MAKALAH
PEMBUATAN BIODIESEL DARI BIJI JARAK PAGAR ( Jatropha Jatropha curcas L.) SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF
Oleh: 1. Berry Ristanti
NIM. L2C009031
2. Fitrika Dwi Hanani
NIM. L2C009055
3. Nurul Hanifah
NIM. 21030111150004 21030111150004
4. Makrufah Hidayah Islamiah
NIM. 21030111150022 21030111150022
5. Abdurrakhman
NIM. 21030111150032 21030111150032
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2012
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pertambahan jumlah penduduk yang disertai dengan peningkatan kesejahteraan masyarakat berdampak pada makin meningkatnya kebutuhan akan sarana transportasi dan aktivitas industri. Sektor transportasi sendiri saat ini menunjukkan pertumbuhan yang begitu pesat, misalnya pertumbuhan produksi mobil pertahunnya mencapai 300.000 unit. Namun, di sisi lain harga solar sebagai bahan bakar penggerak mobilmobil tersebut semakin meningkat. Dalam perkembangannya, bahan bakar solar dari turunan minyak bumi lebih banyak digunakan. Dengan harga yang murah, kinerja, dan subsidi pemerintah, bahan bakar dari minyak bumi menjadi pilihan selama bertahun-tahun. Konsumsi minyak solar di Indonesia tahun 2000-2005 rata-rata per tahun mencapai 24,5 juta kilo liter per tahun. Pada kondisi konsumsi seperti demikian padahal produksi minyak solar dalam negeri tidak mencapai 13 juta kilo liter per tahun, sehingga diperlukan impor minyak solar lebih dari 13 juta kilo liter.
Namun, ketergantungan impor dan kapasitas produksi
dalam negeri yang tidak mampu mencukupi kebutuhan menuntut dikembangkannya bahan bakar alternatif yang lebih murah dan tersedia di alam serta dapat diperbaharui (renewable), seperti biodiesel. Pada tahun 2007, Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral menyatakan persediaan minyak bumi Indonesia bisa bertahan 11 tahun, gas bumi 30 tahun, dan batu bara 50 tahun lagi. Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional, mentargetkan substitusi biofuel pada tahun 2024 adalah minimal 5% terhadap konsumsi energi nasional, serta Inpres Nomor 1 Tahun 2006 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati (Biofuel) sebagai Bahan Bakar Lain, menunjukkan keseriusan Pemerintah dalam penyediaan dan pengembangan bahan bakar nabati, diantaranya bioetanol dan biodiesel. Biodiesel atau methyl ester merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak diesel/solar. Biodiesel dapat digunakan baik secara murni maupun dicampur dengan petrodiesel tanpa terjadi perubahan pada mesin lain yang menggunakannya. Penggunaan biodiesel sebagai sumber energi semakin menuntut untuk direalisasikan. Sebab, selain merupakan solusi menghadapi kelangkaan energi
3
fosil pada masa mendatang, biodiesel juga bersifat dapat diperbaharui (renewable), dapat terurai (biodegradable), memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin karena termasuk kelompok minyak tidak mengering (non-drying oil), mampu mengurangi emisi karbon dioksida dan efek rumah kaca. Biodiesel juga bersifat ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan diesel/solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap (smoke number) rendah, terbakar sempurna (clean burning), dan tidak menghasilkan racun (non toxic).
Beberapa bahan baku untuk pembuatan biodiesel antara lain kelapa sawit, kedelai, bunga matahari, jarak pagar, tebu dan beberapa jenis tumbuhan lainnya. Dari beberapa bahan baku tersebut di Indonesia yang punya prospek untuk diolah menjadi biodiesel adalah kelapa sawit dan jarak pagar. Minyak biji jarak pagar secara kimia terdiri atas trigliserida yang berantai asam lemak lurus (tidak bercabang) dengan atau tanpa ikatan rangkap. Minyak ini tidak termasuk dalam kategori minyak makan ( edible oil) sehingga pemanfaatannya sebagai bahan baku biodiesel tidak akan menganggu penyediaan kebutuhan minyak makan nasional, kebutuhan industri oleokimia dan ekspor Crude Palm Oil (CPO). Hasil olahan jarak pagar tidak bisa dikonsumsi manusia dan hanya
digunakan untuk bahan bakar. Keadaan ini bisa menjamin bahan baku biofuel untuk masa yang akan datang.
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau lemak hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel (Vicente et al., 2006). Biodiesel termasuk bahan bakar yang terbakar sempurna dihasilkan dari beberapa minyak nabati pengganti minyak bumi. Biodiesel terdiri dari metil ester minyak nabati, dimana rantai karbon trigliserida diubah secara kimia menjadi ester dan asam lemak. Rantai hidrokarbon biodiesel pada umumnya terdiri dari
16 - 20 atom karbon, sifat
kimia biodiesel membuatnya dapat terbakar dengan sempurna, dan mengikat pembakaran pada campurannya dengan bahan bakar diesel dari minyak bumi (Vicente et al., 2006). Rantai karbon biodiesel bersifat sederhana, berbentuk lurus dan dua atom oksigen tiap cabang di degredasi oleh bakteri dibandingkan dengan rantai karbon petrodisel yang bersifat kompleks, biodiesel dari ester nabati tidak mengandung senyawa organik volatil. Beberapa studi menunjukkan bahwa pemakaiannya sebagai biodiesel memberikan efek yang berbeda satu dengan yang lain. Sifat ini berhubungan erat dengan struktur dan komposisi kandungan asam lemaknya. Misalnya kandungan asam lemak antara minyak hewan dengan tumbuhan (Leung et al., 2006). Biodiesel memiliki efek pelumasan yang tinggi, sehingga membuat mesin diesel lebih awet. Biodiesel memiliki flash point yang lebih tinggi dibanding solar, tidak menimbulkan bau yang berbahaya sehingga lebih mudah dan lebih aman untuk ditangani. Kadar belerangnya mendekati nol, tidak adanya sulfur berarti penurunan hujan asam oleh emisi sulfat penurunan sulfat dalam campuran juga akan mengurangi tingkat korosif, asam sulfat yang berkumpul dalam mesin akan merusak kinerja mesin. Biodiesel juga akan mengurangi tingkat kerusakan lingkungan (Bangun N., 2008).
5
Tabel 2.1 Syarat Mutu Biodiesel Berdasarkan SNI No.
Parameter
1 Massa jenis pada 40 °C 2 Viskositas kinematik pd 40 °C
Satuan
Nilai
kg/m
850 – 890
2
mm /s (cSt)
3 Angka setana
2,3 – 6,0 min. 51
4 Titik nyala (mangkok tertutup)
°C
min. 100
5 Titik kabut
°C
maks. 18
%-massa
maks. no 3
6 Korosi lempeng tembaga (3 jam pada 50 °C) 7 Residu karbon - dalam contoh asli
maks 0,05
- dalam 10 % ampas distilasi
(maks. 0,3)
8 Air dan sedimen
%-vol.
maks. 0,05*
°C
maks. 360
%-massa
maks.0,02
11 Belerang
ppm-m (mg/kg)
maks. 100
12 Fosfor
ppm-m (mg/kg)
maks. 10
mg-KOH/g
maks.0,8
14 Gliserol bebas
%-massa
maks. 0,02
15 Gliserol total
%-massa
maks. 0,24
16 Kadar ester alkil
%-massa
min. 96,5
17 Angka iodium
%-massa
maks. 115
9 Temperatur distilasi 90 % 10 Abu tersulfatkan
13 Angka asam
(g-I2/100 g) 18 Uji Halphen
negatif
Keunggulan biodiesel adalah sebagai berikut : 1. Mempunyai angka setana yang tinggi yaitu diatas 50. Bilangan setana yaitu bilangan yang menunjukkan kualitas pembakaran bahan bakar atau bilangan yang menunjukkan kecepatan bakar bahan bakar didalam ruang mesin. Semakin tinggi angka setana waktu tunda pembakaran semakin pendek. 2. Tidak mengandung sulfur dan benzena . 3. Dihasilkan dari sumber daya terbarukan dan ketersediaan bahan bakunya terjamin , dapat diperbaharui dan biodegradable (dapat terurai).
6
4. Biodiesel dapat dicampur dengan solar, biodiesel pada campuran 20% dengan solar dapat mengurangi partikel 30%, CO 2 sebanyak 21%, dan karbohidrat total 47 % .Biodiesel 100% dapat menurunkan emisi CO 2 sampai 100%, emisi SO2 sampai 100%, emisi CO antara 10 - 50 % , emisi HC antara 10 - 50 %, (Tritoatmodjo, 1995). 5. Viskositasnya tinggi sehingga mempunyai sifat pelumas yang baik dari pada solar sehingga memperpanjang umur pakai mesin. 6. Mempunyai titik kilat yang tinggi sehingga lebih aman dari bahya dari kebakaran pada saat disimpan dan maupun pada saat didistribusikan. 7. Dapat mengurangi asap hitam dari gas buang mesin diesel secara signifikan walaupun penambahan hanya 5% - 10 % volume biodiesel kedalam solar.
2.2
Jarak Pagar ( Jatropha curcas L.)
2.2.1 Jenis & Morfologi
Jarak Pagar juga dikenal dengan nama jarak budeg, jarak gundul, atau jarak cina. Tanaman yang berasal dari daerah tropis di Amerika Tengah ini tahan kekeringan dan tumbuh dengan cepat. Jarak Pagar berbeda dengan Jarak kaliki atau Jarak kepyar atau Jarak kosta ( Ricinus communis), yang mempunyai ciri seperti tanaman singkong racun, buahnya berbulu seperti rambutan. Jarak kepyar juga menghasilkan minyak dan digunakan sebagai bahan baku atau bahan tambahan industri cat vernis, plastik, farmasi, dan kosmetika, sehingga sudah lama dibudidayakan secara komersial di Indonesia. Akan tetapi, minyak jarak kepyar tidak cocok digunakan sebagai bahan bakar biofuel karena terlalu kental, jadi hanya bisa digunakan sebagai pelumas. Jarak kaliki ( Ricinus communis), merupakan tanaman tahunan berumur pendek (bianual), berbuah setahun sekali (terminal), sedangkan jarak pagar ( Jatropha curcas) mampu berbuah terus menerus apabila Agroklimatnya mendukung. Jarak pagar mempunyai sosok yang kekar, batang berkayu bulat dan mengandung banyak getah. Tinggi mencapai 5 meter dan mampu hidup sampai 50 tahun. Daun tunggal, lebar, menjari dengan sisi berlekuk-lekuk sebanyak 3 – 5 buah, bunga berwarna kuning kehijauan, berupa bunga majemuk berbentuk malai, berumah satu dan uniseksual, kadang-kadang ditemukan bunga hermaprodit. Jumlah bunga betina 4 – 5 kali lebih banyak daripada bunga jantan. Buah berbentuk buah kendaga, oval atau bulat telur, berupa buah kotak berdiameter 2 – 4 cm dengan permukaan tidak berbulu (gundul) dan berwarna hijau ketika masih muda dan setelah tua kuning kecoklatan.
7
Buah jarak tidak masak serentak Buah jarak pagar terbagi menjadi 3 ruangan, masingmasing ruangan 1 biji. Biji berbentuk bulat lonjong berwarna cokelat kehitaman dengan ukuran panjang 2 cm, tebal 1 cm, dan berat 0,4 – 0,6 gram/biji. Jarak pagar termasuk dalam familia Euphorbiaceae satu famili dengan tanaman karet dan ubikayu . Adapun klasifikasi Jarak pagar sebagai berikut : Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi
: Angiospermae
Kelas
: Dicotyledonae
Ordo
: Euphorbiales
Famili
: Euphorbiaceae
Genus
: Jatropha
Spesies
: Jatropha curcas L.
Jarak Pagar dapat ditemukan tumbuh subur di berbagai tempat di Indonesia. Umumnya terdapat di pagar-pagar rumah dan kebun atau sepanjang tepi jalan, tapi jarang ditemui berupa hamparan. Tanaman Jarak pagar berbentuk pohon kecil maupun belukar besar yang tingginya mencapai lima meter. Cabang-cabang pohon ini bergetah dan dapat diperbanyak dengan biji, setek atau kultur jaringan dan mulai berbuah delapan bulan setelah ditanam dengan produktivitas 0,5 – 1,0 ton biji kering/ha/tahun. Selanjutnya akan meningkat secara bertahap dan akan stabil sekitar 5 ton pada tahun ke lima setelah tanam.
Gambar 2.1 Tanaman Jarak Pagar
2.2.2 Komposisi dari Tanaman Jarak Pagar
Biji jarak memiliki berat rata-rata 0,75 gram dan daging buah mengandung protein 27-32% dan minyak 58-60%. Bungkil biji jarak dari sisa ekstraksi minyak ( fully defatted ) memiliki kandungan protein 55-58% (tabel 2.2 dan 2.3).
8
Tabel 2.2 Komposisi kimia daging biji tanaman jarak dari berbagai varietas. (Nazir Novizar, 2011) Varietas Item Cape Verde Nicaragua Ife-Nigeria Mexico,tdk beracun Bahan kering 96,6 96.9 95,7 94,2 Analisa, %bhn kering Protein 22,2 25,6 27,7 27,2 Lipida 57,8 56,8 53,9 58,5 Abu 3,6 3,6 5,0 4,3 Tabel 2.3 Komposisi kimia (% bahan kering) bungkil biji jarak pagar dari berbagai varietas. (Nazir Novizar, 2011) Varietas Cape Nicaragua Ife - TdkYautepec Bungkil Komponen Verde Nigeria beracun, Morelos kedelai a Mexico state Protein 56,4 61,2 55,7 63,8 70,9 45,7 kasar (57,3) (61,9) (56,1) (64,4) (46,5) Lipida 1,5 1,2 0,8 1,0 0,6 1,8 Abu 9,6 10,4 9,6 9,8 12,1 6,4 Energi 18,2 18,3 17,8 18,0 18,2 19,4 kotor (MJ/kg) *
a
angka dalam kurung menyatakan kandungan bebas lipida; (Martı´nez-Herrera et al. 2006).
Tabel 2.4 menunjukkan komposisi asam lemak dari minyak jarak pagar. Ia terdiri dari 23,6% berupa asam lemak jenuh terutama dari palmitat, stearat, dan asam miristat dan 76,4% berupa asam lemak tak jenuh yang terdiri dari oleat, linoleat, dan asam palmitoleat. Tabel 2.4 Kandungan Asam Lemak Minyak Jarak Pagar (Nazir Novizar, 2011) Nama umum
Nama IUPAC
Formula
Kaprat Asam Dekanoat C10H20O2 Laurat Asam Dodekanoat C 12H24O2 Miristat Asam Tetradekanoat C14H28O2 Palmitat Asam Heksadekanoat C16H32O2 Stearat Asam Oktadekanoat C18H36O2 Arachidat Asam Eikosanoat C20H40O2 Behenat Asam Dokosanoat C 22H44O2 Cis-9, Asam Tetradekanoat Miristoleat C14H20O2 Cis-9, Asam Heksadekanoat Palmitoleat C 16H30O2 Oleat C 18H34O2 Cis-9, Asam Oktadekanoat Cis-9, Cis-12, Asam Oktadekanoat Linoleat C18H32O2 Cis-6, Cis-9, Cis-12, Asam Oktadekanoat C18H30O2 Linolenat Jenis dan prosentase asam lemak dalam minyak jarak pagar bervariasi tergantung pada varietas tanaman dan kondisi pertumbuhan tanaman. Sifat fisik minyak jarak dibanding
9
dengan minyak dari tanaman lainnya dan diesel disajikan pada tabel 2.6. Sementara sifat fisiko-kimia biodiesel dari jarak pagar ditampilkan pada tabel 2.5. Tabel 2.5 Sifat fisiko-kimia biodiesel jarak pagar (Nazir Novizar, 2011) Metode uji Metil ester jarak Sifat (satuan) Batas ASTM 6751 ASTM 6751 pagar o Titik nyala ( C) D-93 Min.130 163 o Viskositas pada 40 C D-445 1,9-6,0 4,40 (cSt) Abu bersulfat (%w) D-874 Max 0,02 0,002 Sulfur (%w) D-5453 Max. 0,05 0,004 o Titik kabut ( C) D-2500 N/A 4 Korosi tembaga D-130 Max.3 1 Bilangan cetan D-613 Min.47 57,1 Air dan endapan (volume) D-2709 Max.0,05 0,05 Nilai netralisasi (mg D-664 Max.0,80 0,48 KOH/gr) Gliserin bebas (%w) D-6584 Max. 0,02 0,01 Gliserin total (%w) D-6584 Max. 0,24 0,02 Fosfor (%w) D-4951 Max. 0,001 <0,001 o Suhu distilasi D-1160 90% pada 360 C 90% Stabilitas oksidasi (jam) Tidak tersedia Tidak tersedia 3,23 Tabel 2.6 Sifat Fisik Minyak Jarak Pagar dibandingkan dengan Minyak dari Tanaman Lainnya dan Diesel ( Nazir Novizar, 2011) Asal Bilangan Nilai Titik Titik Viskositas Titik Bobot Minyak Setana Panas Kabut Tuang Kinematik Nyala Jenis (MJ/kg) (ºC) (ºC) (cSt pada pada 38ºC) 15ºC Jarak 40 – 45 39 – 40 55 pada 240 0,912 30ºC Jagung 37,6 39,5 -1,1 -40 34,9 277 0,9095 Biji 41,8 39,5 1,7 -15,0 33,5 234 0,9148 Kapuk Rapeseed 37,6 39,7 -3,9 -31,7 37,0 246 0,9115 Biji 37,1 39,6 7,2 -15,0 33,9 274 0,9161 Bunga Matahari Wijen 40,2 39,3 -3,9 9,4 35,5 260 0,9133 Kedelai 37,9 39,6 -3,9 -12,2 32,6 254 0,9138 Sawit 42,0 39,5 31,0 39,6 267 0,9180 Diesel 40 – 55 42 -15 -33 1,3 – 4,1 60 – 80 0,82 – sampai sampai 0,86 -5 -15
10
2.3
Proses Produksi Biodiesel
2.3.1 Esterifikasi
Reaksi pembentukan biodiesel adalah rekasi antara asam lemak dengan alkohol baik dengan adanya katalis ataupun tidak. Reaksi ini lazim disebut sebagai reaksi esterifikasi karena menghasilkan biodiesel sebagai senyawa esternya. Reaksi pembuatan biodiesel kerap juga disebut dengan reaksi alkoholisis karena menggunakan alkohol sebagai bahan perekasi. Adapun reaksi kimia antara asam lemak dan metanol membentuk biodiesel adalah sebagai berikut : katalis
O == R — C — OH + CH3OH
O == R — C — OCH3 + H2O
(Asam Lemak)
Metil ester asam lemak air
(Metanol)
Reaksi esterifikasi biasanya memakai asam kuat sebagai katalisnya. Asam kuat yang biasa dipakai sebagai katalis dalam proses esterifikasi adalah asam sulfat dan asam klorida, namun asam sulfat lebih sering digunakan karena kandungan air yang lebih sedikit. Penelitian yang dilakukan oleh Maher pada tahun 2004 dan Ramadhas pada tahun 2005, proses esterifikasi dilakukan secara dua tahap. Secara sederhana asam lemak bebas dikonversi menjadi metil ester asam lemak dengan perlakuan katalis asam pada tahap awal, dan pada tahap selanjutnya transesterifikasi sempurna dilakukan dengan menggunakan katalis basa (Meher,2004). Esterifikasi asam merupakan proses pendahuluan menggunakan katalis asam untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga 2%, katalis asam umumnya adalah asam sulfat dengan konsentrasi 0.5% (b/b CPO) (Ramadhas, 2005). Esterifikasi dilakukan dalam wadah berpengaduk magnetik dengan kecepatan konstan, hal ini penting untuk memastikan terjadinya reaksi diseluruh bagian reaktor, kecepatan pengaduk sebesar 350 rpm. Perbandingan mol yang sesuai antara metanol dan CPO pada proses transesterifikasi basa adalah 9:1 (Meher,2004). Transesterifikasi menggunakan katalis o
basa dilakukan didalam reaktor curah (batch reactor) pada suhu 60 C. Waktu reaksi yang dibutuhkan untuk mengkonversi trigliserida, digliserida dan monogliserida menjadi metil ester adalah selama 60 menit. Konsentrasi katalis maksimum adalah 1% KOH (b/b CPO).
