensi energi dan sumber daya alam. Faktor keluaran meliputi produk dan

limbah / buangan. Gambar 2 menunjukkan contoh faktor – faktor yang dapat

ditentukan dalam menyusun neraca masukan dan keluaran.

Gambar 2. Contoh umum faktor neraca masukan dan keluaran




II.2 Produksi Bioetanol

Bioetanol (C2H5OH) diproduksi melalui proses fermentasi gula dari sumber

karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme. Sumber karbohidrat berasal

dari biomassa terbarukan sehingga bioetanol merupakan energi alternatif yang

bersih dan ramah lingkungan. Konversi bahan baku biomassa tanaman yang

mengandung pati dan tetes ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Konversi Bahan Baku Menjadi Bioetanol

Jenis

Bahan

Baku

Konsumsi

(kg)

Kandungan

Gula dalam

Bahan Baku

(kg)

Jumlah hasil

Konversi

Bioetanol (Liter)

Perbandingan

Bahan Baku dan

Bioetanol

Ubi

Kayu1000 250-300 166,6 6,5:1

Ubi

Jalar1000 150-200 125 8:01

Jagung 1000 600-700 200 5:01

Sagu 1000 120-160 90 12:1Tetes 1000 500 250 4:01

Penggunaan berbagai macam bahan baku menghasil kualitas produk yang

tetap seragam karena substrat yang digunakan dalam fermentasi menjadi alkohol

adalah gula sederhana (monosakarida). Selain bahan baku tanaman yang

mengandung pati, bahan tanaman yang mengandung selulosa juga dapat

menghasilkan bioetanol namun dengan adanya lignin mengakibatkan proses

penggulaannya menjadi lebih sulit sehingga produksi bioetanol berbasis selulosa

tidak terlalu direkomendasikan.

Secara umum, teknologi proses produksi bioetanol berbasis pati terdiri atas

tiga tahap yaitu liquifaksi, sakarifikasi dan fermentasi. Liquifaksi merupakan

proses pemecahan tepung pati secara kimiawi menjadi gula kompleks (dextrin)




dengan bantuan enzim alfa-amilase. Selanjutnya gula kompleks hasil liquifaksi

tersebut dipecah lagi menjadi gula sederhana melalui proses sakarifikasi dengan

bantuan enzim glukoamilase. Tahapan selanjutnya adalah proses fermentasi yang

dilakukan dengan penambahan ragi ( yeast ) Saccharomyces cerevisiae.

Saccharomyces memiliki pH optimum 5,0 dan memiliki rentang suhu antara 30-

37oC dan akan mulai sangat terganggu di atas suhu 37

oC. Proses fermentasi akan

menghasilkan etanol dan CO2, dan akan berhenti ketika kandungan etanol dalam

tangki mencapai 8-12% dimana ragi menjadi tidak aktif karena kelebihan etanol

akan berakibat racun bagi ragi. Etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi

masih mengandung air sehingga perlu dimurnikan melalui proses destilasi setelah

sebelumnya dilakukan pemisahan padatan-cairan untuk menghindari terjadinya

clogging selama proses destilasi.




III. PEMODELAN LCA BIOETANOL

III.1 Tujuan dan Ruang Lingkup LCA

Tujuan studi kasus ini adalah untuk mengidentifikasi dampak produksi

bioetanol berdasarkan emisi CO2, net energy, dan analisa limbah dalam life cycle

bioetanol berbasis tepung sagu. Ruang lingkup LCA untuk bahan baku tepung sagu

meliputi pengumpulan dan transportasi bahan baku, proses konversi tepung sagu

menjadi bioetanol yang mencakup proses liquifaksi, sakarifikasi dan fermentasi

(SSF), serta pemurnian bioetanol (destilasi dan dehidrasi), pemanfaatan stillage,

transportasi bioetanol ke konsumen hingga bioetanol tersedia di tangki bahan bakar

kendaraan. Batasan/ruang lingkup LCA bioetanol berbasis tepung sagu

didefinisikan dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Ruang Lingkup Sistem Life Cycle Bioetanol Berbasis Tepung Sagu




III.2 Kalkulasi Neraca Massa Energi dan Output-Reduksi CO2 LCA

Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.1, sistem life cycle bioetanol berbasis

tepung sagu yang digunakan dalam studi ini dibagi menjadi bagian dengan input

utilitas dan bagian dengan output produk (termasuk by-product ). Input utilitas

dalam tiap bagian disertai dengan input energi dan pelepasan emisi CO2,

sedangkan output produk disertai dengan output energi dan reduksi emisi CO2.

