Corn (Maize) for Bioethanol as a Fuel Source/id
Jagung (Zea Mays) atau Maize merupakan sumber tanaman yang populer untuk produksi etanol. Etanol juga disebut alkohol etil, alkohol gandum, atau alkohol.
Jagung merupakan tanaman berkapasitas tinggi, yang mengalami konversi energi radiasi matahari secara efisien menjadi energi kimia. Energi tersebut ditemukan di dalam tanaman dan bijinya, sebagai selulosa, minyak, dan pati.
Jagung digunakan sebagai bahan baku untuk produksi etanol, karena kandungan karbohidratnya yang tinggi, khususnya pati.
Pati diproses untuk dipecah menjadi gula sederhana, yang diberikan kepada ragi untuk menghasilkan alkohol.
Isi
Penggunaan Etanol Historis
Penggunaan jagung sebagai sumber bahan bakar etanol dalam industri otomotif dimulai pada tahun 1908. Mobil pertama Ford Motor Company, Model T, menggunakan bensin jagung etanol.
Kronologi Sejarah Etanol
- 1826 Samuel Morey mengembangkan mesin yang menggunakan etanol dan terpentin.
- 1896 Henry Ford membangun sepeda roda empat, yang menggunakan etanol murni.
- 1908 Mobil perusahaan pertama Ford Motor, Model T, dirancang untuk menggunakan alkohol jagung.
- 1920 Standard Oil mulai memasukkan etanol ke dalam bensin untuk meningkatkan angka oktan dan mengurangi ketukan mesin.
- 1940 Pabrik etanol bahan bakar pertama dibangun oleh Angkatan Darat Amerika Serikat di Omaha, Nebraska. Tujuannya adalah untuk memproduksi bahan bakar bagi Angkatan Darat dan menyediakan etanol untuk dicampur dengan bahan bakar.
- 1940-1970 Harga bensin sangat rendah di Amerika Serikat, yang mengakibatkan tidak ada bahan bakar etanol komersial yang dijual kepada masyarakat umum.
- 1980-an Oksigenat seperti Etil Tersier Butil Eter (ETBE) yang terbuat dari etanol dan minyak bumi ditambahkan ke bensin.
- 1988 Bahan bakar etanol teroksigenasi pertama kali diberlakukan selama musim dingin di Denver, Colorado. Hal ini memungkinkan pengendalian emisi karbon monoksida.
- Amandemen Undang-Undang Udara Bersih tahun 1990 telah mengamanatkan penggunaan bahan bakar beroksigen untuk penggunaan musim dingin di 39 wilayah.
- Amandemen Undang-Undang Udara Bersih tahun 1995 mengharuskan penggunaan oksigenat sepanjang tahun di 9 area.
- Tahun 1990-an hingga sekarang, produsen mobil besar Amerika Serikat mulai menjual Kendaraan Bahan Bakar Fleksibel yang menggunakan 85% etanol.
- 2003 California beralih ke etanol untuk menciptakan bensin yang diformulasikan ulang.
- 2003 hingga sekarang mayoritas Negara Bagian AS, mengikuti California dan mengganti Methyl Tert-Butyl Ether (MTBE) dengan etanol.
- Undang-Undang Kebijakan Energi tahun 2005 mengamanatkan bahwa bensin yang dijual di AS mengandung nilai minimum bahan bakar terbarukan.
- September 2006 Program Standar Bahan Bakar Terbarukan (RFS) ditandatangani. Program ini dirancang untuk mendorong pencampuran bahan bakar terbarukan (etanol) dalam bahan bakar motor secara nasional.
- Undang-Undang Kemandirian dan Keamanan Energi Desember 2007 yang ditandatangani oleh presiden dan kongres kami, membutuhkan 15 miliar galon bahan bakar terbarukan (etanol) pada tahun 2015.
- 2007-2008 Terjadi lonjakan di masing-masing negara bagian yang mewajibkan penggunaan bensin E10 etanol 10%.
Produksi Etanol Industri
Produksi etanol komersial sebagai sumber bahan bakar di Amerika Serikat dimulai dengan memecah pati yang ada di dalam jagung menjadi gula sederhana (glukosa). Gula ini dimasukkan ke dalam ragi untuk diinduksi (fermentasi) dan produk utama yang dihasilkan adalah etanol. Produk sampingan dari proses ini adalah pakan ternak. Ada dua metode berbeda untuk memproduksi etanol bahan bakar dalam skala industri. Di Amerika Serikat, metode ini adalah penggilingan basah dan penggilingan kering.
Penggilingan kering mencakup lebih dari 70% produksi etanol, karena jenis pabrik ini dibangun dalam skala yang lebih kecil dengan biaya investasi yang lebih rendah. Gambaran umum dari proses ini adalah memproses biji-bijian utuh dan kemudian memisahkan komponen-komponen yang tersisa di akhir proses.
