ANALISIS PARAMETER OPTIMAL DALAM PRODUKSI BIOETANOL JERAMI PADI DENGAN SISTEM BATCH BIOREACTOR

Berikut adalah sedikit tulisan saya sewaktu Mahasiswa dulu dalam aplikasi Bioproses untuk program yang mendukung masa depan Indonesia. Kala itu adalah tugas dan harapan yang ingin didapat dari Mata Kuliah Teknik Pengukuran dan Pengendalian Bioproses.

Suhu penting kaitannya dalam perkembangan dan aktivitas dari mikroba dalam bioreaktor, sehingga perlu kontrol suhu optimal.

Konsentrasi Karbohidrat penting untuk parameter input pada reaksi agar didapat bioetanol  (output) yang optimal. Karbohidrat yang dipakai sebagai substrat didapat dari pemecahan selulosa pada jerami padi, yang selanjutnya akan difermentasi dengan bantuan enzim. Biomassa berselulosa terbentuk dari tiga komponen utama yakni selulosa yang terkandung dalam dinding sel tumbuhan dan mendominasi hingga 50% berat kering tumbuhan. Jerami padi diketahui memiliki kandungan selulosa yang tinggi, mencapai 34.2% berat kering, 24.5% hemiselulosa dan kandungan lignin hingga 23.4%.

Skema Bioproses Produksi Bioetanol di dalam Bioreaktor

Kekentalan/viskositas campuran (substrat) dalam Bioreaktor dikendalikan dengan parameter  Enzim Selulase dari Aspergillus Niger agar viskositas yang mempengaruhi laju aliran dapat dikendalikan secara optimal. 

PH tertentu dapat mempengaruhi aktivitas suatu enzim (mikroba).

Waktu bervariasi agar diketahui dan dibandingkan waktu mana yang optimal dalam produksi etanol yang tinggi.

Enzim. Proses melalui pemecahan jerami menjadi selulosa, hemiselulosa dan lignin terlebih dahulu menggunakan enzim. Ekstrak enzim mampu mengkatalisis perubahan glukosa menjadi etanol (Fowler M.W, 1988). Kemampuan katalitik yang tinggi, mencapai 10^9-10^12 kali laju reaksi non-aktivitas enzim. Selulase dapat dimanfaatkan dalam proses fermentasi dari biomassa menjadi biofuel, seperti bioetanol. Saat ini, enzim selulase digunakan sebagai pengganti bahan kimia pada proses pembuatan alkohol dari bahan yang mengandung selulosa (Zhiliang Fan dkk, 2006). Selulase dapat diproduksi oleh fungi, bakteri, dan ruminansia. Fungi yang bisa menghasilkan selulase antara lain genus Tricoderma, Aspergillus Niger dan Penicillium.

Suhu dalam parameter fisika namun sangat berpengaruh pada proses kimia, karena mikroba pada suhu tertentu dapat tumbuh optimal, minimal bahkan maksimal dalam keaktifannya. Sehingga perlu kontrol suhu yang tepat yang menyesuaikan jenis enzim/mikroba yang dipakai. 

Konsentrasi karbohidrat sebagai parameter biologis yang akan difermentasi dalam bioreaktor perlu diperhatikan karena seperti yang kita tahu konsentrasi sell biomassa (X) dipengaruhi dari jumlah initial substrate (S0) dan substrate (S). Seperti pada rumus X ={X0 + Y(^(M))X/S (S0 - S)}.

Sehingga output yang ingin dicapai bisa optimal yakni, konsentrasi bioetanol yang tinggi (parameter biologis).

Viskositas dalam parameter fisika tentunya masih berkaitan dengan konsentrasi karbohidrat yang akan difermentasi, sehingga kontrol viskositas perlu dikendalikan agar didapat titik tertentu kekentalan yang optimal dalam bioreaktor saat aliran diagitasi. 

PH pada parameter fisika merupakan salah satu penyebab dimana suatu keadaan mikroba/enzim dapat beraktivitas dengan optimal, yang mana PH yang akan dikontrol di sini menyesuaikan dengan jenis mikroba yang dipakai. 

Waktu dalam parameter fisika berhubungan erat dengan konsentrasi karbohidrat, enzim dan perubahan di dalam bioreaktor tersebut. Sehingga setelah diketahui parameter-parameter yang sudah ditentukan maka lama waktu yang optimal selama proses fermentasi dalam bioreaktor dapat diperkirakan sesuai sumber-sumber yang menjadi rujukan seperti jurnal ilmiah dengan proses Batch. 

Enzim disini sebagai parameter kimia juga menjadi parameter biologis, yang mana enzim yang berasal dari mikroba membantu mengkatalis reaksi. Dalam peranannya, ada dua tahap dalam rancangan penelitian ini. Yang pertama yaitu peran enzim/mikroba dalam pemisahan jerami padi menjadi selulosa, hemiselulosa dan lignin. Dari sini selulosa yang merupakan salah satu jenis karbohidrat yang mana pada akhirnya akan difermentasi menjadi bioetanol dengan bantuan enzim/mikroba lagi dalam bioreaktor. Konsentrasi enzim menentukan percepatan reaksi tergantung konsentrasi karbohidrat pula yang sesuai dengan rumus X ={X0 + Y(^(M))X/S (S0 - S)}.