Oleh karena itu diperlukan perhitungan untuk mengukur emisi yang keluar atau

direduksi maupun energi yang masuk atau keluar.

III.2.1 Kalkulasi Neraca Massa Energi

Sebagian aliran massa dan energi input dan output dari life cycle bioetanol

berbasis tepung sagu diperoleh dengan menggunakan data sekunder berdasarkan

publikasi hasil penelitian yang telah dipublikasikan sebelumnya. Sebagian data

lainnya didapatkan dari hasil perhitungan sendiri dengan beberapa asumsi dan data

primer. Data dari masing-masing proses kemudian diolah untuk mendapatkan

inventarisasi neraca massa energi untuk produksi tiap liter bioetanol.

Input energi didefinisikan sebagai energi dari lingkungan yang masuk

dalam sistem life cycle bioetanol. Input energi dalam life cycle bioetanol berbasis

tepung sagu ini meliputi utilitas energi yang mencakup energi diesel (untuk

transportasi) dan energi panas (untuk proses liquifaksi) serta utilitas non-energi

yang mencakup bahan-bahan yang dibutuhkan dalam proses produksi (enzim dan

ragi). Input energi untuk tiap bagian dari sistem life cycle bioetanol didefinisikan

dalam persamaan 3.1.

, = × (3.1)

Ei,p = energi yang masuk dalam tiap bagian sistem life cycle




Eeq = energi equivalent per satuan massa utilitas

mi = jumlah aliran massa utilitas masuk dalam bagian sistem life cycle

Adapun output energi didefinisikan sebagai energi yang dikeluarkan oleh

sistem ke lingkungan yang didapatkan dari pemanfaatan produk utama bioetanol

yang menghasilkan energi kepada lingkungan. Persamaan 3.2 menunjukkan

definisi output energi untuk tiap bagian sistem.

, = × (3.2)

Eo,p = energi yang keluar dalam tiap bagian sistem life cycle

Eeq = energi equivalent per satuan massa produk

mo = jumlah aliran massa produk keluaran dalam bagian sistem life cycle

Setelah input dan output energi untuk tiap bagian sistem life cycle

dikumpulkan, maka input dan output energi keseluruhan sistem life cycle bioetanol

dapat dihitung berdasarkan persamaan 3.3 dan 3.4.

, = ∑ , (3.3)

, = ∑ , (3.4)

Ei,LCA = input energi sistem life cycle

Eo,LCA = output energi sistem life cycle

III.2.2

Kalkulasi Output – Reduksi CO2

Output CO2 didefinisikan sebagai emisi CO2 yang dihasilkan oleh sistem

life cycle bioetanol. Output CO2 dihasilkan dari penggunaan utilitas dalam sistem

yang menghasilkan emisi CO2 dalam prosesnya. Output CO2 didefinisikan oleh

persamaan 3.5.

, = × (3.5)




CO2o,p = CO2 yang keluar dari tiap bagian sistem life cycle

CO2eq = faktor emisi CO2 per satuan massa utilitas

mi = jumlah aliran massa utilitas masuk dalam bagian sistem life cycle

CO2 direduksi didefinisikan sebagai jumlah emisi CO2 ke lingkungan yang

berhasil dikurangi oleh produk dari sistem life cycle bioetanol jika dibandingkan

dengan penggunaan utilitas yang disubstitusinya. Dalam pemodelan ini, bioetanol

mensubstitusi penggunaan bensi (gasoline). Reduksi CO2 didefinisikan oleh

persamaan 3.4.

