Prospek biobutanol sebagai biofuel generasi kedua di Indonesia

Sejak dimulainya industry petroleum pada abad ke-19, minyak mentah telah dipergunakan sebagai bahan bakar (fuel) dan bahan baku industri kimia. Konsumsi petroleum dunia pada tahun 2008 diperkirakan sebesar 85 juta gallon per hari,  setara dengan 5 trilyun liter per tahun (EIA 2009). Sebanyak 25 % dari konsumsi tersebut diserap sebagai bensin untuk kendaraan bermotor.  Kebutuhan energy dunia diperkirakan akan naik lebih dari 50 % pada tahun 2025 (Ragauskas et al. 2006). Namun, cadangan minyak bumi sekarang diprediksi akan habis dalam kurun 50 tahun ke depan jika tidak ada penemuan lading minyak baru.  Fakta ini menegaskan pentingnya produksi bahan bakar dari sumber daya terbarukan.  Salah satu bahan bakar jenis ini adalah biofuel.

Beberapa jenis biofuel telah diproduksi dan digunakan secara luas, umumnya berupa etanol dari karbohidrat (bioetanol) dan biodiesel dari minyak nabati dan lemak hewani (Fortman et al. 2008). Produksi bioetanol global mencapai  51 milyar liter per tahun  atau sepertiga dari total produksi etanol. Bioetanol memiliki beberapa kekurangan. Kandungan energinya hanya 70 % dari kandungan energi bensin (Tabel 1). Etanol mudah menyerap air dan bersifat korosif. Hal ini menyebabkan perlunya sistem perpipaan dan penampungan yang berbeda dengan yang telah ada untuk bensin.  Adapun biodiesel memiliki kandungan energi sedikit di bawah bahan bakar solar namun tidak mudah dialirkan melalui perpipaan karena mudah menggumpal pada suhu rendah.

Walaupun bioetanol dan biodiesel bisa bersaing secara ekonomis dengan bensin dan solar, saat ini kedua biofuel tersebut diproduksi dari bahan pangan seperti jagung dan biji-biji tumbuhan. Biofuel generasi pertama ini tidak bisa berkelanjutan dikarenakan terbatasnya produksi bahan pangan dan meningkatkan populasi dunia. Hal ini mendorong pengembangan biofuel generasi kedua. Bahan baku yang dipergunakan merupakan bahan baku non-pangan yang meliputi produk samping lignoselulosa (bagas dari tebu, jerami, serpihan kayu), limbah organic, alga, dan rumput. Problem yang dihadapi oleh biofuel generasi kedua adalah masalah logistic, supply, peruntukan tanah pertanian, dan teknologi pemrosesan (Sims et al. 2010). Saat ini sedang dikembangkan biofuel generasi ketiga yaitu biofuel dari microalga and microba guna mengatasi masalah yang dihadapi biofuel generasi sebelumnya (Nigam and Singh 2011).

Table 1 Sifat-sifat beberapa jenis bahan bakar (Lee et al. 2008; Thomas 2000; Waites et al. 2001)

Etanol Biodiesel Bensin Solar Butanol
Kandungan energi (MJ/L) 19.6-21.2 33.3-35.7 32 38.6 29.2
Bilangan oktan riset 129 15 91-99 15 96
Bilangan oktan motor 102 81-89 78
Bilangan cetane 40-55 48-60
Rasio udara-bahan bakar 9 13.8 14.6 15 11.2
Panas penguapan (MJ/kg) 0.92 0.36 0.43

Biobutanol, biofuel yang lebih baik dari bioethanol

Butanol (C4H10) (Gambar 1) adalah alkohol yang memiliki banyak kesamaan dengan bensin. Tidak seperti halnya etanol, butanol tidak menyerap air dan tidak korosif. Tabel 1 menunjukkan senyawa ini memiliki kandungan energi hanya sedikit lebih rendah dari bensin.  Butanol dan bensin juga memiliki kemiripan dalam bilangan oktan dan rasio udara-bahan bakar. Kedua cairan ini juga mudah bercampur. Hal-hal di atas menyebabkan butanol bisa diproses dan dialirkan melalui infrastruktur yang telah ada untuk bensin. Di samping itu panas penguapan butanol lebih rendah dari etanol, menyebabkan mesin berbahan bakar butanol lebih mudah distarter daripada mesin berbahan bakar etanol saat udara dingin.

Gambar 1 Empat isomer dari butanol (dari kiri ke kanan: normal butanol, isobutanol, sekunder butanol, tersier butanol)

Butanol pada mulanya diproduksi melalui fermentasi karbohidrat menggunakan bakteri Clostridium acetobutylicum dalam proses fermentasi aseton-butanol-etanol (ABE) yang menghasilkan ketiga senyawa tersebut dengan rasio 3:6:1 (Waites et al. 2001). Proses ini rumit dan produktivitas butanol terhenti saat konsentrasinya mencapai 12 g/l mengingat alkohol ini bersifat racun bagi bakteri. Sejak 1970an, proses fermentasi digantikan oleh proses kimiawi katalitik yang menggunakan bahan baku propylene. Namun adanya kebutuhan akan butanol sebagai biofuel membangkitkan proses fermentasi butanol. Beberapa raksasa industry kimia seperti DuPont, BP, GEVO telah mencanangkan pembangunan pabrik butanol dari proses fermentasi atau mengubah pabrik etanol menjadi butanol (BioButanol 2010).

