lca bioetanol.pdf
Post on 07-Jul-2018
220 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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)
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 2/31
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 3/31
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 4/31
2 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 5/31
3 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 6/31
4 | LCA Bioetanol berbasis tepung 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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 7/31
5 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 8/31
6 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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)
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 9/31
7 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 10/31
8 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 11/31
9 | LCA 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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 12/31
10 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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)
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 13/31
11 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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:
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 14/31
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 15/31
13 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 16/31
14 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 17/31
15 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 18/31
16 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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)
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 19/31
17 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 20/31
18 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
- -
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 21/31
19 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 22/31
20 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 23/31
21 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 24/31
22 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 25/31
23 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 26/31
24 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 27/31
25 | LCA Bioetanol berbasis tepung 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%.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 28/31
26 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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.
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 29/31
27 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 30/31
28 | LCA Bioetanol berbasis tepung sagu
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
8/18/2019 LCA bioetanol.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/lca-bioetanolpdf 31/31
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
top related