Ada lima langkah utama dalam produksi etanol giling kering.
- Penggilingan
- Pencairan
- Sakarifikasi
- Fermentasi
- Distilasi & Pemulihan
Penggilingan
Langkah pertama terdiri dari pemrosesan jagung melalui mesin penggiling palu yang memiliki saringan antara 3,2 hingga 4,0 mm. Setelah jagung awal diproses melalui mesin penggiling, jagung tersebut kini menjadi tepung jagung. Air dicampur dengan seluruh tepung jagung ini, kemudian enzim tahan panas yang dikenal sebagai (a-amilase) ditambahkan. File:Corn mill.jpg
Pencairan
Pencairan merupakan langkah kedua, yang melibatkan pemasakan "bubur" jagung ini. Prosesnya dimulai dengan menggunakan jet-cooker yang menyuntikkan uap ke dalam bubur tepung jagung yang memungkinkannya mencapai suhu lebih dari 100°C (212°F). Butiran pati di dalam endosperma biji jagung dipecah oleh panas dan gaya mekanis selama proses pemasakan. Enzim adalah agen yang memecah polimer pati menjadi fragmen yang lebih kecil. Bubur jagung yang dimasak ini didinginkan hingga 80-90°C (175-195°F), dan enzim tahan panas tambahan (α-amilase) ditambahkan. Bubur jagung ini terus mencair selama setidaknya 30 menit.
Sakarifikasi
Bubur ini sekarang dapat disebut "bubur jagung" setelah proses pencairan. Bubur didinginkan hingga sekitar 30°C (86°F), dan enzim kedua yang disebut glukoamilase ditambahkan ke dalamnya. Glukoamilase menyelesaikan pemecahan pati menjadi gula sederhana (glukosa). Kata "sakarifikasi" digunakan untuk menggambarkan proses yang terjadi saat bubur jagung mengisi fermentor untuk mempersiapkan fermentasi. Sakarifikasi berlanjut ke proses fermentasi.
Fermentasi
Tahap fermentasi dimulai dengan menambahkan ragi yang tumbuh di tangki benih bersama bubur jagung, yang memulai proses mengubah gula sederhana menjadi etanol. Kandungan dalam biji jagung seperti protein, minyak, dll, tidak berubah selama fermentasi. Proses ini terjadi secara bertahap, yaitu tangki diisi penuh, difermentasi sepenuhnya, lalu dikeringkan untuk memulai fermentasi berikutnya. Setelah fermentasi terjadi, bagian cair yang tersisa dari bubur terdiri dari 8-12% etanol menurut beratnya.
Distilasi dan Pemulihan
distilasi adalah proses pemisahan etanol dari air. Pemisahan dimulai dengan pengetahuan bahwa etanol memiliki titik didih yang lebih rendah daripada air. Sistem distilasi/rektifikasi standar mampu mencapai kemurnian etanol 92-95%. Untuk mencapai etanol murni (>99%), air sisa dihilangkan menggunakan saringan molekuler yang menyerap air secara selektif dari campuran etanol/uap air. Istilah "stilasi" mengacu pada air sisa dan padatan jagung yang tersisa setelah proses distilasi. Stilasi ini dipisahkan menggunakan sentrifus, yang memisahkan cairan (stilasi tipis) dari potongan padat biji jagung (biji penyuling). Air dapat dihemat dengan mendaur ulang sebagian stailasi tipis kembali ke awal seluruh proses penggilingan kering ini.
Metode Produksi Etanol yang Praktis dan Efisien
proses hulu: Penggilingan, Pencairan, dan Sakarifikasi
proses hilir : (Distilasi dan Pemulihan)
- Sistem penggilingan kering yang efisien akan terus-menerus menggunakan proses hulu dan hilir pada saat yang bersamaan. Fasilitas yang menggunakan metode ini biasanya memiliki tiga tangki untuk fermentasi. Satu tangki untuk pengisian, satu tangki untuk fermentasi (selama 48 jam), dan satu tangki untuk dikosongkan dan dipersiapkan untuk cabang berikutnya.
- Metode lain untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan fasilitas penggilingan kering adalah dengan menangkap Karbon Dioksida yang dihasilkan selama fermentasi. Karbon Dioksida dapat dipadatkan dan dijual ke perusahaan minuman ringan untuk dikarbonasi atau dibekukan untuk digunakan sebagai es kering.
- Sisa hasil penyulingan dapat diuapkan untuk menghasilkan sirup kental. Sirup ini dapat dicampur dengan biji-bijian dan dikeringkan untuk menghasilkan sejenis pakan ternak. Produk ini disebut "Biji-bijian kering penyuling dengan zat terlarut" (DDGS). Ini dapat dijual kepada petani lokal, membantu menutup siklus dalam sistem produksi bioetanol ini. Sekitar 17 pon DDGS dapat dibuat per gantang.
