Corn (Maize) for Bioethanol as a Fuel Source/Jagung (Maize) untuk Bioetanol sebagai Sumber Bahan Bakar

▼Halaman ini membutuhkan informasi dan pengecekan fakta dari seseorang yang memiliki keahlian di bidang ini.

Komentar: Selain itu, semua pernyataan perlu disertai kutipan.

Jagung (Zea Mays) atau Maize adalah sumber tanaman populer untuk produksi etanol. Etanol juga disebut alkohol etil, alkohol biji-bijian, atau alkohol.

Jagung adalah tanaman berkapasitas tinggi, yang secara efisien mengubah energi radiasi dari matahari menjadi energi kimia. Energi tersebut terdapat di dalam tanaman dan bijinya, dalam bentuk 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 kemudian diberikan kepada ragi untuk menghasilkan alkohol.

Penggunaan jagung sebagai sumber bahan bakar etanol dalam industri otomotif dimulai pada tahun 1908. Mobil pertama Ford Motor Company, Model T, menggunakan bensin etanol jagung.

Garis Waktu Sejarah Etanol

• Pada tahun 1826, Samuel Morey mengembangkan mesin yang beroperasi menggunakan etanol dan terpentin.
• Pada tahun 1896, Henry Ford membangun kendaraan roda empat (quadricycle) yang menggunakan etanol murni sebagai bahan bakar.
• Pada tahun 1908, mobil pertama perusahaan Ford Motor, Model T, dirancang untuk menggunakan alkohol jagung.
• Pada tahun 1920, Standard Oil mulai mencampurkan etanol ke dalam bensin untuk meningkatkan oktan dan mengurangi knocking pada mesin.
• 1940 Pabrik etanol bahan bakar pertama dibangun oleh tentara Amerika Serikat di Omaha, Nebraska. Tujuannya adalah untuk memproduksi bahan bakar bagi tentara 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.
• Pada tahun 1980-an, oksigenat seperti etil tersier butil eter (ETBE) yang terbuat dari etanol dan minyak bumi ditambahkan ke bensin.
• Pada tahun 1988, bahan bakar beroksigen etanol pertama yang diwajibkan mulai digunakan sepanjang musim dingin di Denver, Colorado. Hal ini memungkinkan pengendalian emisi karbon monoksida.
• Amandemen Undang-Undang Udara Bersih tahun 1990 mewajibkan penggunaan bahan bakar beroksigen untuk musim dingin di 39 wilayah.
• Amandemen Undang-Undang Udara Bersih tahun 1995 mewajibkan penggunaan oksigenat sepanjang tahun di 9 wilayah.
• Dari tahun 1990-an hingga sekarang, produsen mobil besar di Amerika Serikat mulai menjual Kendaraan Bahan Bakar Fleksibel yang menggunakan 85% etanol sebagai bahan bakar.
• Pada tahun 2003, California beralih ke etanol untuk menciptakan bensin yang diformulasikan ulang.
• Dari tahun 2003 hingga sekarang, sebagian besar negara bagian AS mengikuti jejak California dan mengganti Metil Tert-Butil Eter (MTBE) dengan etanol.
• Undang-Undang Kebijakan Energi tahun 2005 mewajibkan bensin yang dijual di AS mengandung nilai minimum bahan bakar terbarukan.
• September 2006 Program Standar Bahan Bakar Terbarukan (Renewable Fuel Standard Program/RFS) ditandatangani. Program ini dirancang untuk mempromosikan pencampuran bahan bakar terbarukan (etanol) dalam bahan bakar kendaraan bermotor di seluruh negeri.
• Undang-Undang Kemandirian dan Keamanan Energi Desember 2007 yang ditandatangani oleh presiden dan kongres kita, mensyaratkan 15 miliar galon bahan bakar terbarukan (etanol) pada tahun 2015.
• 2007-2008 Terjadi peningkatan jumlah negara bagian yang mewajibkan penggunaan bensin E10 dengan kandungan etanol 10%.

Produksi etanol secara komersial sebagai sumber bahan bakar di Amerika Serikat dimulai dengan memecah pati dalam jagung menjadi gula sederhana (glukosa). Gula ini diberikan kepada ragi untuk menginduksi (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 tersebut 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 residu di akhir proses.

Ada lima tahapan utama dalam produksi etanol dengan metode penggilingan kering.

1. Penggilingan
2. Pencairan
3. Sakarifikasi
4. Fermentasi
5. Distilasi & Pemulihan

Penggilingan

Langkah pertama terdiri dari pengolahan jagung melalui penggiling palu yang memiliki saringan berukuran 3,2 hingga 4,0 mm. Setelah jagung awal diolah melalui penggiling, jagung tersebut menjadi tepung jagung. Air dicampur dengan tepung jagung utuh ini, kemudian ditambahkan enzim tahan panas yang dikenal sebagai (α-amilase). File:Corn mill.jpg

Pencairan

Likuefaksi adalah langkah kedua, yang melibatkan pemasakan "bubur" jagung ini. Proses dimulai dengan menggunakan alat pemasak jet yang menyuntikkan uap ke dalam bubur tepung jagung sehingga 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 telah dimasak ini didinginkan hingga 80-90°C (175-195°F), dan enzim tahan panas tambahan (α-amilase) ditambahkan. Bubur jagung ini terus mengalami likuefaksi 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 ditumbuhkan dalam tangki bibit bersama bubur jagung, yang memulai proses pengubahan gula sederhana menjadi etanol. Kandungan dalam biji jagung seperti protein, minyak, dan lain-lain, tidak berubah selama fermentasi. Proses ini terjadi secara bertahap di mana sebuah tangki diisi, difermentasi sepenuhnya, kemudian dikosongkan untuk memulai tahap berikutnya. Setelah fermentasi terjadi, bagian cair yang tersisa dari bubur tersebut terdiri dari 8-12% etanol berdasarkan berat.

