BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Definisi Biodiesel
Secara umum, biodiesel merupakan bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumber
hayati atau biomassa. Sedangkan, menurut pengertian industri masa kini, biodiesel
adalah bahan bakar mesin diesel yang terdiri atas ester alkil asam-asam lemak
(Soerawidjaja, 2006). Ester adalah istilah ilmu kimia yang berarti senyawa yang
terbentuk dari kondensasi alkohol dengan asam (dalam penelitian ini adalah asam
lemak). Proses pembuatan biodiesel dengan mereaksikan alkohol dengan asam lemak
dapat dilakukan dengan dua cara yaitu esterifikasi dan transesterifikasi, yang akan
dibahas lebih lanjut.
2.2
Bahan Baku Pembuatan Biodiesel
2.2.1 Minyak Nabati
Secara umum, pengertian minyak nabati adalah cairan viscous yang diambil atau
diekstrak dari tumbuh-tumbuhan.
2.2.1.1 Komposisi Minyak Nabati
Komponen utama penyusun minyak nabati adalah trigliserida asam lemak, yang
mencapai 95%-b. Komponen lainnya adalah asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau
FFA), monogliserida, digliserida, fosfolipid, vitamin, dan mineral. Salah satu sumber
minyak nabati adalah kanola (rapeseed). Komposisi rata-rata dari minyak kanola
ditampilkan pada tabel berikut ini.
B.67.3.01
5
Tabel 2.1 Komposisi rata-rata minyak kanola
Komponen
Komposisi (%-b)
Trigliserida
95
FFA
0,3 - 2
Mono- dan digliserida
0,3 - 1
Fosfogliserida
0,1 - 2
Vitamin
0,1
Zat pewarna
35 ppm
Mineral dan Logam
5 – 20 ppm
Sulfur
5 – 15 ppm
Sterol, hidrokarbon, dan lain-lain
0,5 - 2
Sumber : Mittelbach, 1989
Trigliserida merupakan komponen minyak nabati yang terbesar. Trigliserida terlibat
secara langsung dalam reaksi pembentukan ester alkil asam lemak, yang merupakan
komponen utama dari biodiesel. Secara struktur molekul, trigliserida merupakan triester
dari gliserol dengan asam-asam lemak. Struktur molekul dari trigliserida ditampilkan
pada gambar di bawah ini
Gambar 2.1 Struktur molekul trigliserida
Komponen lain yang juga terdapat dalam minyak nabati adalah asam lemak bebas
(FFA). Definisi asam lemak secara struktur molekul adalah asam karboksilat beratom
karbon 6 – 30. Asam lemak bebas adalah asam lemak yang terdapat di dalam minyak
nabati dan gugus karboksilatnya bebas, dalam pengertian tak terikat dalam bentuk ester,
garam, dan lain-lain. Asam lemak bebas biasa terdapat dalam minyak nabati sebagai
akibat proses hidrolisis trigliserida. Kandungan FFA yang berlebihan pada minyak
nabati dapat menghambat reaksi pembentukan ester alkil karena FFA dapat bereaksi
dengan katalis reaksi tersebut.
B.67.3.01
6
2.2.1.2 Sumber Minyak Nabati
Ada banyak tanaman yang dapat menghasilkan minyak nabati. Di antara tanamantanaman tersebut, kelapa sawit (palm oil) merupakan tanaman yang paling produktif.
Berbagai macam tanaman penghasil minyak nabati beserta produktivitasnya
ditampilkan pada tabel di bawah ini.
Tabel 2.2 Tanaman penghasil minyak nabati dan produktivitasnya
Nama Indo
Sawit
Kelapa
Alpokat
K. Brazil
K. Makadam
Jarak pagar
Jojoba
K. pekan
Jarak kaliki
Zaitun
Kanola
Opium
Nama Inggris
Oil palm
Coconut
Avocado
Brazil nut
Macadamia nut
Physic nut
Jojoba
Pecan nut
Castor
Olive
Rapeseed
Poppy
Nama Latin
Elaeis guineensis
Cocos nucifera
Persea americana
Bertholletia excelsa
Macadamia ternif.
Jatropha curcas
Simmondsia califor.
Carya pecan
Ricinus communis
Olea europea
Brassica napus
Papaver somniferum
Kg-/ha/thn
5000
2260
2217
2010
1887
1590
1528
1505
1188
1019
1000
978
a. Jarak Pagar
Jarak pagar (Jatropha curcas) merupakan salah satu tanaman yang berpotensi
dijadikan bahan mentah pembuatan biodiesel. Hal ini disebabkan kandungan
minyak dalam biji jarak pagar sangat tinggi, yaitu sekitar 30-50%. Komponen
terbesar dari minyak jarak adalah asam lemak oleat (34,3-45,8%) dan linoleat
(29-44,2%). Tingginya kandungan komponen tersebut dalam minyak jarak
membuat biodiesel dari minyak jarak memiliki bilangan setana yang tinggi
(57-62).
