Abstrak—Salah satu komoditas perkebunan utama di Indonesia adalah tebu yang digunakan untuk produksi gula. Dari setiap pengolahan  akan  menghasilkan  limbah  yang  salah  satunya adalah  ampas  tebu  yang  menyusun  sebesar  35%  dari  bagian tebu.  Dari  hasil  riset  yang  dilakukan,  limbah  ampas  tebu  di Indonesia  masih  kurang  optimal  pemanfaatannya  disamping banyaknya  potensi  untuk  pemanfaatan.  Ampas  tebu  tersusun atas  lignoselulosa  yang  berpotensi  untuk  diolah  lebih  lanjut menjadi bioetanol. Pabrik bioetanol dari ampas tebu ini terdiri atas  tiga  proses  utama:  pre-treatment,  fermentasi,  serta purifikasi. Dari proses tersebut dibutuhkan 112.840 ton/tahun untuk  dapat  menghasilkan  bioetanol  fuelgrade  sebesar  30.000 kL/tahun yang diproyeksikan dapat memenuhi 27% kebutuhan etanol  di  Indonesia  pada  tahun  2027.  Dengan  kebutuhan tersebut,  lokasi  yang  optimal  dalam  pembangunan  pabrik  ini adalah  daerah  Jawa  Timur,  lebih  tepatnya  pada  Kecamatan Kras,  Kabupaten  Kediri.  Pabrik  ini  dirancang  dengan  basis pembangunan  pada  tahun  2025  serta  beroperasi  pada  tahun 2027  dengan  satu  tahun  operasi  adalah  330  hari.  Dari  hasil analisa  ekonomi  yang  dilakukan  pada  pendirian  pabrik  ini diketahui  nilai  CAPEX  (Capital  Expenditure)  sebesar Rp383.260.056.805,  nilai  OPEX  (Operational  Expenditure) sebesar    Rp261.993.319.888,  IRR  (Internal  Rate  of  Return) sebesar 24,11%/tahun  , serta POT (Pay Out Time) pada tahun ke 5 pabrik beroperasi.
Kata Kunci—Ampas Tebu, Bioetanol, SSCF.

## I. PENDAHULUAN
ERDASARKAN  Outlook  Energi  Indonesia  pada tahun 2019, hasil proyeksi permintaan kebutuhan energi akan terus meningkat. Dengan peningkatan tersebut, tentunya agar dapat  terus  bertahan  di  masa  depan,  basis  energi  yang digunakan  harus  berkelanjutan  &  dapat  diperbarui. Pemerintah  Indonesia  sendiri  pun  juga  telah  berkomitmen untuk  menjadi  negara  yang  berkelanjutan,  salah  satu komitmen tersebut tertuang dalam kebijakan Pengembangan Energi  Baru  Terbarukan  (EBT)  pada  Perpres  No.5  Tahun 2006  tentang  pengembangan  BBN  (Bahan  Bakar  Nabati). EBT yang difokuskan adalah bioenergi yang termasuk salah satunya adalah Bioetanol. Dalam implementasinya, pemerintah Indonesia berupaya untuk mencampurkan bahan bakar  fosil  dengan  etanol  melalui  teknologi blending . Berdasarkan  Permen  ESDM  (Energi  dan  Sumber  Daya Manusia)  No.12  tahun  2015,  ditargetkan  pada  tahun  2025 terlaksana blending 80% gasoline dengan 20% etanol .
Kelebihan  bioetanol  sebagai  bahan  bakar  dibandingkan bahan bakar minyak (BBM) adalah adalah aman digunakan sebagai  bahan bakar, titik nyala etanol tiga kali lebih  tinggi
dibandingkan  bensin.  Emisi  hidrokarbon  lebih  sedikit dikarenakan  bioetanol  memiliki  bilangan  oktan  yang  lebih tinggi  (106-110)  daripada  bensin  (91-96)  sehingga  dapat digunakan  sebagai  campuran  bensin  untuk  meningkatkan performa bensin (Tabel 1). Kedua, efisiensi pembakaran akan meningkat  dengan  penggunaan  bioetanol  serta  mengurangi emisi  polutan  berupa  oksida  nitrogen  dan  sulfur  karena memiliki  kadar  oksigen  yang  lebih  tinggi  (34%)  dan  kadar sulfur yang jauh lebih rendah (0%) dibandingkan bensin [1].
Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi bioetanol dapat diklasifikasikan menjadi 4 generasi. Bioetanol generasi pertama (G1) memanfaatkan bahan baku dengan kandungan gula  yang  mudah  untuk  didapatkan  yang  umumnya merupakan  bahan  pangan,  Kemudian  generasi  kedua  (G2) yang  memiliki  kandungan  lignoselulosa  dan  umumnya diperoleh  dari side-product atau  limbah  dari  agrikultur  / limbah  dari  G1.  Pada  generasi  bahan  baku  ketiga  (G3) menggunakan mikroorganisme akuatik lebih tepatnya adalah alga.  Serta  pada  generasi  bahan  baku  keempat  (G4)  adalah

