Abstrak—Kebutuhan  energi  terus  meningkat  mengikuti pertumbuhan  ekonomi,  penduduk,  harga energi,  dan kebijakan pemerintah untuk memenuhi kebutuhan di berbagai sektor.  Berdasarkan  data  BPPT  Outlook  Energi  2020, konsumsi  energi masih  didominasi oleh  Bahan  Bakar MInyak (BBM).  Oleh  karena  kebutuhan  BBM  yang  terus  meningkat namun  produksinya  semakin  menurun,  maka  dari  itu diperlukan  energi  alternatif  untuk  memenuhi  kebutuhan energi.  Hal  tersebut  menjadi  perhatian  banyak  negara  dalam pembuatan  bahan  bakar  nabati  (BBN),  yang  salah  satunya adalah  bioetanol.  Bioetanol  yang  diproduksi  berasal  dari tandan  kosong  kelapa  sawit  (TKKS),  yang  merupakan  biofuel generasi  kedua.  Proses  produksi  bioetanol  ini  terdiri  dari  tiga unit  proses,  yakni:  proses  pre-treatment  menggunakan  NaOH 3%, proses fermentasi menggunakan metode SSCF (simultaneous saccharification fermentation) dan co-fermentor dan  proses  separasi  yang  teridiri  dari  proses  distilasi  dan dehidrasi. Produk yang dihasilkan ialah etanol fuel-grade yang dapat  digunakan  sebagai  campuran  BBM.  Pabrik  ini direncanakan  beroperasi  pada  tahun  2023  dengan  kapasitas produksi  sebesar  25.000  kL/tahun.  Untuk  mendirikan  pabrik ini,  diperlukan  Capex  (Capital  Expenditure)  sebesar  Rp 234.270.284.638 dan Opex (Operating Expenditure) sebesar Rp 139.292.286.577.  Selain  itu,  berdasarkan  perhitungan  analisis ekonomi,  dapat  diketahui  bahwa:  NPV  (Net  Present  Value) sebesar  Rp  59.485.205.077;  IRR  (Internal  Rate  of  Return) sebesar 21,81%; POT (Pay Out Time) selama 4,85 tahun; dan BEP (Break Even Point) sebesar 48,25% kapasitas total.
Kata Kunci — Energi, Bioetanol, Etanol Fuel-Grade.

## I. PENDAHULUAN
ERDASARKAN BPPT Outlook Energi 2020,
kebutuhan energi terus meningkat mengikuti pertumbuhan  ekonomi,  penduduk,  harga  energi,  dan kebijakan  pemerintah  untuk  memenuhi  kebutuhan  di berbagai sektor. Pada tahun 2018 total konsumsi energi final sebesar  875  juta  SBM  (Setara  Barel  Minyak)  dan mengalami  peningkatan  sebesar  76,46%  pada  tahun  2030 menjadi 1.544 juta SBM. Konsumsi energi final berdasarkan jenisnya  masih  didominasi  oleh  BBM  (bensin,  minyak tanah, minyak bakar, avtur, avgas, minyak solar, dan minyak diesel), yakni sebesar 39%.
Sementara itu, produksi minyak bumi diprediksikan akan menurun  sekitar  5%  per  tahun  dari  292,4  juta  barel  pada tahun  2017  menjadi  133,33  juta  barel  pada  tahun  2030 karena sumur yang sudah tua dan sumber daya yang terletak di  daerah  frontier.  Demikian  juga  ekspor  minyak  bumi diperkirakan akan menurun dari 102,7 juta barel pada tahun 2017 dan berakhir pada tahun 2035. Sehingga menyebabkan net impor minyak meningkat dari 79,2 juta barel pada tahun 2017 menjadi 600 juta barel pada tahun 2030.
Dikarenakan  kebutuhan  BBM  yang  terus  meningkat namun  produksinya  semakin  menurun,  maka  untuk memenuhi  kebutuhan  masyarakat,  transportasi,  dan  industri
diperlukan  energi  alternatif.  Oleh  karena  itu,  dibuat kebijakan  pengembangan  Energi  Baru  Terbarukan  (EBT) yang  tertuang  pada  Perpres  No.  5  Tahun  2006  tentang pengembangan  BBN,  termasuk  bioetanol.  Bioetanol (C 2 H 5 OH  atau  sering  ditulis  EtOH)  diproduksi  dari biomassa yang mengandung gula, pati, dan selulosa [1].
Sebagai  bahan  bakar,  bioetanol  memiliki  beberapa kelebihan  dibandingkan  bahan  bakar  minyak  (BBM). Pertama,  bahan  bakar  ini  memiliki  bilangan  oktan  yang lebih  tinggi  (106-  110)  daripada  bensin  (91-96)  sehingga dapat  digunakan  sebagai  campuran  untuk  meningkatkan performa  bensin.  Kedua,  penggunaan  bioetanol  akan meningkatkan  efisiensi  pembakaran  dan  mengurangi  emisi polutan ber upa oksida nitrogen dan sulfur karena memiliki kadar oksigen yang lebih tinggi (34%) dan kadar sulfur yang jauh lebih rendah (0%) dibandingkan bensin  [2]. Selain itu, emisi  hidrokarbon  lebih  sedikit  sehingga  lebih  ramah lingkungan [1].
Bioetanol dapat diproduksi dari bahan pangan seperti gula (tebu,  molasses)  atau  pati  (jagung,  singkong)  yang  disebut sebagai  biofuel  generasi  pertama.  Namun  konversi  bahan pangan menjadi biofuel tersebut memicu kontroversi karena bersaing  dengan  kebutuhan  pangan  global.  Oleh  karena  itu