Gambar 2.2 Biji Jarak
B.67.3.01
7
Gambar 2.3 Irisan melintang biji jarak
Indonesia sendiri mengenal jarak semejak jaman penjajahan Jepang di awal
tahun 1940-an. Saat ini Indonesia diperkirakan mampu memproduksi jarak
sejumlah 1590 kg/Ha/tahun. Untuk memperoleh minyak jarak yang kelak
akan diproses menjadi biodiesel, perlu dilakukan beberapa langkah awal
seperti yang ditampilkan dalam gambar berikut
Gambar 2.4 Diagram alir pemisahan minyak jarak
Setelah melalui proses pemisahan, minyak jarak diolah dengan metode
transesterifikasi untuk memperoleh biodiesel. Produk yang dihasilkan
memiliki kualitas yang serupa dengan biodiesel dari minyak kelapa sawit, dan
B.67.3.01
8
mampu diproyeksikan sebagai pengganti solar. Biodiesel hasil produksi
minyak jarak memiliki karakteristik sebagai berikut
Tabel 2.3 Karakteristik minyak bakar
No
Parameter
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Densitas, g/mL (15oC)
Viskositas Kinematik (CSt)
Cloud Point
Titik nyala
Nilai Kalori, LHV (MJ/kg)
Kandungan sulfur (ppm)
Bilangan setana
Bilangan asam (mg KOH/g)
Bilangan iod (mg I2/g)
Minyak Kelapa
Sawit
0,868
5,3
16
174
37-38
<50
62
209,7
45-62
Asal
Minyak
Jarak
0,879
4,84
5
191
37-38
<50
51
198
95-107
Solar
0,83
5,2
18
70
41
max 500
42
NA
NA
b. Kelapa Sawit
Kelapa sawit (Elaeis guineensis) merupakan tumbuhan tropis yang banyak
terdapat di Indonesia. Kelapa sawit dapat diproduksi dari crude palm oil
(CPO) yang berpotensi sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
Gambar 2.5 Tanaman kelapa sawit
Bagian dari kelapa sawit yang dapat diolah menjadi CPO adalah daging
buahnya. Pengolahannya diawali dengan membuat lunak daging buah pada
B.67.3.01
9
temperatur 90oC. Daging yang telah melunak dipisahkan dari bagian inti dan
cangkang dengan pressing pada mesin silinder berlubang. Daging inti dan
cangkang dipisahkan dengan pemanasan dan teknik pressing. Setelah itu
dialirkan ke dalam lumpur sehingga sisa cangkang akan turun ke bagian
bawah lumpur. Selanjutnya daging buah yang sudah lunak diekstraksi dan
diperoleh produk berupa minyak (CPO). Beberapa kelebihan minyak dari
kelapa sawit ini adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki
kandungan karoten tinggi. Selain itu, minyak sawit juga dapat diolah menjadi
bahan baku margarin.
Di Indonesia, kelapa sawit banyak terdapat di daerah Aceh, pantai Timur
Sumatera, Jawa, dan Sulawesi. Industri kelapa sawit di Indonesia diawali
dengan masuknya empat buah benih kelapa sawit yang berasal dari Afrika dan
ditanam di Taman Botani Bogor. Kemudian pada tahun 1870-an benih dari
Bogor ini ditanam di Deli, Sumatera Utara, sebagai tanaman hias.