, = × (3.6)

CO2r,p = CO2 yang direduksi oleh tiap bagian sistem life cycle

CO2eq = faktor emisi CO2 per satuan energi utilitas yang disubstitusi oleh produk

EO = energi yang dihasilkan oleh prouk dari sistem life cycle

Setelah output dan reduksi CO2 untuk tiap bagian sistem life cycle dikumpulkan,

maka output dan reduksi CO2 keseluruhan sistem life cycle dapat dihitung

berdasarkan persamaan 3.7 dan 3.8.

, = ∑ , (3.7)

, = ∑ , (3.8)

CO2o,LCA = output CO2 sistem life cycle

CO2r,LCA = reduksi CO2 sistem life cycle

III.3 Analisis Life Cycle Inventory (LCI) Bioetanol

Inventarisasi life cycle bioetanol berbasis tepung sagu dilakukan dengan

metode purchasing to tank , dari proses perolehan dan transportasi bahan baku

hingga mencapai penggunaan akhirnya di tangki bahan bakar kendaraan. Berikut

disajikan LCI dalam studi kasus ini:






sebesar 0,6 kg/ton pati. Untuk mendapatkan data nilai input utilitas pada proses ini

dilakukan simulasi perhitungan neraca massa energi.

• Proses Saccharification and Fermentation (SSF)

Utilitas yang masuk dalam proses ini mencakup kebutuhan enzim

glukoamilase dan ragi S. cerevisiae. Kebutuhan enzim glukoamilase sama dengan

kebutuhan enzim α-amilase sebesar 0,6 kg/ton pati. Untuk mendapatkan data nilai

input utilitas pada proses ini dilakukan simulasi perhitungan neraca massa energi.

Adapun inventory terhadap emisi CO2 yang dihasilkan dari proses SSF ini juga

dapat dihitung berdasarkan neraca massa energi.

Emisi karbondioksida yang terbentuk pada proses fermentasi untuk

menghasilkan 50.000 liter bioethanol per batch adalah 40.122 kg CO2 / batch atau

sama dengan 20.234 liter CO2 / batch.

• Penanganan Limbah

Pada neraca massa proses pembentukan bioethanol dapat dilihat bahwa

untuk menghasilkan 50.000 liter bioethanol/ batch, dihasilkan 537,700 kg stillage

dan 7,379 kg campuran sisa air dan bioethanol. Stillage merupakan limbah yang

dihasilkan dari proses pembentukan bioethanol, terdiri dari campuran sisa enzim α-

amylase, enzim α-glukoamylase, yeast (S.cereviceae), dan bubur pati. Dalam

kondisi fisiknya stillage berbentuk padatan lunak.

Dalam neraca massa dapat terlihat bahwa stillage yang terbentuk berasal

dari proses solid – liquid separation dan evaporator . Bubur pati memiliki

komposisi tertinggi yaitu 99,39% dengan jumlah 534.426 kg. Sedangkan campuran

air dan bioethanol berasal dari proses distilasi dan dehidrasi dimana massa yang

terbentuk adalah sebanyak 7.379 kg. Dengan massa bioethanol sebanyak 503 kg di




dalam air, maka akan dihasilkan nilai kandungan COD sebanyak 142.366 ppm.

Besarnya nilai COD yang dikandung oleh campuran tersebut membuat air dan

bioethanol tersebut tidak dapat dibuang ke badan air.

Dalam pengolahan limbah, terdapat beberapa opsi. Opsi pertama adalah

melakukan pemanfaatan limbah. Limbah stillage akan diolah menjadi pakan ternak

atau pakan ternak. Sedangkan limbah cair yang berisi sisa campuran air dan

ethanol akan dimanfaatkan sebagai umpan biogas. Untuk opsi kedua, limbah tidak

dimanfaatkan, misalnya adalah dengan menjual pada jasa pengolahan limbah.

III.3.3 LCI Distribusi Produk Bioetanol

Transportasi bioetanol dari pabrik bioetanol ke depo pencampuran BBM

dan pengguna akhir dilakukan dengan menggunakan truk tangki kapasitas 10000 L

berjalan bolak-balik. Berdasarkan data sekunder dari penelitian lain, truk

pengangkut bahan bakar rata-rata memiliki konsumsi bahan bakar sebesar 4 liter

per kilometer. Lokasi pencampuran adalah depo Pertamina yang diasumsikan

berjarak 60 km dari pabrik bioetanol. Di dalam Depo, bioetanol akan dicampur

dengan bensin hingga mencapai campuran E10. Sementara itu konsumen bahan

bakar bioetanol berbasis tepung sagu ini diasumsikan berada di Kota Kendari

dengan asumsi bahwa jarak antara pencampuran bioetanol dengan konsumen

berjarak 20 km yang merupakan titik terjauh konsumen bahan bakar.