## Pra Desain Pabrik Bioetanol dari Tandan Kosong Kelapa Sawit
Maulidah Haniati, Alifah Nur Aini Fajrin, Rizky Tetrisyanda, dan Kuswandi Kuswandi Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : alifahfjrn@gmail.com
B
Tabel 1. Komponen TKKS Komponen Persentase (%) Hemiselulosa 28-33 Selulosa 50-60 Lignin 15-17 Tabel 2. Analisa Proximate dan Ultimate TKKS Analisa proximate Analisa ultimate (% berat) Komponen Persentase (% berat) Komponen Persentase (% berat) Moisture 2,44 C 48,48 Volatile 73,63 H 7,14 Karbon tetap 18,67 N 0,64 Abu 5,26 O 43,74
Gambar 1. Struktur Molekul Etanol.
dikembangkan  biofuel  generasi  kedua  yang  berasal  dari bahan  non  pangan,  yaitu  memanfaatkan  biomassa  padat pertanian  dan  kehutanan  serta  limbah  padatnya  yang mengandung  lignoselulosa.  Biomassa  tersebut  antara  lain seperti: jerami, gandum, tongkol jagung, dan tandan kosong kelapa sawit [3].
Maka  dari  itu,  dengan  adanya  peningkatan  konsumsi BBM  di  berbagai  sektor  yang  dapat  menyebabkan  defisit energi  di  masa  depan  serta  ketersediaan  TKKS  yang melimpah,  terdapat  peluang  pembangunan  pabrik  bioetanol di Indonesia. Dilatarbelakangi hal tersebut, maka disusunlah pra  desain  pabrik  berjudul  “Pabrik  Bioetanol  dari  Tandan Kosong Kelapa Sawit”.