2.2.2 Alkohol
2.2.2.1 Struktur Molekul dan Sifat Fisik Alkohol
Dalam ilmu kimia, definisi alkohol jika ditinjau dari struktur molekulnya adalah
senyawa organik yang mengandung gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon dari
suatu alkil. Rumus molekul alkohol nonsiklik adalah CnH2n+1OH. Gugus fungsional
alkohol ditampilkan pada gambar di bawah ini
Gambar 2.6 Gugus fungsional alkohol
Secara struktur molekul, alkohol dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu alkohol primer,
alkohol sekunder, dan alkohol tersier. Pembagian ini didasarkan atas jumlah atom
B.67.3.01
10
karbon yang terikat pada gugus C-OH. Perbedaan ketiga jenis alkohol ditampilkan pada
tabel di bawah ini
Tabel 2.4 Perbandingan alkohol primer, sekunder dan tersier
Jenis Alkohol
Sekunder
Primer
Tersier
Gambar
Nama
Senyawa
Keterangan
Etanol
Gugus C-OH
berikatan dengan
satu atom karbon
Iso-Propanol
Gugus C-OH
berikatan dengan
dua atom karbon
Tert-Butanol
Gugus C-OH
berikatan dengan
tiga atom karbon
Gugus hidroksil yang dimiliki alkohol menyebabkan alkohol membentuk ikatan
hidrogen antarmolekulnya. Hal ini menyebabkan titik didih alkohol lebih tinggi
dibandingkan dengan alkil halida dan eter, yang berat molekulnya relatif sama. Pada
alkohol berbobot molekul rendah, ikatan hidrogen menyebabkan alkohol larut dalam
air, sedangkan alkohol berbobot molekul tinggi (atom karbon lebih dari lima) tidak larut
dalam air karena dominasi rantai hidrokarbon. Sifat fisik beberapa alkohol ditampilkan
pada tabel di bawah ini
Tabel 2.5 Sifat fisik beberapa alkohol
Nama
IUPAC
Rumus
Titik Didih
Normal (oC)
Metanol
Etanol
1-propanol
2-propanol
1-butanol
CH3OH
CH3CH2OH
CH3(CH2)2OH
(CH3)2CHOH
CH3(CH2)3OH
64,5
78,3
97,2
82,3
117
B.67.3.01
11
Massa Jenis
Kelarutan
(g/mL) pada
dalam
H2 O
T=20oC
0,79
∞
0,79
∞
0,8
∞
0,79
∞
0,81
8,3 g/100 mL
Sumber: Fessenden, 1990
2.2.2.2 Sintesis Alkohol
Alkohol dapat disintesis melalui beberapa cara, antara lain
1. Reaksi Substitusi Nukleofilik
Reaksi substitusi nukleofilik merupakan reaksi antara suatu alkil halida dengan
ion hidroksida. Reaksi ini berjalan dengan bantuan pemanasan. Contoh reaksi
substitusi nukleofilik adalah:
CH3CH2CH2Br + OH- → CH3CH2CH2OH + Br1-bromopropana
(2.1)
1-propanol
2. Reaksi Grignard
Reaksi Grignard dilakukan untuk mensintesis alkohol dengan rantai karbon
kompleks. Dalam reaksi Grignard direaksikan gugus senyawa karbonil dengan
katalis organomagnesium halida (R-MgX) dalam suasana asam. Hasil sintesis
Grignard tercantum dalam tabel di bawah ini :
Tabel 2.6 Hasil Sintesis Reaksi Grignard
Senyawa Karbonil
Produk
RCH2OH
Alkohol Primer
Alkohol Sekunder
Alkohol Tersier
Sumber: Fessenden, 1990
B.67.3.01
12
3. Reduksi Senyawa Karbonil
Alkohol dapat dibuat dari senyawa karbonil melalui reaksi adisi. Reaksi adisi
adalah reaksi penambahan hidrogen ke gugus karbonil sehingga ikatan
rangkapnya putus dan membentuk gugus hidroksil. Contoh reaksi ini adalah
reaksi adisi aseton membentuk 2-propanol.
CH3COCH3 → CH3CH2 CH2OH
(2.2)
4. Hidrasi Alkena
Alkohol dapat disintesis dari alkena dengan reaksi hidrasi. Unsur-unsur air (H+
dan OH-) dapat mengadisi ikatan rangkap pada alkena dan membentuk alkohol.
Contoh sintesis alkohol melalui hidrasi alkena adalah hidrasi etilena membentuk
etanol.
CH2CH2 + H2O → CH3CH2OH
(2.3)
2.2.2.3 Etanol
Etanol merupakan alkohol yang memiliki dua atom karbon. Rumus etanol adalah
C2H5OH. Rumus bangun dari etanol ditampilkan pada gambar di bawah ini
Gambar 2.7 Rumus bangun etanol
Berdasarkan gambar di atas, dapat dilihat bahwa etanol memiliki gugus hidroksil yang
dapat membentuk ikatan hidrogen. Hal ini mengakibatkan etanol lebih viscous dan
memiliki titik didih lebih tinggi jika dibandingkan dengan senyawa lain yang memiliki
berat molekul yang sama. Seperti alkohol rantai pendek lainnya, etanol mudah terbakar,
mudah menguap, dan pada temperatur kamar berupa cairan yang tidak berwarna dengan
bau yang khas. Beberapa sifat fisik etanol ditampilkan pada tabel berikut ini
B.67.3.01
13
Tabel 2.7 Data fisik etanol
Densitas
Kelarutan dalam Air
Titik Leleh
Titik Didih
Keasaman (pKa)
Viskositas
Massa Molekul Relatif
Momen Dipol
Indeks Bias
0,789 g/cm3
~
158,8 K
351,6 K
15,9
1,2 cP pada 20oC
46,06844 g/mol
5,64 mC.mf
1,3614
Etanol merupakan pelarut serbaguna. Etanol dapat saling larut dengan air dan hampir
seluruh senyawa organik yang berbentuk cairan, terutama cairan non-polar seperti
hidrokarbon alifatik. Selain itu, padatan organik yang memiliki massa molekul rendah
dan sebagian besar garam monovalen dapat larut dalam etanol. Gugus hidrofilik –OH
pada etanol dapat menarik molekul polar dan ionik, sedangkan rantai hidrokarbon C2H5dapat menarik molekul non polar.