III.3.4 LCI Konsumsi Bioetanol

Life cycle analysis ini mengambil basis dari well to tank sehingga nilai

energi output dari bioetanol yang dihasilkan adalah densitas energi dari bioetanol.




Nilai densitas energi etanol adalah sebesar 21,2 MJ sementara nilai kalor bakar

bensin adalah sebesar 34,2 MJ/L. Akibat dari perbedaan nilai kalor bakar ini

adalah massa CO2 yang dihemat pada pembakaran bioetanol ini yang dihitung

berdasarkan CO2 pada MJ energi yang sama dan bukan berdasarkan volume bahan

bakar yang sama.

III.4 Inventarisasi dan Informasi Tambahan

Utilitas energi yang dalam hal ini adalah diesel untuk transportasi penting

untuk diinventarisasi. Untuk data emisi CO2 dari utilitas energi ini, data faktor

emisi diambil dari data tier 1 yang dikeluarkn oleh IPCC pada tahun 2006.

Tabel 3.1. Faktor emisi untuk utilitas energi

FuelFaktor emisi CO2 (kg-CO2 /TJ)

Default Lower Upper

Bensin 69.300 67.500 73.000

Diesel untuk Truk 74.100 72.600 74.800

Data densitas energi dari utilitas energi bahan bakar diambil dari Patterson

dkk. (2008). Hal ini ditunjukkan dalam Tabel 3.2.

Tabel 3.2. Densitas energi dari utilitas energi (Patterson dkk., 2008)

Fuel Densitas Energi Satuan

Diesel 34,45 MJ/L

Bioetanol 21,2 MJ/LBiogas 22,4 MJ/m

3

III.5

Analisis Dampak Life Cycle

Dampak lingkungan yang dinilai dalam LCA bioetanol berbasis tepung

sagu adalah dampak reduksi karbon dioksida (CO2) dan net energi dari sistem life

cycle bioetanol. Hasil perhitungan akan merepresentasikan jumlah gas CO2 yang

diemisikan maupun direduksi oleh sistem life cycle bioetanol. Emisi CO2




dipengaruhi oleh faktor emisi CO2 yang berasal dari penggunaan utilitas maupun

emisi CO2 yang berasal dari proses produksi bioetanol. Adapun reduksi CO2

ditentukan berdasarkan penggunaan produk bioetanol yang mensubstitusi bensin

sebagai bahan bakar.

Dalam studi life cycle bioetanol ini digunakan beberapa variabel life cycle

yang berguna untuk melihat dampak lingkungan dari bioetanol berbasis tepung

sagu. Variabel yang digunakan meliputi NCV, NCR, NEV, dan NER.

Variabel NCV dan NCR digunakan untuk analisis dampak emisi gas rumah

kaca CO2 yang dihitung berdasarkan persamaan 3.4 dan 3.5. Performa emisi CO2

yang baik dari sistem life cycle ditunjukkan oleh nilai NCV yang positif dan NCR

diatas satu.

= , − , (3.4)

= ,,

(3.5)

NCV = Net CO2 Value per liter bioetanol

NCR = Net CO2 Ratio per liter bioetanol

CO2r,LCA = reduksi CO2 oleh sistem LCA per liter bioetanol

CO2o,LCA = output CO2 oleh sistem LCA per liter bioetanol

Adapun variabel NEV dan NER digunakan untuk analisis net energi dari

sistem life cycle bioetanol yang dihitung berdasarkan persamaan 3.6 dan 3.7.

Performa net energi yang baik dari sistem life cycle ditunjukkan oleh NEV yang

positif dan NER diatas satu.