## Pra–Desain Pabrik Bioetanol dari Ampas Tebu
( Bagasse ) dengan Teknologi Simultaneous Saccharification dan Co-Fermentation untuk Kapasitas 30.000 KL/Tahun
Fachrizan Bilal Masrur, Mauludandru Heradiprakoso, Kuswandi, dan Rizky Tetrisyanda Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : kuswandi@chem-eng.its.ac.id
B
Tabel 1. Kualitas Etanol Berdasarkan SNI 7390-2008 Parameter Unit, Min/Max Spesifikasi Kadar Etanol %-v, min 99,5 Kadar Metanol mg/L, max 300 Kadar Air %-v, max 1 Kadar Denaturan %-v, min %-v, max 2 5 Kadar Cu mg/kg, max 0,1 Keasaman (CH3COOH) mg/L, max 30 Tampakan Jernih  dan  tidak ada endapan Kadar Ion Klorida (Cl-) mg/L, max 40 Kandungan Belerang (S) mg/L, max 50 Kadar Getah (gum) mg/100 mL, max 5,0
pH
6,5-9 Gambar 1. Diagram proses (balok) proses produksi bioetanol. Limbah Ampas Tebu (Baggase) Feed Handling Pre- Treatment Fermentasi (SSCF) Centrifugal Separator Distilasi Bioetanol (Fuel Grade) Starter Mikroorganisme Medium Enzim H 2 SO 4 H 2 O Detoksifikasi Kapur ( Lime ) Cake Gypsum Lignin, yeast mud, dan limbah padat lain CO 2 Dehidrasi H 2 SO 4 Air Air Etanol & air Etanol & air Centrifugal Separator Centrifugal Separator
biomassa  yang  telah  mengalami  modifikasi  genetik.  Dari  4 generasi tersebut, generasi yang paling optimal untuk saat ini dari analisa ekonomi serta teknis adalah generasi kedua (G2) [2].
Salah satu biomassa yang memiliki kandungan lignoselulosa  untuk  dijadikan pengganti bahan bakar adalah bagasse . Umumnya, bagasse diperoleh dari pengolahan tebu dan  tergolong  melimpah  di  Indonesia.  Namun  berdasarkan data yang tersedia, bagasse umumnya digunakan hanya untuk bahan baku boiler sehingga harapannya perancangan pabrik “Pra – Desain Pabrik Bioetanol Dari Ampas Tebu ( Bagasse ) Dengan  Teknologi  Simultaneous Saccharification  &  Co- Fermentation Untuk  Kapasitas  30.000  KL/tahun”  mampu memaksimalkan potensi dari limbah ampas tebu.

## II. URAIAN PROSES PRODUKSI
Dalam  merancang  proses  produksi  bioetanol  berbahan dasar bagasse ,  terdapat  beberapa  langkah  proses  produksi yang  dilakukan  agar  menghasilkan  hasil  produksi  bioetanol yang optimal. Langkah proses produksi bioetanol terdiri atas 3  langkah  yakni pre-treatment ,  fermentasi,  dan  purifikasi (Gambar 2 dan Gambar 3).
A. Proses Pre-treatment
Tahap terpenting dalam  proses  produksi bioetanol adalah proses pre-treatment karena  menentukan  kuantitas  dan kualitas  bioetanol  yang  dihasilkan  nantinya . Biomassa lignoselulosa tersusun dari  matriks selulosa dan lignin  yang diikat  oleh  hemiselulosa  rantai  yang  terdiri  dari  tiga konstituen utama yaitu hemiselulosa, lignin, dan selulosa. Di dalam  proses pre-treatment bertujuan  untuk  mendegradasi lignin agar terpisah dari hemiselulosa dan selulosa sehingga nantinya  hemiselulosa  dan  selulosa  dapat  terekspos  oleh mikroorganisme saat proses fermentasi. Terdapat 3 teknologi yang umum dilakukan dalam tahap pre-treatment yaitu : pre- treatment asam  yang  menggunakan  asam  kuat  encer, pre- treatment basa yang menggunakan basa, serta pre-treatment organosolv  yang  menggunakan  pelarut  organik  [3-4]. Dilakukan  seleksi  proses pre-treatment dengan  parameter
utama  yang  digunakan  sebagai  pembanding  adalah  suhu, waktu,  konversi  selulosa,  hemiselulosa,  serta  lignin. Menggunakan  aplikasi  “ Expert  Choice” didapatkan  bahwa pre-treatment asam merupakan proses yang paling optimal.

## B. Proses Fermentasi
Pada tahap fermentasi, dilakukan seleksi berupa teknologi proses fermentasi  yang digunakan. Dilakukan perbandingan antara 3 teknologi : separate hydrolysis fermentation (SHF), simultaneous  saccharification  &  fermentation (SSF),  dan simultaneous  saccharification  &  co-fermentation (SSCF) (Gambar  4).  Pada  SHF,  proses  sakarifikasi  (hidrolisis) dilakukan  terpisah  dengan  proses  fermentasi  sehingga dibutuhkan  minimal  dua  wadah  yang  berbeda.  Kemudian pada  SSF  proses  hidrolisis  dan  fermentasi  dilakukan  pada wadah yang sama namun  tanpa adanya fermentasi  terhadap pentosa (gula C 5 ). Serta SSCF yang melakukan hidrolisis dan fermentasi baik gula pentosa (C 5 ) ataupun glukosa (gula C 6 ) pada  wadah  yang  sama.  Kemudian  dilakukan  pemilihan dengan basis pertimbangan terhadap parameter suhu, waktu, biaya,  dan  konversi  etanol.  Dari  hasil  perbandingan  yang dilakukan,  didapatkan  hasil  bahwa  teknologi  SSCF  pada pabrik ini yang paling optimal [5].

## C. Proses Purifikasi
Pada proses produksi bioetanol, terdapat kondisi azeotrop antara campuran etanol dan air. Kondisi tersebut terjadi pada saat fraksi massa etanol 95% [6] (Gambar 5). Dengan adanya hal  tersebut  maka  distilasi  bertingkat  secara  umum,  tidak dapat  melakukan pemurnian lanjutan. Sehingga, pada tahap purifikasi  ini  dimaksudkan  untuk  melakukan  seleksi  proses antara  teknologi  distilasi  azeotropik  dengan  proses  distilasi bertingkat kemudian dilanjutkan dengan adsorpsi. Berdasarkan hasil perbandingan yang telah dilakukan, proses adsorpsi dinilai lebih optimal dari segi teknis serta ekonomi.
D. Uraian Proses
Dari  bahan  baku bagasse yang  didapatkan,  hal  pertama
Tabel 21. Data Aktivitas Pasar Etanol di Indonesia dari Tahun 2012–2022
Tahun Produksi (L) Konsumsi (L) Ekspor (L) Impor (L) 2012 205.000.000 135.000.000 59.000.000 0 2013 207.000.000 135.000.000 86.000.000 0 2014 202.000.000 135.000.000 94.000.000 2.000.000 2015 205.000.000 136.000.000 67.000.000 0 2016 205.000.000 137.000.000 71.000.000 2.000.000 2017 195.000.000 137.000.000 64.000.000 5.000.000 2018 200.000.000 138.000.000 158.000.000 96.000.000 2019 200.000.000 139.000.000 70.000.000 1.000.000 2020 193.000.000 175.000.000 47.000.000 29.000.000 2021 200.000.000 167.000.000 82.000.000 54.000.000 2022 205.000.000 168.000.000 85.000.000 45.000.000 Tabel 32. Provinsi Penghasil Gula Terbesar di Indonesia. Provinsi Produksi (Ton) 2017 2018 2019 2020 Jawa Timur 1,023,514 1,065,965 1,052,026 1,003,162 Lampung 632,321 642,630 742,123 729,021 Jawa Tengah 173,857 201,037 182,733 127,018 Sumatera Selatan 89,010 101,135 90,422 91,806
Gambar 22. Diagram proses pre-treatment pada pabrik bioetanol.
Gambar  33.  Diagram  proses pre-treatment pada  pabrik  bioetanol (lanjutan).
yang dilakukan adalah melakukan feed handling yaitu proses yang bertujuan untuk mereduksi ukuran dari bagasse hingga menjadi  ≤  20  mm.  Kemudian bagasse dialirkan  menuju tangki pre-treatment untuk dilakukan proses hidrolisis akibat adanya  penambahan  asam  kuat  (H 2 SO 4 )  yang  diencerkan. Pada  proses  ini  akan  terbentuk  cairan liquor (hemiselulosa yang  terhidrolisa  dan  lignin  yang  larut)  serta bagasse yang masih  berbentuk  padatan.  Hasil pre-treatment kemudian dipisahkan  menggunakan  separator  sentrifugal  untuk memisahkan fraksi berat (padatan) serta fraksi ringan (cair). Untuk  fraksi  ringan  kemudian  dialirkan  menuju  proses detoksifikasi dengan menambahkan kapur (Ca(OH) 2 ). Proses detoksifikasi  bertujuan  untuk  menghilangkan  kandungan asam asetat yang terdapat pada bagasse . Hal ini disebabkan karena  kandungan  asam  asetat  dapat  merusak  proses fermentasi  yang  terjadi  nantinya.  Dari  proses  detoksifikasi, akan  terbentuk  garam  (gipsum  dan  kalsium  asetat)  yang dipisahkan  dengan  menggunakan  separator  sentrifugal. Kemudian hasil padatan yang terpisah pada separasi pertama dicampurkan dengan  hasil cairan yang terpisah pada proses detoksifikasi untuk dilakukan proses fermentasi. Selanjutnya
hasil  fermentasi  akan  dipurifikasi  melalui  3  tahapan  : sentrifugasi,  distilasi,  dan  dehidrasi  yang  nantinya  akan terbentuk  produk  bioetanol fuelgrade .  Uraian  proses  dari pabrik ini digambarkan sesuai pada Gambar 1.

## III. DATA DASAR PERANCANGAN

## A. Ketersediaan Bahan Baku di Indonesia
Statistik  yang  dipublikasikan  oleh  Badan  Pusat  Statistik menunjukkan  bahwa  produksi  gula  di  Indonesia  memiliki pola fluktuatif sejak tahun 2017. Berdasarkan data pada tahun 2021, produksi gula di Indonesia mencapai 1033 ton gula. Hal ini kemudian dapat dikonversi menjadi jumlah bagasse yang terproduksi  yakni  sebesar  7231  ton.  Namun  dari  seluruh bagasse yang  dihasilkan  hanya  20%  maksimal  yang  dapat digunakan karena 80% lainnya telah digunakan untuk utilitas pabrik gula itu sendiri. Sehingga potensi bahan baku bagasse yang dapat dimanfaatkan sebesar 1446,2 ton.
Jumlah  tersebut  merupakan  hasil  kalkulasi  dari  seluruh pabrik  gula  yang  beroperasi  di  Indonesia.  Dari  seluruh provinsi  penghasil  gula  di  Indonesia,  2  provinsi  yang menghasilkan gula terbesar adalah Lampung dan Jawa Timur dengan  masing  masing  sebesar  729.021  ton  dan  1.003.162 ton. Sehingga data ini dapat disimpulkan bahwa ketersediaan bahan baku bagasse cukup melimpah jumlahnya seperti yang ditampilkan pada Tabel 3.

## B. Penentuan Kapasitas Produksi
Kapasitas  produksi  pabrik  harus  memperhatikan  aspek
Tabel 43. Reaksi yang Terjadi pada Pre-Treatment Reaksi Reaktan Konversi (%) (𝐺𝑙𝑢𝑐𝑎𝑛) 𝑛 + H 2 O → 𝑛 𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 Glucan 5,95 (𝑋𝑦𝑙𝑎𝑛) 𝑛 + 𝐻 2 𝑂 → 𝑛 𝑋𝑦𝑙𝑜𝑠𝑒 Xylan 80 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑒 → Acetic acid Acetate 100 (𝐿𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛) 𝑛 → 𝑛 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑙𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛
Lignin 5
Tabel 54. Reaksi Hidrolisis/Sakarifikasi Reaksi Reaktan % Konversi (𝐺𝑙𝑢𝑐𝑎𝑛) 𝑛 + 𝑛𝐻 2 𝑂 → 𝑛𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 Glucan 63,52
(𝑋𝑦𝑙𝑎𝑛) 𝑛 + 𝑛𝐻 2 𝑂 → 𝑛𝑋𝑦𝑙𝑜𝑠𝑒 Xylan 63,52
Tabel 65. Reaksi fermentasi pada tangka SSCF Reaksi Reaktan % Konversi 𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 → 2𝐸𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 +  2𝐶𝑂 2 Glucose 100 3 𝑋𝑦𝑙𝑜𝑠𝑒 → 5 𝐸𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 + 5𝐶𝑂 2 Xylose 70 Tabel 76. Analisa Neraca Massa Pabrik Bioetanol Berbahan Dasar Ampas Tebu Komponen kg/jam kg/jam Masuk Keluar Glucan (selulosa) 6493,97 2697,88 Xylan (Hemiselulosa) 3204,24 428,15 Lignin 3859,62 3858,80 Zat ekstraktif 434,55 0,00 Abu 255,03 255,01 Air 78057,99 75676,69 Acetic Acid 70,12 Xylosa 818,72 Glukosa 0,00 H 2 SO 4 359,11 0,09 CaOH 2 496,03 0,00 Calcium Acetate 478,50 Gypsum (Hidrat) 628,24 Medium 1,03 2185,71 Yeast culture 7,82 37,86 Enzim 83,55 120,63 CO 2 2964,46 Etanol 3099,21 Pertumbuhan Enzim 67,11 Total 93320,06 93320,06
Tabel 87. Kebutuhan Saturated Steam Tipe Low Pressure pada 120 O C Nama Alat Kode Alat Massa (kg/jam) Sulfuric Acid Heater E-101 3050,72 Pre-Treatment Tank R-110 1541,56 Overliming Tank R-120 342,01 Heater to Distillation E-211 843,07 Partial Reboiler E-321 8588,61
Total 14365,97 Gambar 44. Diagram proses fermentasi. Gambar 55. Diagram proses pada purifikasi. MgSO 4 DAP T.Reseei S.Cerevisae T-211 116 1 30 116 1 30 118 1 30 118 1 30 From Splitter 24 1,2 40 30 1,2 39,7 From Mixing Tank R-210 28 1,3 40 Cooling Water CWR CO 2 31 1 40 32 1 40 To Purification Unit
kebutuhan  produk  nasional,  yakni  data  impor,  ekspor, produksi,  dan  konsumsi,  serta  juga  kompetitor  pabrik. Analisis penentuan kapasitas pabrik  sangat  dibutuhkan agar penggunaan  alat,  neraca  massa,  neraca  energi,  dan  hal  lain yang berkaitan dapat ditentukan. Penentuan kapasitas pabrik didasarkan  pada  data  yang  dipublikasikan  oleh  Indonesia Biofuels  Annual  Report  pada  tahun  2022  seperti  yang ditampilkan pada Tabel 2.
Dari  hasil  perhitungan,  didapatkan  proyeksi  kebutuhan etanol di  Indonesia pada tahun 2027 adalah  111.167.335 L. Sehingga  dengan  produksi  30.000.000  L  akan  memenuhi kebutuhan nasional sebesar ±27%.

## C. Pemilihan Lokasi Pendirian Pabrik
Pemilihan  lokasi  pabrik  merupakan  hal  yang  cukup penting  yang  perlu  dipertimbangkan  pada  perancangan sebuah pabrik.
Hal  tersebut  dikarenakan  penentuan  lokasi  akan mempengaruhi  risiko  serta  keuntungan  dari  perusahaan. Lokasi pabrik juga akan mempengaruhi distribusi bahan baku maupun  hasil  produksi  dari  pabrik  sehingga  akan mempengaruhi  perhitungan  transportasi  dari  kedua  hal tersebut yang kemudian akan mempengaruhi biaya produksi dan harga jual dari produk.
Alasan  lain  yang  menyebabkan  penentuan  lokasi  pabrik cukup  krusial  yaitu  lokasi  yang  terpilih  harus  dapat memberikan kemungkinan perluasan atau perbesaran pabrik dan  memberikan  kesejahteraan  bagi  perusahaan  maupun warga  sekitar  dalam  jangka  panjang.  Konsiderasi  yang digunakan  dalam  basis  pemilihan  lokasi  pendirian  pabrik adalah sebagai berikut :
1. Sumber tenaga kerja
2. Utilitas
3. Harga tanah dan gedung
4. Kondisi geografis wilayah
5. Kemungkinan perluasan wilayah
6. Hukum dan peraturan
7. Ketersediaan bahan baku
8. Aksesibilitas dan fasilitas transportasi.
Adapun rencana pendirian pabrik bioetanol berbahan dasar ampas  tebu  ini  memiliki  2  opsi  lokasi,  Jawa  Timur  serta Lampung. Hal ini disebabkan 2 provinsi tersebut merupakan 2  provinsi  penghasil  gula  terbesar  di  Indonesia,  sehingga dapat  dipastikan  terkait  ketersediaan  bahan  bakunya  (poin No. 7).
Berdasarkan parameter yang ditentukan, hasil seleksi yang dilakukan menggunakan aplikasi Expert Choice memberikan nilai yang lebih tinggi untuk provinsi Jawa Timur. Sehingga berdasarkan  hal  tersebut  provinsi  Jawa  Timur  ditetapkan dalam lokasi pembangunan pabrik bioetanol dari ampas tebu ini. Lebih tepatnya pada Kecamatan Kras, Kabupaten Kediri.

## IV. URAIAN PROSES TERPILIH
Proses  produksi  bioetanol  berbahan  dasar bagasse terdiri atas  tiga  unit  proses  utama.  Unit  pertama  adalah  unit pre- treatment yang  berfungsi  untuk  mereduksi  ukuran  bahan baku  dan  mendegradasi  lignin  agar  terpisah  dari lignoselulosa.  Kemudian  unit  fermentasi  yang  bertujuan untuk melakukan fermentasi pada gula untuk menjadi etanol. Serta  unit  purifikasi  untuk  memisahkan  bioetanol  dari  zat pengotor  agar  diperoleh  produk  bioetanol fuel  grade sesuai dengan SNI.
A. Pre-Treatment (Area 1)
Pertama, Bahan baku baggase dibawa dengan truk menuju pabrik  pembuatan  bioetanol.  Kondisi  ukuran  dari  baggasse memiliki dimensi panjangnya 200 – 300 cm lebarnya 1,5 – 3 cm  dengan  massa  jenis  1,3  kg/L  disimpan  di  dalam feed storage (F-100)  [7].  Selanjutnya,  baggase  akan  dicuci  di washed  belt  conveyor (J-101)  untuk  menghilangkan  zat pengotor, kemudian dialirkan ke disc attrition  mill (C-101). Disk attrition mill berfungsi untuk mereduksi ukuran baggase menjadi ± 10  mm.  Tujuan  dari  reduksi  ukuran  ini,  yakni mengurangi derajat polimerasasi dan meningkatan kecernaan dari biomassa lignoselulosa [7]. serta meningkatkan konversi gula  dalam  hidrolisis  serta  etanol  dalam  fermentasi  [8]. Kemudian bagasse dialirkan  menuju screener (H-101) menggunakan belt  conveyor (J-102)  untuk  disaring  antara ukuran  yang  sesuai  dengan  ukuran  dan oversize. Untuk ukuran  yang  masih oversize dialirkan  kembali  menuju disk attrition  mill agar  ukurannya  sesuai  menggunakan bucket elevator (J-103).  Selanjutnya,  bagasse  yang  telah  direduksi ukurannya  akan  dibawa  menuju  hopper  untuk  ditampung kemudian  dipompa  menuju pretreatment  tank reactor (R- 110)  menggunakan  pompa pneumatic (P-110).Setelah melewati  proses feed  handling, bagasse  akan  dialirkan menuju pre-treatment tank (R-110)  menggunakan belt conveyor (J-112). Pre-treatment dilakukan dengan menggunakan  asam  kuat  yakni  H 2 SO 4 yang  diencerkan hingga  2%  v/v  Selanjutnya  larutan  asam  dipompa  menuju pre-treatment tank (R-210).  Kondisi  operasi  pada pre- treatment tank (R-210) diatur pada suhu 110 o C dan memiliki waktu tinggal selama 15 menit serta pada tekanan 5 atm [9]. Selama proses pre-treatment , larutan asam akan melarutkan hampir  keseluruhan  dari  hemiselulosa  menjadi  komponen gula  serta  melarutkan  sebagian  lignin  menjadi black  liquor dengan konversi sekitar 5%, reaksi yang terjadi pada proses pre-treatment dapat dilihat pada Tabel 3.
Setelah  proses pre-treatment ,  larutan  dialirkan  menuju valve (K-101)  untuk  diturunkan  tekannnya  hingga  1,5  atm. Penurunan ini akan menguapkan Sebagian larutan sehingga perlu dihilangkan, penghilangan dilakukan menuju lingkungan  karena  mayoritas  komponennya  adalah  air
Tabel 98. Kebutuhan Air Pendingin Nama Alat Kode Alat Massa (kg/jam) Slurry Cooler E-111 2068,41 Mixing Tank Cooler E-133 336,94 Fermentation Tank SSCF R-210 198,87 Partial Condensor E-322 26392,46 Bioetanol Condensor E-323 1343,00 Total 30339,68 Tabel 109.
Analisis Ekonomi
Analisis Ekonomi Unit Junlah CAPEX Rupiah 383.260.056.805 OPEX Rupiah 261.993.319.888 Net Present Value Rupiah 341.199.159.144 Internal Rate of Return % 18,83 Payout Time Tahun 5 Break Even Point %produksi 39,73
sehingga dirasa aman untuk dilepas. Pelepasan uap dilakukan pada tangki blowdown (V-112).
Kemudian  aliran  bawah  yang  berisikan  komponen  liquid dan  solid  ( hydrolized  solid/liquid )  dan  dialirkan  menuju centrifugal  separator (H-111)  untuk  dipisahkan  antara padatan  dengan  cairan.  Cairan yang  tidak  ikut  tersaring kemudian  akan  didinginkan  pada  cooler  (E-111)  hingga bersuhu 50 o C agar sesuai dengan proses selanjutnya.
Cairan  hasil  proses  pre-treatment  selanjutnya  akan dialirkan menuju proses kapurisasi ( overliming ) pada reaktor (R  –  120).  Pada  proses overliming ,  Ca(OH) 2 ditambahkan pada  tangki  untuk  meningkatkan  pH  menjadi  10  dengan waktu  tinggal  15  menit  sehingga  akan  terjadi  reaksi overliming .  Kemudian  larutan  tersebut  dipompa  menuju tangki (T-130) untuk proses pengasaman dengan menambahkan asam sulfat encer hingga memiliki pH sekitar 4.5.  Pengasaman  ini  dilakukan  dengan  tujuan  untuk menyesuaikan dengan kondisi optimum pada proses SSCF.
Waktu  tinggal  dari  proses  reasidifikasi  juga  dilakukan selama 15 menit . Proses kapurisasi dan pengasaman ini akan membentuk  produk  samping  yaitu  gypsum,  yang kemudian dialirkan  menuju  separator  sentrifugal  (H-132)  untuk menghilangkan ± 99.5% dari padatan gipsum yang terbentuk. Kemudian  larutan  hasil  filtrasi  dipompa  menuju cooler (E- 133)  untuk  diturunkan  suhunya  menjadi ± 40 o C  agar  sesuai dengan  kondisi  fermentasi  nantinya,  kemudian  dialirkan menuju tangki pencampuran (T-140) yang akan dicampurkan dengan  padatan  yang  terbentuk  dari  hasil  pre-treatment ( hydrolized  solid )  untuk  melakukan  proses  selanjutnya (SSCF)

## B. Fermentasi (Area 2)
Pada proses fermentasi dilakukan dengan teknologi proses SSCF  ( simultaneous  sacharification  &  co-fermentation ) dimana  tahap  hidrolisis  dan  fermentasi  dilakukan  secara simultan  dalam  satu  reaktor.  Proses  fermentasi  dilakukan dalam kondisi anaerob dalam tangki fermentasi (R-210) yang dilengkapi pengaduk dan koil pendingin untuk menjaga suhu fermentasi tetap pada suhu optimal terjadinya sakarifikasi dan fermentasi  yakni  40 o C,  hal  ini  disebabkan  karena  reaksi dalam  Tangki  Fermentasi  (R-210)  bersifat  eksotermis  atau menghasilkan panas.
Sebelum  dilakukan  proses  fermentasi,  perlu  disiapkan terlebih  dahulu  preparasi  dari  mikroogranisme  agar sakarifikasi  dan  fermentasi  dapat  bekerja  secara  optimal. Fermentor  pada  proses  produksi  ini  adalah  yeast Saccharomyces cerevisae TMB3400 yang dipersiapkan pada tangki  starter  (T-211)  yang  terdiri  atas  DAP  ( Diammonium phospate ) broth dan nutrient MgSO 4 . Proses inokulasi yeast berlangsung pada suhu 30 o C selama 12 jam. Selain itu perlu juga  disiapkan  enzim  selulase  sebagai  hidrolisator  dari selulosa,  yang  diproduksi  menggunakan  yeast Trichoderma reesei .  Proses  inokulasi  dari  hidrolisator  tidak  memerlukan nutrien  khusus  karena  yeast T.reesei sendiri  dapat berkembang dengan nutrien selulosa yang merupakan bahan baku masukan pada tangki fermentasi.
Proses  hidrolisis  atau  sakarifikasi  akan  terjadi  dengan bantuan  enzim  selulase.  Enzim  selulase  merupakan kumpulan  enzim  yang  terdiri  dari:  endoglucanase, eksoglukanase, dan β-glukosidase. Enzim tersebut diproduksi oleh yeast T.reesei yang telah dipersiapkan sebelumnya. Pada
proses  sakarifikasi,  kandungan  glukan  yang  terdapat  pada selulosa  akan  tersintesis  menjadi  glukosa  yang  dapat difermentasi oleh mikroba fermentor.
Kemudian  untuk  proses  fermentasi,  digunakan  bakteri Zymmonnas mobilis rekombinan sebagai biokaltalis. Bakteri tersebut  akan  memfermentasikan  komponen  glukosa  serta xilosa  untuk  menghasilkan  etanol.  Proses  sakarifikasi  dan fermentasi  ini  membutuhkan  waktu  selama  72  jam  yang terdiri dari 36 jam waktu untuk proses sakarifikasi dan 36 jam waktu  untuk  proses  fermentasi.  Reaksi  yang  terjadi  beserta dengan  fraksi  konversi  terhadap  proses  sakarifikasi  dan fermentasi  dapat  dilihat  seperti  pada  Tabel  4,  Tabel  5,  dan Tabel 6.
Pada  akhir  dari  proses  fermentasi,  hasil  karbon  dioksida yang  terbentuk  akan  dikeluarkan  menggunakan  valve  yang tersedia, secara bersamaan juga ditambahkan kapur (CaOH 2 ) untuk  menetralisir  kadar  asam  yang  masih  tersisa  pada reaktor fermentasi.