Beberapa reaksi penting etanol antara lain :
1. Reaksi Asam-Basa
Etanol bersifat asam, meskipun lebih lemah dari air. Reaksi asam basa dapat
terjadi dengan logam alkali, seperti natrium
2 C2H5OH + 2 Na → 2 C2H5ONa + H2
(2.4)
2. Reaksi Substitusi
Reaksi substitusi nukleofilik dapat terjadi antara etanol dengan hidrogen halida
C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H2O
B.67.3.01
14
(2.5)
3. Esterifikasi
Dalam keadaan asam, etanol dapat bereaksi dengan asam karboksilat
membentuk ester, dengan persamaan sebagai berikut
C2H5OH + RCOOH → RCOOC2H5 + H2O
(2.6)
4. Reaksi Dehidrasi
Asam yang sangat kuat dapat membuat etanol mengalami dehidrasi membentuk
dietil eter atau etilen dengan reaksi sebagai berikut
2 C2H5OH → C2H5OC2H5 + H2O
(2.7)
C2H5OH → CH2=CH2 + H2O
(2.8)
5. Reaksi Oksidasi
Oksidasi etanol dapat menghasilkan asetaldehid (CH3CHO). Jika oksidasi
dilanjutkan, akan menghasilkan asam asetat (CH3COOH)
Etanol memiliki cukup banyak penggunaan, antara lain dapat dijadikan bahan bakar
kendaraan bermotor. Saat ini Brasil merupakan negara yang paling banyak
menggunakan bahan bakar etanol. Beberapa jenis roket juga menggunakan bahan bakar
etanol. Selain itu, etanol digunakan untuk minuman beralkohol, seperti bir, wine, wiski,
vodka, dan lain-lain. Etanol juga digunakan untuk memproduksi beberapa bahan kimia
seperti etil ester, cuka (asam asetat), etil amina, etilen dan butadiena.
2.2.2.4 Sintesis Etanol
1. Hidrasi Etilen
Etanol dapat diproduksi secara petrokimia dan secara biologis. Secara
petrokimia, etanol diproduksi dengan hidrasi etilen (C2H4). Reaksi ini
berlangsung dengan menggunakan katalis asam, pada umumnya menggunakan
phosphoric acid. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut.
B.67.3.01
15
C2H4 + H2O → C2H5OH
(2.9)
Pada proses terdahulu (tahun 1930), etilen direaksikan dulu dengan asam sulfat
menghasilkan etil sulfat. Setelah itu, etil sulfat dihidrasi menghasilkan etanol
dan meregenerasi asam sulfat.
C2H4 + H2SO4 → C2H5SO4H
(2.10)
C2H5SO4H + H2O → C2H5OH + H2SO4
(2.11)
2. Fermentasi
Secara biologis, etanol dapat diproduksi melalui fermentasi. Bahan baku yang
diperlukan adalah glukosa (C6H12O6), yang dapat diambil dari beberapa
tumbuhan, seperti tebu, jagung, gandum, dan lain-lain. Reaksi dapat
berlangsung dengan bantuan yeast, pada umumnya menggunakan Sacchromyces
cervisiae. Secara keseluruhan, reaksi yang terjadi adalah
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
(2.12)
Selama reaksi berlangsung, perlu dilakukan pencegahan terhadap kehadiran
oksigen. Selain dapat mengoksidasi etanol menjadi asam asetat, kehadiran
oksigen dapat menyebabkan yeast melakukan respirasi aerob yang hanya
menghasilkan karbon dioksida dan air.
2.2.2.5 Sumber Etanol
Jika disintesis melalui fermentasi, maka sintesis etanol memerlukan bahan baku berupa
glukosa (C6H12O6). Glukosa merupakan gula monosakarida yang digunakan sebagai
sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Berikut ini merupakan sumber-sumber alami
dari glukosa
1. Glukosa diproduksi oleh tanaman dan beberapa prokariota sebagai produk dari
fotosintesis
2. Pada hewan dan jamur, glukosa merupakan hasil dari pemecahan glikogen.
Proses ini dinamakan glikogenolisis.
B.67.3.01
16
3. Pada hewan, glukosa disintesis di ginjal dan hati dari zat antara non karbohidrat,
seperti piruvat dan gliserol, melalui proses glukoneogenesis.
Dari berbagai sumber di atas, sumber yang paling memungkinkan untuk digunakan
dalam sintesis etanol adalah sumber yang pertama, yaitu yang berasal dari tumbuhan.
Beberapa tumbuhan yang memiliki potensi untuk sintesis etanol dan banyak terdapat di
Indonesia adalah tebu, ubi, jagung, gandum, dan lain-lain.
Dengan menggunakan bahan baku berupa glukosa dan dibantu oleh yeast dalam proses
fermentasi, maka etanol dapat menjadi zat kimia yang terbarukan. Karena tumbuhan
sebagai sumber glukosa dan yeast merupakan sumber daya hayati yang dapat
terbarukan.
2.3
Reaksi-Reaksi Pendukung Produksi Biodiesel
2.3.1 Esterifikasi
Esterifikasi merupakan salah satu cara mensistesis ester alkil asam lemak. Definisi
esterifikasi secara ilmiah adalah reaksi pembentukan ester dari asam karboksilat dengan
alkohol (Fessenden, 1990). Dalam pembuatan biodiesel, asam karboksilat terkandung
dalam minyak lemak Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut
RCOOH + R’-OH
RCOO-R’ + H2O
(2.13)
Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan endoterm, sehingga diperlukan pemanasan
untuk mempercepat reaksi ini. Pada kondisi normal, reaksi ini berjalan lambat karena itu
diperlukan katalis. Katalis yang cocok digunakan adalah katalis yang bersifat asam kuat,
seperti asam sulfat, asam sulfonat organik dan resin penukar kation asam kuat
(Soerawidjaja, 2006). Hal ini disebabkan reaksi berjalan dalam kondisi asam.
B.67.3.01
17
2.3.2 Transesterifikasi
Transesterifikasi merupakan reaksi trigliserida dengan alkohol untuk menghasilkan alkil
ester asam lemak dan gliserol sebagai produk samping. Reaksi ini juga sering disebut
alkoholisis. Secara umum, persamaan reaksi yang terjadi adalah
(2.14)
Reaksi di atas merupakan reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol, atau juga
sering disebut reaksi metanolisis. Untuk mempercepat reaksi, biasanya digunakan
katalis. Pada umumnya katalis yang digunakan adalah katalis basa, seperti NaOH dan
KOH.
Secara mikroskopis, reaksi transesterifikasi sebenarnya berlangsung dalam tiga tahap
dan melibatkan monogliserida dan trigliserida sebagai senyawa intermediet. Ketiga
tahap reaksi tersebut adalah
Trigliserida + R-OH ↔ Digliserida + R1COOR
(2.15)
Digliserida + R-OH ↔ Monogliserida + R2COOR
(2.16)
Monogliserida + R-OH ↔ Gliserol + R3COOR
(2.17)
R1, R2, dan R3 merupakan tiga gugus yang dimiliki oleh trigliserida, sedangkan R
merupakan gugus yang dimiliki oleh alkohol.
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan dan bersifat eksoterm. Ada
beberapa hal yang bisa dilakukan untuk meningkatkan perolehan produk, seperti
1. Meningkatkan jumlah alkohol yang dimasukkan ke dalam reaktor
2. Segera memisahkan gliserol yang terbentuk
3. Menurunkan temperatur reaksi
B.67.3.01
18
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah kandungan air dan asam lemak bebas dalam
minyak nabati sebagai sumber trigliserida. Keberadaan asam lemak yang besar akan
menghambat kerja katalis, sedangkan keberadaan air akan mengakibatkan adanya reaksi
penyabunan. Selain itu, perlu dilakukan analisis untuk menentukan temperatur reaksi
optimum, karena walaupun konversi meningkat jika temperatur diturunkan, namun laju
reaksi akan semakin lambat seiring dengan penurunan temperatur.