Potensi biobutanol di Indonesia

Indonesia cukup potensial untuk pengembangan industry biobutanol. Konsumsi bensin di negara kita lebih dari 50 juta liter per hari (EIA 2009), atau senilai 83 trilyun rupiah setahun. Pemerintah telah mentargetkan untuk mengganti 10 % penggunaan bahan bakar petroleum dalam bentuk biodiesel dan 5 % dalam bentuk bioetanol pada tahun 2010 (DataConsult 2008). Bahan baku bioetanol umumnya dari molasses mengingat Indonesia adalah negara penghasil gula tebu nomor 10 di dunia (FAOSTAT 2008).

 Menimbang keunggulan butanol dibanding etanol, maka alkohol ini seharusnya dipilih sebagai biofuel utama dari industry fermentasi di Indonesia. Molasses dapat digunakan sebagai bahan baku untuk jangka pendek. Bakteri yang digunakan misalnya C. acetobutylicum (Syed et al. 2008) dan C. saccharobutylicum (Berezina et al. 2009).  Untuk jangka panjang, bahan baku harus dari sumber daya non-pangan guna menghindari kompetisi dengan kebutuhan pangan. Bagas dari tebu adalah pilihan yang baik. Bagas bisa dihidrolisis untuk menghasilkan gula yang bisa difermentasi menjadi butanol menggunakan teknologi fermentasi yang telah ada.


Referensi:

Berezina OV, Brandt A, Yarotsky S, Schwarz WH, Zverlov VV. 2009. Isolation of a new butanol-producing Clostridium strain: high level of hemicellulosic activity and structure of solventogenesis genes of a new Clostridium saccharobutylicum isolate. Systematic and Applied Microbiology 32(7):449-459.

BioButanol. 2010. Companies working on producing biobutanol.http://www.biobutanol.com/The-Players.html 14 May 2011

DataConsult. 2008. Biofuel industry development in Indonesia.http://www.thefreelibrary.com/Biofuel+industry+development+in+Indonesia.-a0174599615 20 May 2011

EIA. 2009. International Petrol (Oil) Consumption.http://www.eia.doe.gov/emeu/international/oilconsumption.html 20 May 2011

FAOSTAT. 2008. Food and Agricultural commodities production.http://faostat.fao.org/site/339/default.aspx November 16, 2010

Fortman JL, Chhabra S, Mukhopadhyay A, Chou H, Lee TS, Steen E, Keasling JD. 2008. Biofuel alternatives to ethanol: pumping the microbial well. Trends in Biotechnology 26(7):375-381.

Lee SY, Park JH, Jang SH, Nielsen LK, Kim J, Jung KS. 2008. Fermentative butanol production by Clostridia. Biotechnology and Bioengineering 101(2):209-228.

Nigam PS, Singh A. 2011. Production of liquid biofuels from renewable resources. Progress in Energy and Combustion Science 37(1):52-68.

Ragauskas AJ, Williams CK, Davison BH, Britovsek G, Cairney J, Eckert CA, Frederick WJ, Hallett JP, Leak DJ, Liotta CL and others. 2006. The path forward for biofuels and biomaterials. Science 311(5760):484-489.

Sims REH, Mabee W, Saddler JN, Taylor M. 2010. An overview of second generation biofuel technologies. Bioresource Technology 101(6):1570-1580.

Syed QUA, Nadeem M, Nelofer R. 2008. Enhanced butanol production by mutant strains of Clostridium acetobutylicum in molasses medium. Turkish Journal of Biochemistry-Turk Biyokimya Dergisi 33(1):25-30.

Thomas G. 2000. Overview of Storage Development DOE Hydrogen Program. Sandia National Laboratories, Livermore, CA.http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/storage.pdf 10 May 2011

Waites MJ, Higton G, Morgan NL, Rockey JS. 2001. Industrial Microbiology, an introduction: Blackwell Publishing Limited

5 Responses

  1. Just got a research grant for conducting research on butanol fermentation.
    https://yalun.wordpress.com/2011/12/26/research-grant/

  2. salam kenal pak yalun….
    saya zainal, mau tanya kalau di indonesia, dimana dapat dibeli clostridium acetobutylicum ya?makasih infonya…

  3. Nice to find this blog. I haven’t got any news from you and Erli for many years. Please inform Erli email so I can contact her. Now all of you stay in Australia ? Thank you.

  4. Thanks, infonya. Bagaimana hsl analisa kualitatif antara bensin dan alkohol menggunakan KLT? Apa peaknya jg sama?

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: