Jagung (Zea Mays) atau Jagung merupakan sumber tanaman populer untuk produksi etanol. Etanol, juga disebut Ethy alkohol, alkohol gandum, atau alkohol.
Jagung merupakan tanaman berkapasitas tinggi yang mengalami konversi energi radiasi matahari secara efisien menjadi pembentukan energi kimia. Energi ditemukan di dalam tanaman dan bijinya, seperti selulosa, minyak, dan pati.
Jagung digunakan sebagai bahan baku produksi etanol karena kandungan karbohidratnya yang tinggi, khususnya pati.
Pati diproses menjadi gula sederhana, yang diumpankan ke ragi untuk membuat alkohol.
Isi
Penggunaan Etanol dalam Sejarah
Penggabungan jagung sebagai sumber bahan bakar etanol dalam industri otomotif dimulai pada tahun 1908. Mobil pertama Ford Motor Company, Model T, menggunakan bensin jagung etanol.
Garis Waktu 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.
- Oli Standar 1920 mulai memasukkan etanol ke dalam bensin untuk meningkatkan oktan dan mengurangi ketukan mesin.
- 1940 Pabrik bahan bakar etanol pertama dibangun oleh tentara Amerika Serikat di Omaha, Nebraska. Tujuannya adalah untuk memproduksi bahan bakar untuk tentara dan menyediakan etanol untuk dicampur dengan bahan bakar.
- 1940-1970 Harga bensin di Amerika Serikat sangat rendah, sehingga tidak ada bahan bakar etanol komersial yang bisa dijual ke masyarakat umum.
- Oksigenat tahun 1980-an seperti Ethyl Tertiary Butl Ether (ETBE) yang terbuat dari etanol dan minyak bumi ditambahkan ke bensin.
- 1988 Bahan bakar beroksigen etanol yang diamanatkan pertama kali diterapkan selama penggunaan 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 pada musim dingin untuk penggunaan musim dingin di 39 wilayah.
- Amandemen Undang-Undang Udara Bersih tahun 1995 mengharuskan penggunaan oksigenat sepanjang tahun di 9 wilayah.
- Tahun 1990-an hingga saat ini produsen mobil besar Amerika mulai menjual Kendaraan Bahan Bakar Fleksibel yang menggunakan 85% etanol.
- 2003 California beralih ke etanol untuk membuat bensin yang diformulasi ulang.
- 2003 hingga saat ini di sebagian besar negara bagian AS, mengikuti California dan menggantikan Methyl Tert-Butyl Ether (MTBE) dengan etanol.
- Undang-Undang Kebijakan Energi tahun 2005 , mengamanatkan bahwa bensin yang dijual di AS mengandung bahan bakar terbarukan dengan nilai minimum.
- September 2006 Program Standar Bahan Bakar Terbarukan (RFS) ditandatangani. Hal ini dirancang untuk mendorong pencampuran bahan bakar terbarukan (etanol) dalam bahan bakar kendaraan bermotor secara nasional.
- Undang-undang Kemandirian dan Keamanan Energi bulan Desember 2007 yang ditandatangani oleh presiden dan kongres kita, mewajibkan 15 miliar galon bahan bakar terbarukan (etanol) pada tahun 2015.
- 2007-2008 Terjadi lonjakan di masing-masing negara bagian yang mewajibkan penggunaan bensin 10% etanol E10.
Produksi Etanol Industri
Produksi komersial etanol sebagai sumber bahan bakar di Amerika dimulai dengan penguraian pati yang ada di dalam jagung menjadi gula sederhana (glukosa). Gula ini diumpankan ke ragi untuk tujuan induksi (fermentasi) dan produk utama yang dihasilkan adalah etanol. Produk sampingan dari proses ini adalah pakan ternak. Ada dua metode berbeda untuk memproduksi bahan bakar etanol pada skala industri. Di Amerika Serikat, ini adalah penggilingan basah dan penggilingan kering.
Penggilingan kering menyumbang lebih dari 70% produksi etanol, karena jenis pabrik ini dibangun dalam skala lebih kecil dengan biaya investasi lebih rendah. Gambaran umum dari proses ini adalah mengolah biji-bijian utuh kemudian memisahkan komponen sisa di akhir proses.
Ada lima langkah utama dalam produksi etanol penggilingan kering.
- Penggilingan
- Pencairan
- Sakarifikasi
- Fermentasi
- Distilasi & Pemulihan
Penggilingan
Langkah pertama adalah mengolah jagung melalui hammer mill yang memiliki saringan antara 3,2 hingga 4,0 mm. Setelah jagung awalnya diolah melalui penggilingan, kini menjadi tepung jagung. Air dicampur dengan tepung jagung utuh, kemudian ditambahkan enzim pestabil panas yang disebut (a-amilase). File: Pabrik jagung.jpg
Pencairan
Pencairan adalah langkah kedua yang melibatkan pemasakan "bubur" jagung ini. Prosesnya dimulai dengan penggunaan jet-cooker yang menyuntikkan uap ke dalam bubur tepung jagung sehingga memungkinkannya mencapai suhu lebih dari 100°C (212°F). Butiran pati di dalam endosperma kernel dipecah oleh panas dan gaya mekanis selama proses pemasakan. Enzim adalah agen yang memecah polimer pati menjadi fragmen yang lebih kecil. Tumbuk jagung yang dimasak ini didinginkan hingga suhu 80-90°C (175-195°F), dan tambahan enzim pestabil panas (a-amilase) ditambahkan. Bubur jagung ini terus dicairkan setidaknya selama 30 menit.
Sakarifikasi
Bubur ini sekarang dapat disebut "tumbuk jagung" setelah proses pencairan. Tumbukan 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 tumbukan jagung mengisi fermentor untuk mempersiapkan fermentasi. sakarifikasi berlanjut ke proses fermentasi.
Fermentasi
Langkah fermentasi dimulai dengan penambahan ragi yang ditanam di tangki benih dengan tumbukan jagung, yang memulai proses pengubahan gula sederhana menjadi etanol. Kandungan dalam biji jagung seperti protein, minyak, dll, tidak berubah selama fermentasi. Proses ini terjadi dalam batch di mana tangki diisi, difermentasi sepenuhnya, kemudian dikeringkan untuk memulai batch berikutnya. Setelah fermentasi terjadi, sisa bagian cair dari bubur terdiri dari 8-12% berat etanol.
Distilasi dan Pemulihan
distilasi adalah proses pemisahan etanol dari air. Pemisahan tersebut diawali dengan pengetahuan bahwa etanol memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan air. Sistem sistem distilasi/rektifikasi standar mampu mencapai kemurnian etanol 92-95%. Untuk mendapatkan etanol murni (>99%) sisa air dihilangkan menggunakan saringan molekuler yang menyerap air secara selektif dari campuran etanol/uap air. Istilah "stillage" mengacu pada sisa air dan padatan jagung yang tersisa setelah proses distilasi. Stillage ini dipisahkan menggunakan centrifuge, yang memisahkan cairan (thin stillage) dari potongan padat kernel (butir penyuling). Air dapat dihemat dengan mendaur ulang sebagian sisa-sisa tipis kembali ke awal proses penggilingan kering secara keseluruhan.
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 menggunakan proses hulu dan hilir pada saat yang bersamaan. Fasilitas yang memanfaatkan metode ini biasanya memiliki tiga tangki untuk fermentasi. Satu diisi, satu lagi difermentasi (selama 48 jam), dan satu lagi dikosongkan dan disiapkan untuk cabang berikutnya.
- metode lain untuk meningkatkan efisiensi fasilitas penggilingan kering secara keseluruhan adalah dengan menangkap Karbon Dioksida yang dihasilkan selama fermentasi. Ini dapat dikompres dan dijual ke perusahaan minuman ringan untuk karbonasi atau dibekukan untuk digunakan sebagai es kering.