2.4
Proses Produksi Biodiesel
2.4.1 Pembuatan Biodiesel Secara Umum
Pembuatan biodiesel secara umum terdiri atas tiga tahap, yaitu :
1. Pencampuran
2. Pengendapan
3. Pencucian
Sumber : www.journeytoforever.org
2.4.1.1 Pencampuran (mixing)
Tahap pertama dari pembuatan biodiesel adalah pencampuran. Pada saat itu terjadi
reaksi antara alkohol dan minyak nabati dengan bantuan katalis. Zat yang digunakan
adalah minyak nabati (minyak kanola), etanol dan kalium hidroksida (KOH) dengan
kemungkinan perbandingan massa 100 : 23,74 : 1,43.
Zat yang pertama kali dicampurkan adalah etanol dengan KOH sebagai katalis dalam
wadah tertutup untuk mencegah kontak antara reaktan dengan CO2. CO2 akan
mengurangi keaktifan katalis. Campuran tersebut diaduk hingga KOH melarut dan
homogen dalam etanol. Selanjutnya campuran ini dituangkan dalam minyak nabati dan
diaduk terus menerus selama 2 jam dalam temperatur 60oC. (Saifuddin dan Chua,2004).
Dalam pencampuran inilah terjadi reaksi transesterifikasi.
2.4.1.2 Pengendapan (settling)
Setelah pencampuran, campuran didiamkan dalam corong selama 1 hingga 2 jam.
Pengendapan bertujuan untuk memisahkan gliserol, yang merupakan hasil samping dari
B.67.3.01
19
transesterifikasi dan etil ester. Setelah pengendapan akan terbentuk dua fasa dalam
campuran, yaitu etil ester yang berada di atas, dan gliserol berada di bawah. Pemisahan
dilakukan dengan mengambil gliserol dari bawah larutan.
Gambar 2.8 Campuran biodiesel setelah pengendapan
2.4.1.3 Pencucian (washing)
Tahap terakhir adalah pencucian etil ester, yang bertujuan untuk memisahkan alkohol
dan katalis yang masih melarut dalam etil ester. Pencucian ini dilakukan dengan
menambahkan air dengan perbandingan air : etil ester = 3:10. Kemudian campuran ini
diaduk selama 30 menit sehingga akan terbentuk dua lapisan, etil ester di atas dan air di
bawah. Air tersebut kemudian dipisahkan dari larutan. Proses ini diulang hingga pH air
hasil pencucian bernilai 7, yang mengindikasikan tidak ada lagi pengotor dalam etil
ester.
2.4.2 Proses-proses Pembuatan Biodiesel Komersial
2.4.2.1 BIOX
Proses BIOX merupakan proses produksi biodiesel yang menghasilkan biodiesel
berkualitas ASTM D6751 atau EN 14214. Beberapa keunggulan proses ini adalah:
1. Dapat menggunakan umpan dengan kandungan asam lemak yang tinggi
sekalipun (mencapai 30%), sehingga dapat digunakan bahan dasar yang murah
seperti limbah lemak hewan atau minyak masak/minyak sawit yang didaur
ulang.
2. Perolehan (yield) biodiesel dari lemak/minyak tinggi, mencapai 1:1.
3. Produksi dapat dijalankan dengan kontinu karena laju reaksi cepat.
B.67.3.01
20
4. Biaya produksi yang relatif rendah sehingga dapat bersaing dengan bahan bakar
minyak klasik.
Proses BIOX merupakan pengembangan dari proses biodiesel sederhana. Umumnya
proses pembuatan metil ester dirempuh dengan mereaksikan metanol dan trigliserida.
Pada proses ini akan terbentuk 2 fasa, yaitu fasa metanol dan fasa trigliserida, dimana
reaksi hanya berlangsung pada fasa metanol. Reaksi ini berlangsung dengan laju reaksi
yang cukup lambat pada temperatur ruang, mencapai beberapa jam, dan konversi yang
tidak maksimal. Professor David Boocock dari University of Toronto menemukan
bahwa reaksi berjalan lambat karena adanya kedua fasa ini dan laju reaksi akan dibatasi
oleh peristiwa perpindahan massa.
Ciri khas proses BIOX adalah :
1. Penambahan ko-pelarut inert yang mendorong terbentuknya satu fasa yang kaya
minyak, sehingga reaksi berlangsung dalam satu fasa. Pelarut yang digunakan
umumnya berharga rendah dan mudah didaur-ulang, seperti tetrahidrofuran,
THF, atau metiltersierbutileter, MTBE.
2. Penggunaan metanol berlebih (perbandingan 20:1 sampai 30:1 mol metanol
terhadap mol trigliserida) untuk meningkatkan polaritas campuran sehingga
terjadi penigkatan laju reaksi secara signifikan dengan konversi mencapai 99%.