## II. DATA DASAR PERANCANGAN
A. Ketersediaan dan Kualitas Bahan Baku dan Produk
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan limbah pabrik  kelapa  sawit  yang  berasal  dari  Tandan  Buah  Segar (TBS)  kelapa  sawit  dan Crude  Palm  Oil (CPO)  merupakan hasil  utama  dari  industri  tersebut.  Setiap  ton  TBS  akan menghasilkan sebanyak 0,225 ton CPO dan 0,215 ton TKKS [4].  Maka  dapat  disimpulkan  bahwa  jumlah  TKKS  adalah 5,56% dari jumlah CPO yang diproduksi. Berdasarkan Data Statistik  Perkebunan  Indonesia  melalui  Direktorat  Jendral perkebunan  pada  tahun  2019,  dilaporkan  bahwa  produksi CPO  di  Indonesia  semakin  meningkat  setiap  tahunnya  dan diestimasikan  pada  2020  produksi  CPO  dapat  mencapai 49,12  juta  ton.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  terdapat 47,13  juta  ton  limbah  TKKS  yang  belum  dimanfaatkan  di Indonesia.
Beberapa  alternatif  pemanfaatan  TKKS  telah  ditawarkan
di antaranya adalah sebagai mulsa, bahan baku kompos, dan bahan baku pakan ternak. Namun, dalam prosesnya terdapat kendala seperti dibutuhkan lahan yang luas serta waktu yang lama. Maka dari itu, jumlah TKKS yang cukup melimpah di Indonesia  dan  belum  dimanfaatkan  dengan  maksimal  dapat digunakan  sebagai  bahan  baku  dalam  proses  produksi bioetanol  G2.  Tabel  1  menunjukkan  komponen  yang  ada dalam  TKKS  dan  Tabel  2  menunjukkan  analisa  proximate dan ultimate dari TKKS [5-6].
Selain TKKS sebagai bahan baku utama, diperlukan juga beberapa bahan baku penunjang lainnya, di antaranya adalah NaOH  3%  yang  digunakan  dalam  proses pre-treatment alkali untuk menghilangkan kandungan lignin dalam TKKS. Dibutuhkan  pula  biakan  mikroorganisme  atau yeast  culture yang  terdiri  dari  mikroorganisme  fermentasi  glukosa ( Saccharomyces cerevisiae (ATCC 24858)), mikroorganisme fermentasi pentosa ( Scheffersomyces stipitis (ATCC  5837TM)),  dan  juga  medium yeast ATCC Medium  200:  YM  broth  yang  terdiri  dari yeast  extract , glukosa,  dan  peptone.  Kemudian  untuk  proses  hidrolisa, dibutuhkan enzim hidrolisis yang terdiri dari enzim selulosa (celluclast  1.5  L)  dan  hemiselulosa  (Xylanase  Trichoderma asperellum  USM  SD4).  Antifoam  juga  dibutuhkan  untuk menghilangkan  busa  yang  terbentuk  saat  proses  fermentasi berlangsung  dimana  digunakan Turkey  Red  Oil sebagai antifoam.  Saat  proses  fermentasi  juga  dibutuhkan  H 2 SO 4 untuk menciptakan suasana asam yang sesuai untuk aktivitas mikroorganisme  fermentasi.  H 2 SO 4 yang  digunakan  adalah H 2 SO 4 98% yang kemudian diencerkan untuk memenuhi pH yang  dibutuhkan  pada  proses  fermentasi.  Kemudian  untuk menetralkan  kembali  keluaran  hasil  fermentasi,  digunakan NH 4 OH sebagai buffer agar suasana asam dapat dinetralisir kembali.
Bioetanol  merupakan  salah  satu  bahan  bakar  terbarukan yang  saat  ini  sudah  dimanfaatkan  di  berbagai  negara,
Tabel 3. Sifat Fisik Etanol Parameter Nilai Berat molekul 46,07 g/gmol Titik lebur -112˚C Titik didih 78,4˚C Densitas 0,7893 gr/mL Indeks bias 1,361 cP Viskositas (20˚C) 1,17 cP Panas penguapan 200,6 kal/g Tabel 4. Standar Nasional Indonesia Kualitas Bioetanol Parameter Unit, Min/Max Spesifikasi Kadar Etanol %-v, min 99,5 (Sebelum denaturasi) 94,0 (Setelah denaturasi) 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 (CH 3 COOH) 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 2. Lokasi Kawasan Industri Dumai, Riau.
Tandan Kosong Kelapa Sawit Pre-Treatment Fermentasi Separasi
Distilasi Dehidrasi Bioetanol NaOH 3% Starter CO 2 NH 4 OH I II III Yeast mud Black Liquor H 2 O Antifoam H 2 SO 4 Asam Asetat, Gliserol, H 2 O H 2 O
Gambar  3.  Diagram  Balok  Proses  Produksi  Bioetanol  dari  Tandan Kosong Kelapa Sawit.
termasuk Indonesia, untuk mengurangi ketergantungan pada sumber  energy  fosil,  terutama  bahan bakar minyak  (BBM). Lebih  dari  30  negara  telah  menggunakan  etanol  sebagai bahan  pencampur  BBM,  mulai  dari  campuran  5%  sampai 25% atau lebih [2]. Tidak ada perbedaan antara etanol biasa dengan  bioetanol  yang  membedakannya  hanyalah  bahan baku pembuatan dan proses pembuatannya.
Etanol  adalah  sejenis  cairan  yang  mudah  menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling  sering  digunakan  dalam  kehidupan  sehari-  hari. Etanol  termasuk  ke  dalam  alkohol  rantai  tunggal  dengan rumus  kimia  C 2 H 5 OH  dan  rumus  empiris  C 2 H 6 O.  Ia merupakan  isomer  konstitusional  dari  dimetil  eter  seperti yang ditunjukkan Gambar 1 [7].
Etanol  juga  dibagi  menjadi  dua  kelompok  yaitu  etanol dengan  kemurnian  95-96%  yang  disebut  dengan  “etanol berhidrat” terdiri dari: technical/raw spirit grade (digunakan untuk  bahan  bakar  spiritus,  minuman,  desinfektan,  dan pelarut); industrial  grade (digunakan  untuk  bahan  baku industri  dan  pelarut);  dan potable  grade (untuk  minuman berkualitas  tinggi).  Serta  etanol  dengan  kemurnian  >99,5% yang,  digunakan  untuk  bahan  bakar.  Jika  dimurnikan  lebih lanjut dapat digunakan untuk keperluan farmasi dan pelarut di  laboratorium  analisis.  Etanol  ini  disebut  dengan  dengan Fuel  Grade  Ethanol (FGE)  atau anhydrous  ethanol (etanol kering), yakni etanol yang bebas air atau hanya mengandung air  dalam  jumlah  minimal  [8].  Sifat  fisik  etanol  terdapat pada  Tabel  3  serta  untuk  kualitas  bioetanol  berdasarkan standar  nasional  Indonesia  SNI  7390-2008  terdapat  pada Tabel 4 [9].