Kesimpulan
Pabrik etanol giling kering saat ini mampu mengubah biji jagung menjadi etanol dengan laju sekitar 2,8 galon per gantang.
Manfaat Etanol
Etanol dianggap sebagai sumber energi terbarukan. Manfaat memanfaatkan sinar matahari untuk menanam tanaman yang kemudian dapat diolah menjadi bahan bakar transportasi lebih besar daripada dampak mengubah sumber daya alam menjadi bahan bakar. Bahan bakar alternatif ini menghemat minyak bumi dan mengurangi emisi.
Keamanan Energi
Amerika Serikat mengimpor sekitar 24% dari minyak bumi yang dikonsumsi negara itu.
Tanpa pencampuran etanol dalam bensin, 24% akan mencapai 32%.
Transportasi menyumbang sekitar 3/4 dari total konsumsi minyak bumi di Amerika Serikat. Penggunaan etanol dalam campuran bahan bakar berdampak signifikan terhadap emisi yang dilepaskan ke atmosfer.
Dampak Pekerjaan Produksi etanol menciptakan lapangan kerja di daerah pedesaan dan mempromosikan kesempatan kerja di tempat yang membutuhkan.
Produksi etanol pada tahun 2015 menyebabkan
- penambahan sekitar 86.000 pekerjaan di seluruh negeri.
- $44 miliar terhadap PDB
- Pendapatan rumah tangga sebesar 24 miliar
Penggabungan etanol dalam bensin meningkatkan
- dukungan untuk ekonomi Amerika Serikat
- keberagaman dalam armada transportasi Amerika Serikat
- Mengurangi dampak gangguan pasokan internasional
Pengurangan Emisi
Karbon dioksida yang dilepaskan oleh kendaraan selama pembakaran etanol diimbangi oleh karbon dioksida yang ditangkap saat jagung ditanam untuk menghasilkan etanol. Emisi gas rumah kaca berkurang sekitar 40% dengan etanol berbasis jagung yang diproduksi dari pabrik kering.
Konflik dengan produksi Etanol dari Jagung
Pengembalian Energi atas Investasi (EROI) bergantung pada sumber daya yang digunakan untuk menanam jagung, pemrosesan etanol, dan pengangkutan bahan bakar.
Faktor EROI
- Diesel untuk mesin (Traktor & Gabungan)
- Gas alam digunakan untuk pupuk nitrogen
- Gas alam dan listrik di pabrik etanol
- Energi yang digunakan untuk mengangkut etanol jagung
Konversi Lahan untuk Produksi Jagung
Masalah yang terkait dengan konversi padang rumput perawan menjadi lahan pertanian
- hilangnya keanekaragaman hayati
- Karbon yang disimpan sebagai bahan organik dilepaskan ke atmosfer
- Menyebabkan kontribusi emisi gas rumah kaca.
Meningkatkan Penggunaan Pupuk
Peningkatan produksi jagung secara tiba-tiba untuk penggunaan etanol menyebabkan peningkatan dramatis dalam penggunaan pupuk. Hal ini meningkatkan risiko limpasan pupuk ke ekosistem yang sensitif, yang dapat menyebabkan kerusakan ekologi yang signifikan.
Makanan vs. Energi
Transisi penggunaan jagung untuk bahan bakar sebagai pengganti makanan menyebabkan kenaikan harga jagung. Permintaan jagung meningkat untuk memenuhi mandat penggunaan etanol Amerika Serikat dalam bensin yang meningkat, yang menyebabkan kenaikan harga jagung global. Negara-negara berkembang yang sangat bergantung pada jagung untuk memenuhi kebutuhan kalori harian mereka sangat terpengaruh.
Sumber daya
"Manfaat dan Pertimbangan Etanol." Pusat Data Bahan Bakar Alternatif: Manfaat dan Pertimbangan Etanol, Departemen Energi AS, www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_benefits.html.
Mosier, Nathan S., dan Klein Lleleji. "Bagaimana Etanol Bahan Bakar Dibuat dari Jagung." Universitas Purdue, 3 Juni 2012, hlm. 1–4.
Tverberg, Gail. "Apa Masalah Penggunaan Etanol Jagung sebagai Bahan Bakar?" Our Finite World, 10 Januari 2011, ourfiniteworld.com/2011/01/10/what-are-the-problems-with-using-corn-ethanol-for-fuel/.
Voelcker, John. "EPA Mempertahankan Mandat Etanol Berbasis Jagung, Menolak Permintaan Penghentian Sementara." Green Car Reports, 19 November 2012, www.greencarreports.com/news/1080551_epa-keeps-corn-based-ethanol-mandate-rejects-suspension-request.