= , − , (3.6)

= ,, (3.7)




NEV = Net Energy Value per liter bioetanol

NER = Net Energy Ratio per liter bioetanol

Ei,LCA = input energi oleh sistem LCA per liter bioetanol

Eo,LCA = output energi oleh sistem LCA per liter bioetanol




IV. INTERPRETASI DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 Review Aspek Lingkungan Life Cycle

Secara garis besar, tinjauan aspek lingkungan life cycle bioetanol berbasis

tepung sagu disajikan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Tinjauan aspek lingkungan life cycle bioetanol berbasis sagu

Tahapan Keterangan Aspek Energi Dampak Lingkungan

1. Pengumpulan sumber

daya/bahan baku

(transportasi)

Pati sagu, enzim TBA dan

GAA, yeast, bahan kimia:

CaCl2, HCl

Input energi bahan

bakar diesel truk

pengangkut

Emisi CO2 dari

penggunaan diesel

2. Pengerjaan Proses • Liquifaksi

• Sakarifikasi dan

Fermentasi (SSF)

• Distilasi dan Dehidrasi

• Proses heating

membutuhkan

jumlah energi

yang cukup

besar

• Munculnya emisi

karbondioksida pada

proses fermentasi

• Terdapat limbah/

stillage dan sisa air

serta bioethanol

sebagai produk

samping bioethanol

• Membutuhkan air

bersih dalam jumlah

banyak

3.

Pemanfaatan Stillage • Biogas

• Pakan ternak

Proses ini

menghasilkan output

energi

Proses ini mereduksi

CO2

4.

Distribusi produk

(transportasi)

Distribusi produk menuju

konsumen

Input energi bahan

bakar diesel truk

pengangkut

Emisi CO2 dari

penggunaan diesel

5. Konsumsi bioetanol Proses konsumsi oleh

konsumen sebagai biofuel

Output energi

penggunaannya

sebagai biofuel

Reduksi CO2 melalui

penggunaannya yang

mensubstitusi bensin

6.

Sisa Produk Tidak terdapat sisa

produk karena seluruh

bioethanol habis terpakai

- -




Berdasarkan Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa dari sisi dampak lingkungan,

emisi karbon dioksida memiliki peranan penting dari sebuah life cycle bioetanol.

Selain itu dari sisi massa yang terbentuk, stillage akan menjadi beban lingkungan

karena memiliki massa yang cukup besar sehingga stillage harus diolah dan

disirkulasi.

IV.4.1 Penanganan Emisi Karbondioksida

Peraturan Pemerintah (PP) Republik Indonesia nomor 41 tahun 1999

tentang Pengendalian Pencemaran Udara mengatur baku mutu dari emisi yang

boleh dilepaskan menuju udara ambien. Emisi – emisi yang dibatasi antara lain

adalah gas SOx, NOx, CO, hidrokarbon, dan particulate matter. Pada peraturan ini

emisi CO2 menuju udara ambien tidak dibatasi sehingga kandungan CO2

dibebaskan dalam udara ambien.

Hal lain yang menjadi perhatian adalah efek rumah kaca. CO2 termasuk

salah satu green house gases (GHG) yang merupakan penyebab terbesar dari

timbulnya efek rumah kaca selain gas metan. Efek rumah kaca berakibat pada

menipisnya lapisan ozon dan menjadi penyebab dari efek global warming sehingga

harus dihindari. Menurut www.epa.gov, karbondioksida memiliki komposisi 82%

dari keseluruhan gas rumah kaca.

Salah satu penanganan emisi gas CO2 adalah dengan proses Carbon

Capture and Storage (CCS). Proses ini merupakan proses penangkapan kembali

CO2 yang dilepas menuju udara ambien dalam bentuk cair kemudian diinjeksikan

ke lapisan akuifer tanah. Proses yang terjadi adalah likuifaksi gas CO2, kompresi,

tranportasi CO2 cair, dan penginjeksian kembali CO2 dalam bentuk cair ke dalam




tanah. Proses CCS bermanfaat jika emisi CO2 yang dihasilkan tinggi. Selain itu

proses ini dapat dilanjutkan dengan tahapan Enhanced Oil Recovery dimana CO2

cair mendorong minyak di dalam lapisan akuifer akibat perbedaan densitas dan

meningkatkan produksi minyak.