2.4.2.2 Lurgi
Lurgi merupakan perusahaan teknik dan konstruksi yang bergerak di bidang
pengembangan energi alternatif. Dalam proses Lurgi, produksi biodiesel dapat
menggunakan bahan mentah apapun (minyak tumbuhan, minyak biji-bijian, limbah
lemak hewan, bahkan daur ulang sisa minyak masak). Proses Lurgi ini terdiri dari dua
tahap, yaitu esterifikasi dan tahap transesterifikasi, yang berlangsung secara kontinu.
Minyak mentah dengan kadar asam lemak bebas cukup tinggi diesterifikasi terlebih
dahulu untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi trigliserida. Setelah terkonversi
menjadi trigliserida, minyak mentah ini dimasukkan dalam reaktor transesterifikasi
yang akan mengkonversi trigliserida menjadi metil ester. Tahap transesterifikasi pada
proses Lurgi ini dilakukan dengan 2 tahap dalam 2 reaktor terpisah. Setiap reaktor
B.67.3.01
21
terdiri dari bagian berpengaduk dan bak penampungan yang berfungsi sebagai dekanter.
Skema proses Lurgi dan skema alat proses Lurgi ditampilkan pada Gambar 2.9 dan
Gambar 2.10.
Gambar 2.9 Diagram Blok Proses Pembuatan Biodiesel Lurgi
Gambar 2.10 Skema Tahap Transesterifikasi Proses Lurgi
Gambar 2.10 menampilkan bahwa minyak mentah akan dimasukkan bersamaan ke
dalam reaktor pertama dengan sebagian besar jumlah metanol dan katalis total yang
digunakan, sedangkan sisa metanol dan katalis akan dimasukkan pada reaktor kedua.
B.67.3.01
22
Sisa metanol setelah reaksi akan dipisahkan dari gliserol yang terbentuk dan di-recovery
agar dapat dipakai ulang. Pada tahap akhir proses ini dilakukan pencucian dengan
tujuan pemurnian biodiesel.
2.4.2.3 MPOB
MPOB (Malaysian Palm Oil Board) adalah suatu badan riset pemanfaatan kelapa sawit
Malaysia dan pengembang teknologi proses produksi biodiesel. Proses ini memproduksi
metil ester melalui tahap esterifikasi dan transesterifikasi metanol dan trigliserida
dengan natrium hidroksida (NaOH) sebagai katalis.
Pada tahap esterifikasi, minyak mentah direaksikan dengan metanol berlebih
(perbandingan molar metanol : minyak mentah = 6:1) dan katalis asam yang berupa
padatan. Reaksi dilakukan dalam reaktor unggun tetap (fixed bed reactor) dengan
kondisi reaksi, yaitu temperatur 80 oC dan tekanan 3 kg/cm2. Reaksi berlangsung
selama ±30 menit dengan konversi asam lemak bebas >95%. Esterifikasi menghasilkan
produk berupa metil ester dan air. Metil ester dan gliserida yang belum bereaksi
kemudian dimasukkan ke dalam reaktor transesterifikasi, sementara air yang terbentuk
dipisahkan agar tidak terjadi reaksi saponifikasi. Metanol yang belum bereaksi
direcovery dan didaur ulang ke dalam proses esterifikasi.
Tahap transesterifikasi ini terdiri dari 2 tahap dengan total 2 reaktor berpengaduk yang
tersusun seri. Kondisi reaksi pada reaktor pertama adalah temperatur 70oC dan tekanan
1 kg/cm2. Transesterifikasi tahap pertama ini menggunakan katalis basa dengan jumlah
0.35%-berat umpan dan metanol. Konversi >80% dicapai dalam waktu sekitar 30 menit.
Produk samping yang berupa gliserol dipisahkan dari metil ester sebelum dimasukkan
kedalam reaktor ke-2. Pada reaktor ke-2 ini ditambahkan katalis 7.2%-berat metanol.
Tahap 2 ini bertujuan untuk menyelesaikan reaksi yaitu agar konversi trigliserida >98%.
Metil ester yang terbentuk dicuci dengan air panas dan dikeringkan secara vakum.
Diagram proses produksi biodiesel MPBO ditampilkan pada gambar berikut ini.