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 uap etanol/air. Istilah "stillage" mengacu pada air sisa dan padatan jagung yang tersisa setelah proses distilasi. Stillage ini dipisahkan menggunakan sentrifugasi, yang memisahkan cairan (stillage encer) dari potongan padat biji jagung (distillers' grain). Air dapat dihemat dengan mendaur ulang sebagian stillage encer kembali ke awal seluruh proses penggilingan kering ini.

Proses hulu: Penggilingan, Pencairan, dan Sakarifikasi

Proses hilir : (Distilasi dan Pemulihan)

• Sistem penggilingan kering yang efisien akan terus menerus menggunakan proses hulu dan hilir secara bersamaan. Fasilitas yang menggunakan metode ini biasanya memiliki tiga tangki untuk fermentasi. Satu tangki sedang diisi, satu tangki sedang difermentasi (selama 48 jam), dan satu tangki sedang dikosongkan dan disiapkan untuk cabang berikutnya.
• Metode lain untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan fasilitas penggilingan kering adalah dengan menangkap karbon dioksida yang dihasilkan selama fermentasi. Karbon dioksida tersebut dapat dikompresi dan dijual kepada perusahaan minuman ringan untuk karbonasi atau dibekukan untuk digunakan sebagai es kering.
• Ampas penyulingan dapat diuapkan untuk menghasilkan sirup kental. Sirup ini dapat dicampur dengan ampas penyulingan dan dikeringkan untuk menghasilkan sejenis pakan ternak. Produk ini disebut "Ampas penyulingan kering dengan zat terlarut" (DDGS). Produk ini dapat dijual kepada petani lokal, membantu menutup siklus dalam sistem produksi bio-etanol ini. Sekitar 17 pon DDGS dapat dihasilkan per bushel.

Pabrik etanol penggilingan kering saat ini mampu mengubah biji jagung menjadi etanol dengan laju sekitar 2,8 galon per bushel.

Etanol dianggap sebagai sumber energi terbarukan. Manfaat memanfaatkan sinar matahari untuk menumbuhkan 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 tersebut.

Tanpa pencampuran etanol dalam bensin, angka 24% itu akan mencapai 32%.

Transportasi menyumbang sekitar 3/4 dari total konsumsi minyak bumi di Amerika Serikat. Penambahan etanol dalam campuran bahan bakar memiliki dampak signifikan terhadap emisi yang dilepaskan ke atmosfer.

Dampak Lapangan Kerja Produksi etanol menciptakan lapangan kerja di daerah pedesaan dan mendorong peluang kerja di tempat yang membutuhkannya.

Produksi etanol tahun 2015 menyebabkan

• Penambahan sekitar 86.000 lapangan kerja di seluruh negeri.
• $44 miliar terhadap PDB
• Pendapatan rumah tangga sebesar 24 miliar

Penambahan etanol ke dalam bensin mendorong

• dukungan untuk perekonomian Amerika Serikat
• keragaman 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 ketika jagung ditanam untuk menghasilkan etanol. Emisi gas rumah kaca berkurang sekitar 40% dengan etanol berbasis jagung yang diproduksi dari penggilingan kering.

Pengembalian Investasi Energi (EROI) bergantung pada sumber daya yang digunakan untuk menanam jagung, pengolahan etanol, dan pengangkutan bahan bakar.

Faktor EROI

• Bahan bakar diesel untuk mesin (Traktor & Mesin Pemanen)
• 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 tersimpan sebagai materi organik dilepaskan ke atmosfer.
• Penyebabnya adalah kontribusi terhadap emisi gas rumah kaca.

Peningkatan Penggunaan Pupuk

Peningkatan mendadak dalam produksi jagung untuk penggunaan etanol menyebabkan peningkatan drastis dalam penggunaan pupuk. Hal ini meningkatkan risiko limpasan pupuk ke ekosistem yang sensitif, yang dapat menyebabkan kerusakan ekologis yang signifikan.

Makanan vs. Energi

Peralihan penggunaan jagung dari pangan menjadi bahan bakar menyebabkan kenaikan harga jagung. Permintaan jagung meningkat untuk memenuhi mandat penggunaan etanol dalam bensin di Amerika Serikat, yang menyebabkan kenaikan harga jagung secara global. Negara-negara berkembang yang sangat bergantung pada jagung untuk memenuhi kebutuhan kalori harian mereka sangat terpengaruh.

"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. "Cara Pembuatan Etanol Bahan Bakar dari Jagung." Universitas Purdue, 3 Juni 2012, hlm. 1–4.

Tverberg, Gail. "Apa Saja Masalah yang Timbul dengan Penggunaan Etanol Jagung sebagai Bahan Bakar?" Our Finite World, 10 Jan. 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 Penangguhan." Green Car Reports, 19 Nov. 2012, www.greencarreports.com/news/1080551_epa-keeps-corn-based-ethanol-mandate-rejects-suspension-request.