IV.4.2 Penanganan Stillage

Pada kasus pabrik bioethanol ini dapat dilakukan pengolahan limbah.

Limbah padatan (stillage) diolah menjadi pakan ternak. Opsi lain adalah

menjadikan limbah tersebut pakan ternak dengan pengolahan aerated lagoon.

Untuk campuran air dan sisa etanol hasil evaporasi disirkulasi ke dalam proses

destilasi karena masih mengandung banyak etanol berdasarkan perhitungan neraca

massa. Adapun limbah cair hasil destilasi dan dehidrasi diolah dengan fermentasi

untuk menjadi biogas dengan asumsi konversi limbah menjadi biogas adalah 90%.

Heating value dari biogas dianggap sebagai output energi dari sistem. Perhitungan

jumlah limbah padatan dan cairan yang dihasilkan sebagai produk samping

dilakukan sendiri berdasarkan perhitungan neraca massa.




IV.2 Skenario Simulasi

Dalam life cycle analysis (LCA) bioetanol berbasis tepung sagu, dilakukan

simulasi dengan dua skenario yaitu:

• Skenario 1: Produksi bioetanol dari tepung sagu dengan menghitung

pemanfaatan kembali limbah stillage.

• Skenario 2: Produksi bioetanol dari tepung sagu tanpa memanfaatkan kembali

limbah stillage.

IV.3

Hasil Simulasi

Hasil simulasi ini mencakup neraca massa energi serta analisis net energi

dan emisi CO2 dari sistem life cycle bioetanol berbasis tepung sagu yang meliputi

pengumpulan dan transportasi bahan baku, proses konversi tepung sagu menjadi

produk akhir bioetanol (liquifaksi, SSF, destilasi dan dehidrasi), penanganan

stillage, transportasi produk bioetanol ke konsumen, dan penggunaannya dalam

tangki bahan bakar kendaraan.

IV.1.1 Neraca Massa Energi Sistem Life Cycle Bioetanol

Berdasarkan perhitungan neraca massa energi konversi tepung sagu

menjadi bioetanol berkapasitas 50.000 liter, maka diperoleh input berupa

kebutuhan tepung/pati sagu, air, enzim α-amilase, enzim glukoamilase, kebutuhan

ragi S. cerevisiae, serta kebutuhan panas dalam proses konversi tepung sagu

menjadi bioetanol. Adapun neraca massa dan energi keseluruhan life cycle

bioetanol ditunjukkan dalam Tabel 4.2.




Tabel 4.2. Neraca massa dan energi life cycle bioetanol berbasis tepung sagu

Utilitas/Material JumlahUtilitas

Satuan Energiequivalent

(MJ)

CO2 equivalent

(kg)

Input Utilitas

Transportasi

Diesel 2916 L -100.456 -7.444

Konversi Bioetanol

Panas

Tepung sagu/pati

Air

Ragi S. cerevisiae

Enzim glukoamilaseEnzim α-amilase

549.046

615.509

8.207

3.120

49369

MJ

kg

kg

kg

kgkg

-554.154

-40.122

Output Utilitas

Penanganan Stillage

Biogas

Pakan Ternak

7,513

537.965

m3

L

151

10.065.856

11

2.658.083

Produk akhir

Bioetanol 50.000 L 1.060.000 73.458

IV.1.2

Analisis Net Energi dan emisi CO2 Sistem Life Cycle Bioetanol

Net energi dan emisi CO2 sistem life cycle bioetanol berbasis tepung sagu

untuk skenario 1 ditunjukkan dalam Tabel 4.3. Adapun untuk skenario 2

ditunjukkan dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.3. Analisis Energi dan Emisi CO2 untuk skenario 1 per 50.000 L bioetanol

Total input energi 654.610 MJ

Total output energi 11.126.007 MJ

Net (MJ) 10.471.397

Total output CO2 47.566 Kg

Total reduksi CO2 2.731.552 Kg

Net (kg) 2.683.986




Tabel 4.4. Analisis Energi dan Emisi CO2 untuk skenario 2 per 50.000 L bioetanol

Total input energi 654.610 MJTotal output energi 1.060.000 MJ

Net (MJ) 405.390

Total output CO2 47.566 Kg

Total reduksi CO2 73.458 Kg

Net (kg) 25.892

IV.4

Dampak Life Cycle Bioetanol Berbasis Tepung Sagu

Berdasarkan hasil simulasi dapat diketahui dampak life cycle bioetanol

berbasis tepung sagu yang didefinisikan oleh variabel NCV, NCR, NEV, dan NER

untuk tiap liter bioetanol. Hasil perhitungan ditunjukkan dalam Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Analisis NCV, NCR, NEV, dan NER life cycle bioetanol

Variabel LCA Skenario 1 Skenario 2

Net CO2 Value (kg-CO2 /L) 54 1

Net CO2 Ratio 57 2

Net Energy Value (MJ/L) 209 8

Net Energy Ratio 17 2

Berdasarkan tabel 4.5, sistem life cycle bioetanol berbasis tepung sagu

memiliki dampak lingkungan yang baik terhadap emisi gas rumah kaca CO2 untuk

skenario 1 maupun skenario 2. Hal ini ditunjukkan oleh nilai NCV yang positif dan

NCR diatas satu. Selain itu, sistem life cycle bioetanol ini memiliki performa net

energi yang baik yang ditunjukkan oleh nilai NEV yang positif dan NER diatas

satu.

Untuk life cycle bioetanol berbasis tepung sagu, skenario 1 dengan

pemanfaatan produk samping menunjukkan hasil yang jauh lebih baik daripada

skenario 2 tanpa pemanfaatan produk samping. Pada skenario 1, produk samping

berupa stillage dimanfaatkan kembali sebagai pakan ternak dan umpan biogas. Hal




ini mampu meningkatkan performa lingkungan dari bioetanol berbasis tepung sagu

dengan signifikan. Gambar 4.1 dan 4.2 menyajikan breakdown dari nilai input-

output energi, output CO2 dan reduksi CO2 life cycle bioetanol berbasis tepung

sagu.

Gambar 4.1. Breakdown Input-Output Energi Bioetanol Berbasis Sagu

Gambar 4.2. Breakdown Output-Reduksi CO2 dari Bioetanol Berbasis Sagu




Dari breakdown input-output energi dan emisi CO2 dari bioetanol berbasis

sagu di atas, ditunjukkan bahwa proses konversi tepung sagu menjadi bioetanol

adalah penyumbang terbesar input energi sebesar 73% dan emisi CO2 sebesar 84%

pada life cycle bioetanol. Sementara itu, pemanfaatan produk samping bioetanol

(stillage) akan dapat meningkatkan net energi hingga 90% dan net emisi CO2

hingga 97%.




V. KESIMPULAN

Berdasarkan studi kasus life cycle analysis bioetanol berbasis pati sagu, dapat

dicapai kesimpulan sebagai berikut:

1. Model life cycle analysis (LCA) dari bahan baku pati sagu untuk produksi

bioetanol terdiri dari: pengumpulan dan transportasi bahan baku, proses

konversi tepung sagu menjadi produk akhir bioetanol (liquifaksi, SSF, destilasi

dan dehidrasi), penanganan stillage, transportasi produk bioetanol ke

konsumen, dan penggunaannya dalam tangki bahan bakar kendaraan.

2. Life cycle bioetanol berbasis tepung sagu menghasilkan net energi (NEV)

sebesar 215 MJ/L bioetanol dan net emisi CO2 (NCV) sebesar 54 kg/L

bioetanol untuk skenario 1 pemanfaatan stillage, sedangkan untuk skenario 2

tanpa pemanfaatan stillage menghasilkan net energi (NEV) sebesar 14 MJ/L

bioetanol dan net emisi CO2 (NCV) sebesar 1 kg/L bioetanol.

3. Berdasarkan basis per liter bioetanol yang dihasilkan, bahan baku tepung sagu

menunjukkan dampak lingkungan yang baik dengan adanya reduksi gas CO2

dan energi yang positif.

4. Pengembangan tepung sagu sebagai bahan baku bioetanol di Indonesia akan

menghasilkan dampak lingkungan yang baik.