B.67.3.01
23
Gambar 2.11Process Flow Diagram Pembuatan Biodiesel MPOB
2.4.2.4 Biodiesel - ITB
Proses produksi biodiesel ITB dilakukan secara batch pada skala pilot. Metanol
digunakan dengan perbandingan metanol : minyak nabati 1,5 kali stoikiometri (4,5 : 1),
sedangkan katalis digunakan sebanyak 1%-b minyak nabati. Unit pemroses terdiri dari
unit esterifikasi, unit transesterifikasi, unit pemurnian, unit penyiapan metoksida, serta
unit recovery metanol. Diagram blok proses pembuatan biodiesel ITB ditampilkan pada
Gambar 2.12
B.67.3.01
24
Gambar 2.12 Diagram blok proses pembuatan biodiesel ITB
Unit esterifikasi digunakan untuk mengolah minyak nabati dengan kadar asam lemak
bebas tinggi (angka asam>1) sebelum diolah lebih lanjut di unit transesterifikasi.
Sementara minyak nabati dengan kadar asam lemak rendah dapat langsung diproses
dalam unit transesterifikasi.
Pada unit transesterifikasi direaksikan metoksida yang berasal dari unit penyiapan
metoksida (pencampuran metanol dengan katalis basa alkali, yaitu KOH) dengan
minyak nabati. Ciri khas proses pembuatan biodiesel ITB adalah transesterifikasi yang
dilakukan sebanyak 2 tahap. Hal ini ditujukan untuk mendorong kesetimbangan lebih ke
kanan dan mengurangi jumlah alkohol, namun tetap menghasilkan perolehan biodiesel
tinggi.
Setelah melewati tahap transesterifikasi, dilakukan tahap pemisahan fasa antara metil
ester dengan gliserol. Sisa metanol didaur ulang kembali ke dalam reaktor
transesterifikasi, sedangkan gliserol akan menuju ke tangki penyimpanan gliserol, dan
produk yang dihasilkan, metil ester, diolah dalam unit pemurnian. Unit ini terdiri dari
tahap pencucian dengan air, serta tahap pengeringan dengan sistem recycle-vacuum.
Hasil pengolahan ini siap digunakan sebagai biodiesel.
B.67.3.01
25
2.5
Syarat Mutu Biodiesel
Sebuah produk dapat dinyatakan layak digunakan apabila produk tersebut memenuhi
spesifikasi dan standar mutu yang berlaku di daerah pemasaran. Indonesia sebagai
daerah tujuan pemasaran biodiesel telah memiliki standar mutu biodiesel, yang
tercantum dalam SNI-04-7182-2006. Syarat mutu tersebut diterbitkan dan disahkan oleh
Badan Standardisasi Nasional (BSN). Standar biodiesel menurut SNI-04-7182-2006
tercantum dalam tabel berikut:
Tabel 2.8 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006
Parameter dan satuannya
Batas nilai
Metode uji
Massa jenis pada 40 oC, kg/m3
Viskositas kinematik pada 40 oC, mm2/s (cSt)
Angka setana
Titik nyala (mangkok tertutup), oC
Titik kabut, oC
Korosi bilah tembaga ( 3 jam, 50 oC)
Residu karbon, %-berat,
- dalam contoh asli
- dalam 10 % ampas distilasi
Air dan sedimen, %-vol.
Temperatur distilasi 90 %, oC
Abu tersulfatkan, %-berat
Belerang, ppm-b (mg/kg)
850 – 890
2,3 – 6,0
min. 51
min. 100
maks. 18
maks. no. 3
ASTM D 1298
ASTM D 445
ASTM D 613
ASTM D 93
ASTM D 2500
ASTM D 130
ASTM D 4530
Maks. 0,05
(maks 0,03)
maks. 0,05
maks. 360
maks. 0,02
maks. 100
Fosfor, ppm-b (mg/kg)
Angka asam, mg-KOH/g
Gliserol bebas, %-berat
Gliserol total, %-berat
Kadar ester alkil, %-berat
Angka iodium, g-I2/(100 g)
Uji Halphen
*) berdasarkan angka penyabunan, angka asam,
maks. 10
maks. 0,8
maks. 0,02
maks. 0,24
min. 96,5
maks. 115
negatif
serta kadar
Metode
setara
ISO 3675
ISO 3104
ISO 5165
ISO 2710
ISO 2160
ISO 10370
ASTM D 2709
ASTM D 1160
ASTM D 874
ASTM D 5453
ISO 3987
prEN ISO
20884
AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03
AOCS Cd 3-63
FBI-A01-03
AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
dihitung*)
FBI-A03-03
AOCS Cd 1-25
FBI-A04-03
AOCS Cb 1-25
FBI-A06-03
gliserol total dan gliserol bebas; rumus
perhitungan dicantumkan dalam FBI-A03-03
Sumber: Soerawidjaja, 2006
B.67.3.01
26