## B. Penentuan Kapasitas
Sebelum  mendirikan  sebuah  pabrik  diperlukan  analisa pasar penetuan kapasitas pabrik, sehingga dapat menentukan penggunaan  alat,  neraca  massa,  neraca  energi,  dan  hal  lain yang  berkaitan.  Penentuan  kapasitas  produksi  pabrik Bioetanol dari TKKS yang akan beroperasi pada tahun 2023 didasarkan  pada  kebutuhan pasar  dari  data  Supply-Demand Bioetanol  menurut  Indonesia Biofuels  Annual  Report 2019 yang disajikan dalam Tabel 5.
Data  produksi,  konsumsi,  ekspor,  dan  impor  bioetanol pada  Tabel  5  kemudian  diolah  untuk  mengetahui  laju produksi,  konsumsi,  ekspor,  dan  impor  untuk  mengetahui estimasi kebutuhan bioetanol pada tahun 2023. Berdasarkan
perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh kapasitas pabrik sebesar 25.000 kL per tahun.

## C. Lokasi dan Ketersediaan Utilitas
Keberhasilan  suatu  pabrik  dipengaruhi  oleh  beberapa faktor,  khususnya  letak  geografis  suatu  pabrik  yang  akan didirikan.  Oleh  sebab  itu,  sangat  penting  dilakukan  suatu perencanaan  dalam  menentukan  lokasi  pabrik.  Lokasi pendirian  pabrik  yang  tepat  dengan  bahan  baku  semurah mungkin  dan  fasilitas  penunjang  lainnya  yang  memadai dapat  memperoleh  keuntungan  dalam  jangka  panjang  baik untuk perusahaan maupun kesejahteraan warga sekitar. Pada pemilihan  lokasi  pendirian  pabrik  bioetanol  tersebut,  telah dilakukan pertimbangan yang diantaranya sebagai berikut: 1. Ketersediaan Bahan Baku
2. Lokasi Pemasaran
3. Aksesabilitas dan Fasilitas Transportasi
4. Sumber Energi Listrik dan Air
5. Sumber Tenaga Kerja
6. Hukum dan Peraturan
7. Iklim dan Topografi
Adapun  rencana  pendirian  pabrik  bioetanol  memiliki  2 opsi,  yakni  di  Provinsi  Sumatera  Utara  (Kawasan  Industri Sei Mangkai) dan Provinsi Riau (Kawasan Industri Dumai). Opsi  tersebut  dipilih  karena  kedua  provinsi  tersebut merupakan produsen terbesar kelapa sawit di Indonesia.
Berdasarkan parameter yang telah ditentukan, maka dapat dilakukan  pembobotan  dan  seleksi  pemilihan  lokasi  pabrik menggunakan  metode Analytical  Hierarchy  Process pada software  “Expert  Choice”  dan  dipilihlah  Provinsi  Riau sebagai  lokasi  pendirian  pabrik,  tepatnya  di  Kawasan Industri Dumai.
Adapun  utilitas  pada  lokasi  terpilih  juga  sudah  memadai dengan tersedianya pembangkit listrik dengan kapasitas total 1056,37 MW serta terdapat 83.542,71 km 2 wilayah perairan yang  terdapat  pada  Provinsi  Riau  berdasarkan  BPS  seperti yang ditunjukkan Gambar 2 [10].
Tabel 5. Supply-Demand Bioetanol Indonesia
Tahun Produksi (L) Konsumsi (L) Ekspor (L) Impor (L) 2009 172.000.000 128.000.000 33.000.000 314.000 2012 175.000.000 132.000.000 49.000.000 946.000 2011 220.000.000 134.000.000 81.000.000 1.311.000 2012 205.000.000 135.000.000 59.000.000 363.000 2013 207.000.000 135.000.000 86.000.000 1.336.000 2014 202.000.000 135.000.000 94.000.000 512.000 2015 205.000.000 136.000.000 67.000.000 730.000 2016 205.000.000 137.000.000 71.000.000 2.408.000 2017 195.000.000 137.000.000 64.000.000 5.657.000 2018 200.000.000 138.000.000 158.000.000 1.028.000 2019 195.000.000 139.000.000 64.000.000 1.710.000
Gambar  4.  Unit  Proses Pre-treatment terdiri  dari  Gudang Penyimpanan  Bahan  Baku  (F-111), Belt  Conveyor (J-112), Jaw Crusher (C-110), Hammer  Mill (C-120), Belt  Conveyor (J-121), Tangki Pre-Treatment (F-130), Heat  Exchanger (E-131), Horizontal Belt Filter (H-132), Pompa Vakum (L-135), Tangki Penampung Filtrat (F-133), dan Tangki Penampung Air Pencuci (F-134).
PW F-130 F-111 J-112 C-110 E-131 J-121 C-120 1 1,013 30 3 1,013 30 4 1,013 30 30 1,013 5 6 30 1,013 7 30 1,013 8 113 110 9 11 F-133 10 25 1,013 12 13 30 1,013 2 1,013 30 1,013 0,638 110 0,67 0,67 30 F-134 L-135 Air Discharge CS WW NaOH 3% S 14 30 0,67 15 30 1,013 F-210
H-132

## III. URAIAN PROSES TERPILIH
Proses  produksi  bioetanol  ini  terdiri  dari  tiga  unit  proses yang digolongkan berdasarkan fungsi utama dari keseluruhan proses  seperti  yang  ditunjukkan  diagram balok proses produksi bioetanol pada Gambar 3.
Unit  pertama  ialah pre-treatment yang  berfungsi  untuk mereduksi ukuran bahan baku dan mendegradasi lignin agar terpisah  dari  holoselulosa.  Kemudian  unit  kedua  ialah fermentasi,  bertujuan  untuk  memproduksi  bioetanol  dari TKKS yang telah melalui proses pre-treatment sebelumnya. Kemudian  unit  ketiga  ialah  proses  separasi,  untuk memisahkan  bioetanol  dari  beberapa  komponen  agar menjadi etanol fuel grade dan sesuai dengan standar SNI.

## A. Pre-Treatment
Pada  proses  ini,  TKKS  akan  direduksi  ukurannya  dan melalui  proses  alkali pre-treatment untuk  menghilangkan lignin yang terkandung di dalamnya.
Pertama-tama,  TKKS  yang  sebelumya  disimpan  dalam gudang  penyimpanan bahan  baku  (F-111)  ditransportasikan menuju  pabrik  dengan  menggunakan  belt  conveyor  (J-112) yang sekaligus melalui proses pencucian dengan air proses. Selanjutnya,  TKKS  direduksi  ukurannya  menjadi  <1  mm melalui dua alat. Mula-mula TKKS melalui jaw crusher (C- 110) sehingga ukurannya akan menjadi ±30 mm, kemudian TKKS dihancurkan lagi pada hammer mill (C-120) sehingga ukurannya  menjadi  <1  mm.  Selanjutnya  TKKS  tersebut akan  diangkut  menggunakan  belt  conveyor  (J-121)  menuju reaktor  F-130  untuk  proses  alkali pre-treatment .  Reaktor tersebut  beroperasi  pada  suhu  110˚C  selama  45  menit  dan ditambahkan larutan NaOH 3%. Sebelum memasuki reaktor, larutan  NaOH  3%  akan  dipanaskan  terlebih  dahulu menggunakan heat  exchanger (E-131)  dari  suhu  30˚C hingga 113˚C. Melalui proses ini, sebagian lignin akan larut
menjadi black  liquor .  Sesudah  proses pre-treatment , slurry akan  dikeluarkan  dari  reaktor  dan  menuju  horizontal  belt filter  (H-132)  untuk  memisahkan  antara black  liquor dan pengotor  (filtrat)  dengan  TKKS  yang  telah  melalui  proses pre-treatment (cake) . Penyaringan pada horizontal belt filter dilakukan  dengan  bantuan  pompa  vakum  (L-135)  yang nantinya  akan  disertai  pencucian  menggunakan  air  proses untuk membantu menghilangkan pengotor yang kemungkinan  masih  menempel  pada cake .  Sesudah  proses filtrasi, cake yang  terpisah  kemudian  akan  memasuki  unit fermentasi.  Sementara  black  liquor  beserta  pengotor  lain akan memasuki tangki penampung filtrat (F-133) sedangkan air  pencuci  akan  memasuki  tangki  penampung  air  pencuci (F-134)  sebelum  akhirnya  dialirkan  menuju  pengolahan limbah  cair.  Unit  proses pre-treatment ditunjukkan  pada Gambar 4.