## C. Purifikasi (Area 3)
Proses  purifikasi  memiliki  tujuan  untuk  memisahkan bioetanol  dari  pengotor  lainnya  sehingga  terbentuk  produk akhir bioetanol dengan kemurnian tinggi, yaitu 99,5%v/v atau Ethanol  Fuel  Grade (EFG).  Proses  purifikasi  terdiri  atas  2 proses  pemurian  :  pemurnian  menggunakan  distilasi  dan pemurnian  menggunakan  dehidrasi. Output  stream dari Tangki  Fermentasi  (R-210)  dipompa  dengan centrifugal slurry  pump (L-211)  menuju centrifugal  separator (H-211) untuk  memisahkan  padatan-padatan  yang  terbawa  bersama bioetanol.  Setelah  dipisahkan, cake yang  berupa yeast  mud dan  padatan  lain  akan dialirkan  keluar  menuju  pengolahan limbah padat, sedangkan filtratnya akan dipompa menggunakan  pompa  (L-212)  menuju pre-heater untuk dipanaskan hingga bersuhu 70 o C.
Kemudian  campuran  air-etanol  akan  dialirkan  menuju distilasi  (D-320)  untuk  dilakukan  pemurnian  lebih  lanjut. Kolom distilasi (D-320) memiliki 11 tray dengan feed masuk pada  tray  ke-5.  Kemurnian  etanol  yang  dihasilkan  melalui proses distilasi ini adalah 81,2% w/w etanol pada produk atas dan  produk  bawah  dengan  komposisi  0.063%  w/w  etanol. Untuk memenuhi spesifikasi tersebut, refluks pada kondensor diatur  agar  memiliki  perbandingan  5,3  :  1.  Kondisi  operasi pada kolom distilasi adalah 95,4 o C dan 1,3 atm pada produk overhead ,  dan  108,8 o C  dan  1.35  atm  pada bottom produk. Keluaran  distilat  dikondensasi  pada  kondensor  parsial  (E- 322)  untuk  merubah  fasa  vapor  menjadi  cairan  dan  fasa vapor.
Akan tetapi, produk atas keluaran distilasi (D-320) belum memenuhi syarat etanol yang digunakan sebagai biofuel yaitu harus  memiliki  tingkat  kemurnian  minimal  99,5%  sesuai dengan  SNI  7390-2008.  Oleh  karena  itu,  diperlukan  proses peningkatan  kemurnian  etanol  lebih  lanjut  melalui  proses dehidrasi  menggunakan molecular  sieves .  Proses  dehidrasi dilakukan dengan menggunakan 2 kolom adsorpsi yaitu (D- 321A/B).  Pada  kolom  adsorpsi,  campuran  etanol  masukan akan diserap kandungan airnya  sehingga akan menghasilkan produk etanol dengan komposisi 99.5% v/v.
Adsorpsi  melibatkan  dua  fase,  yaitu  fase  pemuatan (adsorbsi)  dan  fase  pelepasan  (desorpsi). Molecular  sieves yang  digunakan  memiliki  diameter  4  A˚,  sehingga  akan mampu memisahkan molekul air dan etanol yang berukuran
2,5 A˚ dan 4 A˚ dari molekul etanol yang berukuran 4,4 A˚. Proses adsorpsi ini akan berlangsung pada suhu 81,07 o C dan tekanan  atmosferik.  Kemudian molecular  sieves yang  telah mengandung banyak air akan diregenerasi untuk dipisahkan kandungan airnya  menggunakan  udara  kering  sehingga molecular sieves dapat digunakan lagi untuk proses adsorpsi. Hasil dari proses dehidrasi menggunakan molecular sieves ini adalah  produk Bioetanol  Fuel  Grade yang  kemudian  akan dilakukan  pendinginan  menggunakan  kondensor cooler (E- 323)  untuk  kemudian  disimpan  di  tangki  penyimpanan bioetanol (F-410) pada suhu ruang.

## V. NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

## A. Neraca Massa
Hasil  analisa  neraca  massa  pada  pabrik  ini  ditampilkan sesuai pada Tabel 7.

## B. Neraca Energi
Pabrik bioetanol ini membutuhkan steam sebagai pemanas, air dan listrik. Diperlukan steam dengan jenis ( low pressure steam )  sebanyak  14,366  ton/jam  sesuai  pada  Tabel  8.  Air yang  digunakan  sebagai  pendingin  serta  proses  dibutuhkan sebanyak 30,34 ton/jam seperti yang ditunjukkan pada Tabel 9. Serta listrik  berfungsi  untuk mengoperasikan unit pompa dan beberapa alat lainnya dengan daya yang dibutuhkan 1,73 MW/hari.

## VI. ANALISA EKONOMI
Analisis  ekonomi  merupakan  hal  yang  penting  dalam meninjau  kelayakan  pendirian  dan  perancangan  pra  desain pabrik.  Beberapa  faktor  yang  perlu  dianalisa  dalam menentukan  kelayakan  berdirinya  pabrik  bioetanol  dari bagasse ini diantaranya adalah Net Present Value (NPV), laju pengembalian  modal  ( Internal  Rate  of  Return /IRR),  waktu pengembalian  modal  minimum  ( Pay  Out  Time /POT),  dan juga titik impas ( Break Event Point /BEP). Untuk mengetahui nilai  dari  faktor-faktor  tersebut,  terlebih  dahulu  perlu diketahui nilai Capital Expenditure (CAPEX) dan Operating Expense (OPEX).
A. Capital Expenditure (CAPEX) dan Operating Expense (OPEX)
Capital expenditure atau pengeluaran modal adalah biaya- biaya yang dikeluarkan dalam rangka memperoleh aset tetap, meningkatkan  efisiensi  operasional  dan  kapasitas  produktif aset tetap, serta memperpanjang masa manfaat aset tetap.
Sementara Operating  expense atau  biaya  operasi  adalah pengeluaran  yang  biasa  dilakukan  oleh  sebuah  perusahaan saat memenuhi kebutuhan operasional.
B. Net Present Value (NPV)
Net  present  value merupakan selisih  antara nilai  arus kas masuk dan nilai arus kas keluar pada sebuah periode waktu. NPV  digunakan  pada  saat  menghitung  modal  untuk menganalisis potensi keuntungan dari sebuah proyek maupun investasi  yang  akan  dilakukan.  Nilai  NPV  yang  positif menyatakan bahwa proyeksi pendapatan pabrik kedepannya akan  meraup  keuntungan,  sebaliknya  apabila  nilai  NPV negative menandakan kerugian.
C. Laju Pengembalian Modal (Internal Rate of
Return/IRR)
Internal  rate  of  return berdasarkan  metode discounted cash flow adalah suatu tingkat bunga tertentu dimana seluruh penerimaan akan tepat menutup seluruh jumlah pengeluaran modal.