DAFTAR PUSTAKA

Handoko, T. dan Miryanti, A., 2009, Pengaruh Ukuran Baume, Jenis Dan Jumlah

Enzim Glukoamilase Terhadap Perolehan Bioetanol Dari Sagu, Laporan

Penelitian, Universitas Katolik Parahyangan.

Honsono, N., 2012, Analisis Lifecycle Bioetanol Berbasis Singkong dan Tandan

Kosong Kelapa Sawit di Indonesia, Skripsi, Universitas Indonesia.

Reid, C., Ed.4th, 1987, hal. 155.

Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott, M.M., Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics 7 th

Edition, McGraw-Hill Companies, Inc.

Williams, A.S., 2009, Life Cycle Analysis: A Step by Step Approach, ISTC

Reports, University of Illinois at Urbana-Champaign.

http://regionalinvestment.bkpm.go.id

http://www.alpensteel.com

http://www.epa.gov




LAMPIRAN

1. Kontribusi gugus fungsi terhadap ΔHf 0

dan Cp298

GugusJumlah ΔHf

(kJ/mol)

Cp,298

(J/mol.K)pati dekstrin glukosa

-CH2- 1000 10 1 -26,8 28,2

-CH- 5000 50 5 8,67 24,9

-OH 3002 32 5 -208,04 43,9

-O- (ring) 1000 10 1 -138,16 29,7

-O- (non-ring) 999 9 -132,22 29,7

!"# = $%&,'()*!"# -./.01-2345

Komponen ΔHf 0

(kJ/mol)

Pati -878.166

Glukosa -1093

2. Perhitungan ΔHf dan ΔCp serta Panas proses liquifaksi dan sakarifikasi

- Temperatur liquifaksi = 353 K

- Temperatur sakarifikasi = 313 K

$6!7#817### ) 9:::! ; 9:::6!76

< = * < -./.0>?@A

−*< -./.0>BACBD

= E9:::$'&,')F×'G,()F×GH,()'(,I1J − E$9::: × '&,' ) F::: ×'G,( ) H::' × GH,( ) 9::: × '(,I ) ((( × '(,I1 )9:::$HH,%1

= 24,442 kJ/(mol.K)

!" = !"# <K4LM- − !"# KN.-/.0

= E9::: !"# 6!76J −E!"# $6!7#817### ) 9::: !"# !

= 70.446 kJ/mol

!K = !" ) < × $O − O:1

= 72.157 kJ/mol

Jumlah pati = 615.509 kg = 3799,4 mol

Panas proses = 72.157 kJ/mol × 3799,4 mol = 274.154 MJ

Energi destilasi = 5,6 MJ/(L bioetanol) × 50.000 L = 280.000 MJ



Panas total konversi bioetanol = 274.154 MJ + 280.000 MJ = 554.154 MJ

3.

Perhitungan input energi dan output CO2 0<M/ N0NKP = QM5.R M/5/.S × N0NKP NTMU.5N0/

4M<M/ = QM5.R M/5/.S × NTMU.5N0/

Utilitas∑

utilitasSatuan

energi

equivalent

(MJ/L)

input

energi

CO2-equivalent

(kg/kg) atau kg/L

output

CO2

KONVERSI BIOETANOL

Panas 549.046 MJ 554.154

Pati 615.509 Kg 0,06 40.122

Air 8.207 Kgenzim α-

amilase369

Kg

S. cerevisiae 3.120 Kg

enzim

glukoamilase49

Kg

TRANSPORTASI

Diesel 2.916 L 34,45 100.456 0,0741 7.444

4. Perhitungan output energi dan CO2 direduksi

4M/<M/ N0NKP = QM5.R <K4LM- × N0NKP NTMU.5N0/

LKNLM-S = QM5.R <K4LM- × NTMU.5N0/

Produk∑

produk

energi

equivalent

output

energi

CO2-

equivalent

CO2

direduksi

PEMANFAATAN STILLAGE

Biogas 7,5 22,4 151 0,0741 11

Pupuk

cair537.965 20,79 10.065.856 5,49 2.658.083

PENGGUNAAN AKHIR

Bioetanol 50.000 21,2 1.060.000 0,0693 73.458

LCA bioetanol.pdf

Documents