- Stillage dapat diuapkan untuk menghasilkan sirup kental. Sirup ini bisa dicampur dengan penyuling; biji-bijian dan dikeringkan untuk menghasilkan sejenis pakan ternak. Produk ini disebut "Biji-bijian kering penyuling dengan bahan terlarut" (DDGS). Bio-etanol ini dapat dijual kepada petani lokal, sehingga membantu menutup lingkaran dalam sistem produksi bio-etanol. 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 bercocok tanam 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% minyak bumi yang dikonsumsi negaranya.
Tanpa pencampuran etanol dalam bensin, angka 24% tersebut akan mencapai 32%.
Transportasi menyumbang sekitar 3/4 dari total konsumsi minyak bumi di Amerika Serikat. Penggabungan etanol dalam campuran bahan bakar mempunyai dampak signifikan terhadap emisi yang dilepaskan ke atmosfer.
Dampak terhadap Pekerjaan Produksi etanol menciptakan lapangan kerja di daerah pedesaan dan meningkatkan peluang kerja jika dibutuhkan.
Produksi etanol tahun 2015 menyebabkan
- penambahan sekitar 86.000 pekerjaan di seluruh negeri.
- $44 miliar terhadap PDB
- 24 miliar pendapatan rumah tangga
Penggabungan etanol dalam bensin mendorong
- dukungan bagi 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 saat jagung ditanam untuk menghasilkan etanol. Emisi gas rumah kaca berkurang sekitar 40% dengan etanol berbahan dasar jagung yang diproduksi dari pabrik kering.
Konflik dengan produksi Etanol dari Jagung
Pengembalian Investasi Energi (EROI) bergantung pada sumber daya yang digunakan untuk menanam jagung, pemrosesan etanol, dan pengangkutan bahan bakar.
Faktor EROI
- Diesel untuk mesin (Traktor & Kombinasi)
- 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 disimpan sebagai bahan organik yang dilepaskan ke atmosfer
- Menyebabkan kontribusi emisi gas rumah kaca.
Meningkatkan Penggunaan Pupuk
Peningkatan produksi jagung yang tiba-tiba untuk penggunaan etanol menyebabkan peningkatan penggunaan pupuk secara dramatis. Hal ini meningkatkan risiko limpasan pupuk ke ekosistem sensitif, yang dapat menyebabkan kerusakan ekologis yang signifikan.
Makanan vs. Energi
Peralihan penggunaan jagung untuk bahan bakar dibandingkan bahan pangan menyebabkan kenaikan harga jagung. Permintaan jagung meningkat untuk memenuhi meningkatnya mandat penggunaan etanol dalam bensin di Amerika Serikat, yang menyebabkan kenaikan harga jagung global. Negara-negara berkembang yang sangat bergantung pada jagung untuk memenuhi kebutuhan kalori harian mereka sangat terkena dampaknya.
Sumber daya
"Manfaat dan Pertimbangan Etanol." Pusat Data Bahan Bakar Alternatif: Manfaat dan Pertimbangan Etanol, Departemen Energi AS, www.afdc.energy.gov/fuels/etanol_benefits.html.
Mosier, Nathan S., dan Klein Lleleji. "Bagaimana Bahan Bakar Etanol Dibuat dari Jagung." Universitas Purdue, 3 Juni 2012, hlm.1–4.
Tverberg, Gail. "Apa Masalah Penggunaan Etanol Jagung sebagai Bahan Bakar?" Dunia Terbatas Kita, 10 Januari 2011, ourfiniteworld.com/2011/01/10/what-are-the-problems-with-using-corn-etanol-for-fuel/.
Voelcker, John. "EPA Mempertahankan Mandat Etanol Berbasis Jagung, Menolak Permintaan Penangguhan." Green Car Reports, 19 November 2012, www.greencarreports.com/news/1080551_epa-keeps-corn-based-etanol-mandate-rejects-suspension-request.