## B. Fermentasi
TKKS  yang  telah  melalui  tahap pre-treatment kemudian akan  menuju  tahap  hidrolisis  dan  fermentasi  yang  akan dilakukan  secara  simultan  dalam  satu  reaktor.  Fermentasi sendiri  merupakan  proses  konversi  glukosa  dan  xilosa menjadi  bioetanol  dengan  bantuan  mikroorganisme  [2]. Proses  fermentasi  dilakukan  dalam  kondisi  anaerob  dalam tangki  fermentasi  (F-210)  yang  dilengkapi  pengaduk  dan coil  pendingin  untuk  menjaga  suhu  fermentation  tank  agar konstan  yaitu  pada  30 o C  karena  reaksi  dalam  fermentation tank bersifat eksotermis atau mengeluarkan panas.
Campuran  enzim  yang  terdiri  dari  enzim  selulosa (celluclast  1.5  L)  dan  hemiselulosa  (Xylanase  Trichoderma asperellum USM SD4), mikroorganisme fermentasi glukosa ( Saccharomyces cerevisiae
(ATCC 24858)), mikroorganisme fermentasi pentosa ( Scheffersomyces stipitis (ATCC  5837TM)),  dan  juga  medium yeast ATCC Medium  200:  YM  broth  yang  terdiri  dari yeast  extract , glukosa,  dan  peptone  dibawa  masuk  dalam  Tangki  Starter
Gambar  5.  Unit  Proses  Fermentasi  terdiri  dari  Tangki  Fermentasi  (F- 210),  Tangki  Starter  (F-211),  Pompa  Tangki  Starter  (L-212),  dan Pompa Tangki Fermentasi (L-213).
CO 2 F-211 L-212 30 1,013 24 30 1,013 25 Enzim Medium PW CW H2SO4 Antifoam CWR 30 13 1,013 21 30 1,013 L-213 22 30 1,013 F-210 H-132 YC 23 30 1,013 17 30 1,013 16 30 1,013 30 18 1,013 20 30 1,013 19 30 1,013 F-311
Gambar 6. Unit Proses Separasi terdiri dari Rotary Vacuum Filter (H- 310), Tangki Normalisasi (F-311), Tangki Penampung Filtrat (F-313), Pompa Vakum (L-314), dan Pompa Filtrat (L-315).
H-310 F-311 L-314 F-313 L-315 27 1,013 30 28 29 30 31 33 NH 4 OH 26 30 Air Discharge 32 E-321 L-213 SW 2,03 30 1,013 30 1,013 30 0,67 30 0,67 30 1,013 30 1,013
(F-211) sebelum dipompakan menggunakan menuju Tangki Fermentasi  (F-210).  Tangki  Starter  (F-211)  dilengkapi dengan  pengaduk  dan  proses  propagasi yeast berlangsung selama 14 jam dengan suhu 30 o C.
TKKS  yang  telah  melalui  tahap pre-treatment memasuki Tangki  Fermentasi  (F-210)  bersama  campuran  enzim  dan mikroorganisme serta mediumnya yang berasal dari Tangki Starter  (F-211).  Selain  itu  ditambahkan  pula  H 2 SO4  untuk menciptakan  suasana  asam  yaitu  pH  4,8  sebagai  pH optimum  dalam  proses  fermentasi  ini.  Sedangkan  untuk menanggulangi  terjadinya  busa  selama  reaksi,  ditambahkan Turkey Red Oil sebagai antifoam .
Proses fermentasi ini membutuhkan waktu 72 jam dengan kondisi anaerob. Reaksi yang terjadi dalam proses ini adalah reaksi  hidrolisis  selulosa  dan  hemiselulosa  menjadi  gula sederhana  dan  juga  reaksi  fermentasi  glukosa  dan  pentose menjadi  bioetanol.  Persamaan  (1)  dan  (2)  merupakan persamaan  reaksi  hidrolisis  yang  terjadi.  Sedangkan persamaan  (3)  dan  (4)  merupakan  persamaan  reaksi fermentasi yang terjadi.
(C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 (1) (C 5 H 8 O 4 ) n + nH 2 O → nC 5 H 10 O 5 (2) C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (3) 3C 5 H 10 O 5 → 5C 2 H 5 OH + 5CO 2 (4)
Dari  proses  fermentasi  ini,  didapat  output  berupa bioetanol  yang  masih  bercampur  dengan yeast  mud dan masih  terdapat  H 2 SO 4 yang  bersifat  asam  yang  nantinya akan  dibawa  menuju  proses  selanjutnya  untuk  diseparasi. Keluaran  lain  dari  proses  ini  adalah  terbentuknya  gas  CO 2 yang dikeluarkan dari atas tangki fermentasi untuk dibuang ke  lingkungan.  Unit  dari  proses  fermentasi disajikan  pada Gambar 5.