## D. Waktu Pengembalian Modal Minimum (Pay Out Time/POT)
Minimum  pay  out  time adalah  waktu  yang  dibutuhkan untuk  mengembalikan  modal  suatu  pabrik  yang  dapat dihitung dari modal dibagi laba dan depresiasi.

## E. Titik Impas (Break Event Point/BEP)
Analisa titik impas digunakan untuk mengetahui besarnya kapasitas produksi dimana biaya produksi total sama dengan hasil penjualan. Biaya tetap (FC), Biaya variabel (VC), biaya semi  variabel  (SVC)  dan  biaya  total  tidak  dipengaruhi  oleh kapasitas produksi.

## KESIMPULAN
Pabrik  bioetanol dari  ampas tebu ( bagasse ) direncanakan untuk  didirikan pada tahun 2025 dengan kapasitas produksi sebesar  30.000  kL/tahun.  Pabrik  tersebut  akan  berlokasi  di Provinsi  Jawa  Timur,  tepatnya  pada  Kecamatan  Kras, Kabupaten Kediri. Proses produksi  bioetanol  ini terdiri  dari tiga unit proses. Unit pertama ialah pre-treatment , berfungsi untuk mereduksi ukuran bahan baku dan mendegradasi lignin agar terpisah dari  struktur lignoselulosanya, pada proses ini digunakan pre-treatment asam  yang  menggunakan  H 2 SO 4 2,5%. Kemudian unit kedua ialah fermentasi, bertujuan untuk memproduksi  bioetanol.  Proses  fermentasi  menggunakan metode SSCF ( Simultaneous Saccharification Fermentation ) dengan T.reesei sebagai hidrolisator dan S.cerevisae sebagai fermentor. Serta unit ketiga, yakni unit purifikasi yang terdiri dari  proses  distilasi  dan  dehidrasi,  untuk  memisahkan bioetanol  dari  berbagai  komponen  agar  menjadi  etanol fuel grade sesuai  dengan  standar  SNI.  Proses  ini  menghasilkan etanol fuel grade dengan kemurnian sebesar 99,5% volume. Berdasarkan  perhitungan  analisis  ekonomi,  dapat  diketahui bahwa: NPV ( Net Present Value ) sebesar Rp170.974.460.010 ;  IRR  ( Internal  Rate  of  Return )  sebesar  19,72%; POT ( Pay Out  Time )  selama  5  tahun;  dan  BEP  ( Break  Even  Point ) sebesar  39,73%  kapasitas  total  (Tabel  10).  Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  pabrik  bioetanol  dari  Bagasse  layak untuk didirikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  L.  Arlianti,  “Bioetanol  sebagai  sumber  green  energy  alternatif  yang potensial di Indonesia,” J. Keilmuan dan Apl. Tek. UNISTEK , vol. 5, no. 1, pp. 16–22, 2018.
[2]  A.  Mohsenzadeh,  A.  Zamani,  and  M.  J.  Taherzadeh,  “Bioethylene production from ethanol: A review and techno-economical evaluation,” ChemBioEng  Rev. ,  vol.  4,  no.  2,  pp.  75–91,  2017,  doi: 10.1002/cben.201600025.
[3]  D. P. Singh, R. K. Trivedi, and others, “Acid and alkaline pretreatment of  lignocellulosic  biomass  to  produce  ethanol  as  biofuel,” Int.  J. ChemTech Res. , vol. 5, no. 2, pp. 727–734, 2013.
[4]  M. Jędrzejczyk, E. Soszka, M. Czapnik, A. M. Ruppert, and J. Grams, “Physical  and  chemical  pretreatment  of  lignocellulosic  biomass,”  in Second and Third Generation of Feedstocks , Elsevier, 2019, pp. 143– 196. doi: 10.1016/B978-0-12-815162-4.00006-9.
[5]  M.  A.  Kamzon,  S.  Abderafi,  and  T.  Bounahmidi,  “Promising bioethanol  processes  for  developing  a  biorefinery  in  the  Moroccan
sugar industry,” Int. J. Hydrogen Energy , vol. 41, no. 45, pp. 20880– 20896, 2016, doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.07.035.
[6]  Y. Sudiyani, S. Aiman, and D. Mansur, Perkembangan Bioetanol G2: Teknologi dan Perspektif , 1st ed. Jakarta: LIPI Press, 2019.
[7]  V. G. Gupta, M. Tuohy, C. P. Kubicek, J. Saddler, and F. Xu, Bioenergy
Research:  Advances  and  Applications ,  1st  ed.  United  Kingdom: Elsevier, 2013.
[8]  Y. Yang, M. Zhang, J. Zhao, and D. Wang, “Effects of particle size on
biomass  pretreatment  and  hydrolysis  performances  in  bioethanol conversion,” Biomass Convers. Biorefinery , 2022, doi: 10.1007/s13399-021-02169-3.
[9]  P.  Alvira,  E.  Tomás-Pejó,  M.  Ballesteros,  and  M.  J.  Negro, “Pretreatment  technologies  for  an  efficient  bioethanol  production process  based  on  enzymatic  hydrolysis:  A  review,” Bioresour. Technol. ,  vol.  101,  no.  13,  pp.  4851–4861,  2010,  doi: 10.1016/j.biortech.2009.11.093.