## C. Separasi
Proses  purifikasi  memiliki  tujuan  untuk  memisahkan bioetanol  dari  pengotor  dan  air  sehingga  terbentuk  produk akhir  bioetanol  dengan  kemurnian  tinggi,  yaitu  99,5%  atau fuel  grade.  Stream  output  dari  Tangki  Fermentasi  (F-210) dipompa dengan pompa (L-213) menuju Tangki Normalisasi  (F-311)  untuk  menormalisasi  pH  dengan ditambahkan senyawa NH 4 OH. Kemudian dialirkan menuju Rotary  Vacuum  Filter (H-310)  untuk memisahkan padatan- padatan  (yeast)  yang  terbawa  bersama  bioetanol.  Setelah dipisahkan, cake yang  berupa yeast  mud dialirkan  keluar menuju  pengolahan  limbah  padat  sedangkan  filtratnya dipompa  dengan  pompa  filtrat  (L-315)  menuju pre-heater kolom  distilasi  (E-321)  hingga  bersuhu  93 o C  untuk dipanaskan sebelum memasuki kolom distilasi (D-320).
Kolom  distilasi  D-320  memiliki  13 plate dengan feed masuk  pada plate ke-7  sehingga  temperatur  distilat  yang keluar  dari  kolom  sebesar  82,3 o C  dan  temperatur  produk bawah  sebesar  101,8 o C.  Kemurnian  etanol  yang  dihasilkan melalui  proses  distilasi  ini  adalah  94,7%  massa  mengingat campuran  etanol-air  akan  mencapai  azeotrop  pada  titik kemurnian  etanol  95,6%  massa,  tetapi  etanol  yang digunakan sebagai biofuel harus memiliki kemurnian hingga 99,5%  volume  sesuai  dengan  SNI  7390-2008.  Sehingga diperlukan proses peningkatan kemurnian etanol lebih lanjut melalui proses dehidrasi menggunakan molecular sieves.
Campuran etanol-air yang keluar dari kolom distilasi akan menuju  ke  dehidrator  bioetanol  (D-330). Molecular  sieves yang  digunakan  memiliki  diameter  4  A˚,  sehingga  akan mampu  memisahkan  molekul  air  dan  asam  asetat  yang berukuran  2,5  A˚  dan  4  A˚  dari  molekul  etanol  yang berukuran 4,4 A˚.
Proses adsorpsi ini akan berlangsung pada suhu 82 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  dikondensasi  menggunakan  kondensor  bioetanol  (E- 331)  untuk  kemudian  disimpan  di  tangki  penyimpanan bioetanol  (F-332)  pada  suhu  ruang.  Unit  proses  separasi disajikan pada Gambar 6 dan Gambar 7.
Gambar  7.  Unit  Proses  Separasi  terdiri  dari  Kolom  Distilasi  (D-320), Pre-heater Kolom  Distilasi  (E-321),  Kondensor  Kolom  Distilasi  (E- 322),  Tangki  Penampung  Distilat  (F-323), Reboiler Kolom  Distilasi (E-324), Dehidrator Bioetanol (D-330), Kondensor Bioetanol (E-331), dan Tangki Penyimpanan Bioetanol (F-332).
D-330A D-330B E-321 34 D-320 36 37 38 40 39 E-324 E-322 F-323 41 42 Etanol fuel grade F-332 44 32 0,888 E-331 35 D-330C 43 80,2 30 2,03 93 82,3 80,2 80,2 80,2 101,8 1,995 205,6 205,6 1,013 1,013 0,879 1,013 1,013 1,013 0,984 0,984 CS CWR WW L-315 CW S Udara Ke Flare
Gambar 8. Grafik Titik Impas ( Break Event Point /BEP).

## IV. NERACA MASSA
Dasar perhitungan neraca massa adalah persamaan (5).
𝐴𝑐𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝐼𝑛 − 𝑂𝑢𝑡 + 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 (5)
Dengan Asumsi dasar yang digunakan adalah proses dalam keadaan steady state sehingga Accumulation = 0.
Berdasarkan  hasil  perhitungan  neraca  massa  Pra  Desain Pabrik  Bioetanol  dari  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit, diperoleh  kapasitas  bahan  baku  TKKS  sebesar  7537,368 kg/jam,  NaOH  3%  sebesar  1808,49  kg/jam,  medium  yeast sebesar  29,86  kg/jam, yeast  culture sebesar  1,12  kg/jam, enzim  selulosa  sebesar  0,0038  kg/jam,  antifoam  sebesar 5,21  kg/jam,  H2SO4  98%  sebesar  0,0014  kg/jam,  serta NH4OH  sebesar  0,001  kg/jam  dengan  basis  operasi  1 kg/jam (waktu operasi 330 hari kerja/tahun dan waktu kerja pabrik  24  jam/hari)  kapasitas  pabrik  25.000  kL/tahun dengan produk Bioetanol fuel-grade 99,5% volume.

## V. 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 tandan  kosong  kelapa  sawit  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.  Biaya-biaya  ini  biasanya  dikeluarkan  dalam jumlah  yang  cukup  besar  (material),  namun  tidak  sering terjadi.  Berdasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan, diperoleh nilai CAPEX sebesar Rp 234.270.284.638,208.
Sementara Operating  expense atau  biaya  operasi  adalah pengeluaran  yang  biasa  dilakukan  oleh  sebuah  perusahaan saat  memenuhi  kebutuhan  operasional.  Berdasarkan perhitungan  yang  dilakukan,  diperoleh  nilai  OPEX  sebesar Rp 139.292.286.577,183.

## 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.  Berdasarkan perhitungan yang dilakukan, didapat nilai NPV positif yaitu sebesar Rp 59.485.205.077.
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 jumlahpengeluaran  modal.  Dari  perhitungan  yang  telah dilakukan,  didapat  nilai  IRR  sebesar  21,81%  per  tahun dimana  nilai  ini  lebih  besar  dibanding  tingkat  bunga pinjaman  yaitu  8,25%  per  tahun  sehingga  pabrik  layak didirikan.

## 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.  Dari erhitungan,  didapat  waktu  pengembalian  modal  minimum adalah 4,85 tahun yang menunjukkan pabrik layak didirikan karena nilai POT lebih kecil dibanding asumsi umur pabrik yaitu 10 tahun.

## 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.  Dari  perhitungan  yang  dilakukan, didapatkan bahwa titik impas (BEP) = 48,25%. Grafik BEP dapat dilihat pada Gambar 8.

## VI. KESIMPULAN
Pabrik bioetanol dari TKKS direncanakan untuk didirikan pada  tahun  2023  dengan  kapasitas  produksi  sebesar  25.000 kL/tahun.  Pabrik  tersebut  akan  berlokasi  di  Provinsi  Riau, tepatnya  di  Kawasan  Industri  Dumai.  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 holoselulosa, pada proses ini digunakan pre-treatment alkali menggunakan  NaOH  3%.  Kemudian  unit  kedua  ialah fermentasi,  bertujuan  untuk memproduksi  bioetanol.  Proses fermentasi  menggunakan  metode  SSCF  ( Simultaneous Saccharification  Fermentation )  dan co-fermentor yang terdiri  dari  Saccharomyces  cerevisiae  dan  Scheffersomyces stipitis  yang  menghasilkan  bioetanol  dengan  kemurnian sebesar  23%.  Serta  unit  ketiga,  yakni  proses  separasi  yang terdiri dari proses distilasi dan dehidrasi, untuk memisahkan bioetanol  dari  berbagai  komponen  agar  menjadi  etanol  fuel grade  dan  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 Rp 59.485.205.077;  IRR  ( Internal  Rate  of  Return )  sebesar 21,81%;  POT ( Pay  Out  Time )  selama  4,85  tahun; dan  BEP ( Break  Even  Point )  sebesar  48,25%  kapasitas  total. Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  pabrik  bioetanol  dari TKKS tersebut 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]  Y.  Sudiyani,  F.  Amriani,  S.  P.  Simanungkalit,  and  others, “Perkembangan bioetanol G2: teknologi dan perspektif,” Lemb.  Ilmu Pengetah. Indones. , 2019.
[3]  H.  A.  Alalwan,  A.  H.  Alminshid,  and  H.  A.  S.  Aljaafari,  “Promising evolution  of  biofuel  generations.  Subject  review,” Renew.  Energy Focus , vol. 28, pp. 127–139, 2019.
[4]  S. Supranto, A. Tawfiequrrahman, D. E. Yunanto, and I. Kurniawan, “Oil  Palm  Empty  Fruit  Bunch  Fiber  Conversion  to  High  Refined Cellulose  using  Nitric  Acid  and  Sodium  Hydroxide  as  the Delignificating agents,” Universitas Gajah Mada, 2014.
[5]  A.  A.  Kamoldeen,  C.  K.  Lee,  W.  N.  W.  Abdullah,  and  C.  P.  Leh, “Enhanced  ethanol  production  from  mild  alkali-treated  oil-palm empty  fruit  bunches  via  co-fermentation  of  glucose  and  xylose,”
Renew. Energy , vol. 107, pp. 113–123, 2017.
[6]  S.  P.  Max,  D.  T.  Klaus,  and  E.  W.  Ronald, Plant  Design  and Economics for Chemical Engineers . McGraw-Hill Companies, 2003.
[7]  A.  R.  Hidayu,  N.  F.  Mohamad,  S.  Matali,  and  A.  S.  A.  K.  Sharifah, “Characterization of Activated Carbon Prepared from Oil Palm Empty Fruit  Bunch  using  BET  and  FT-IR  Techniques,”  in Procedia Engineering , 2013, vol. 68, pp. 379–384, doi:
10.1016/j.proeng.2013.12.195.
[8]  W.  Wusnah,  S. Bahri,  and  D.  Hartono,  “Proses pembuatan  bioetanol dari  kulit  pisang  kepok  (Musa  acuminata BC)  secara  fermentasi,” J. Teknol. Kim. Unimal , vol. 8, no. 1, pp. 48–56, 2020.
[9]  R.  Prihandana,  K.  Noerwijan,  P.  G.  Adinurani,  D.  Setyaningsih,  S. Setiadi,  and  R.  Hendroko, Bioetanol  Ubi  Kayu  Bahan  Bakar  Masa Depan . Tangerang: Agro Media, 2007.
[10]  R.  H.  Perry,  D.  W.  Green,  and  J.  O.  Maloney, Perry’s  Chemical Engineer’s . New York: Mc-GrawHill Inc, 1984.