11
2.3.1.1 Katalis
Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi kecepatan reaksi tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi. Katalis tidak berpengaruh pada energi bebas ∆G 0, jadi juga tidak berpengaruh terhadap tetapan kesetimbangan k. Umumnya kenaikan konsentrasi katalis juga menaikkan kecepatan reaksi, jadi katalis ini ikut dalam reaksi tetapi pada akhir reaksi diperoleh kembali (Sukardjo, 2002). Berdasarkan fasanya, proses katalisis dapat digolongkan menjadi katalisis homogen dan katalisis heterogen. Katalisis homogen ialah katalis yang mempunyai fasa sama dengan fasa campuran reaksinya, sedangkan katalisis heterogen adalah katalis yang berbeda fasa dengan campuran reaksinya. Katalisis homogen kurang efektif dibandingkan dengan katalisis heterogen karena heterogenitas permukaannya. Pada katalisis homogen katalis sukar dipisahkan dari produk dan sisa reaktanya sedangkan katalisis heterogen pemisahan antara katalis dan produknya serta sisa reaktan mudah dipisahkan dengan demikian, karena mudah dipisahkan dari campuran reaksinya dan kestabilannya terhadap perlakuan panas, katalisis heterogen lebih banyak digunakan dalam industri kimia (Meher et al., 2006; Bouaid et al., 2005; Felizardo et al., 2006; De Filippis et al., 2005; Zhang et al., 2003).
2.3.2 Transesterifikasi
Ester merupakan suatu senyawa turunan asam karboksilat dimana gugus hidroksi dari asam karboksilat digantikan oleh gugus alkoksi.Esterifikasi merupakan reaksi pembentukan ester antara asam karboksilat dan alkohol, esterifikasi adalah reaksi ionik yang merupakan kombinasi dari reaksi adisi dan penyusunan ulang (rearrangement ). Reaksi esterifikasi dapat dibagi atas dua jenis, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Esterifikasi langsung, yang merupakan reaksi antara alkohol dengan asam lemak. RCOOH + R`OH RCOOR` + H2O
12
Reaksinya merupakan reaksi substitusi nukleofilik gugus asil.Reaksinya tidak langsung secara substitusi, tetapi melalui 2 tahap. Tahap pertama adalah adisi nukleofilik dan diikuti tahap kedua yaitu eliminasi. 2.
Transesterifikasi, yang meliputi reaksi: a. Alkoholisis, merupakan reaksi antara ester dengan alkohol membentuk ester yang baru. RCOOR` + R``OH RCOOR`` + R`OH b. Asidolisis, merupakan reaksi antara ester dengan asam karboksilat membentuk ester yang baru. RCOOR` + R``COOH R``COOR` + RCOOH c. Interesterifikasi merupakan suatu reaksi ester dengan ester lainnya atau disebut ester interchange.
Transesterifikasi atau alkoholisis adalah reaksi pertukaran gugus alkohol dari suatu ester dengan ester lain. Kehadiran katalis (asam kuat atau basa kuat) akan mempercepat pembentukan ester. Transesterifikasi dapat dikatalisis oleh asam-asam Brönsted, lebih sering digunakan sulfonat dan asam sulfat (Anisa, 2010). Reaksi antara minyak atau lemak dengan alkohol merupakan reaksi yang bersifat bolak-balik. Oleh sebab itu alkohol harus ditambahkan berlebih untuk membuat reaksi berjalan kearah kanan. Menurut azas Le Chatelier bahwa: ―Setiap perubahan pada salah satu variabel sistem keseimbangan akan menggeser posisi keseimbangan kearah tertentu yang akan menetralkan/ meniadakan pengaruh variabel yang berubah tadi‖ (Bird, 1993). Biodiesel dapat berupa metil ester atau etil ester tergantung jenis alkohol yang digunakan. Tetapi yang paling sering diproduksi adalah metil ester karena metanol mudah didapat dan tidak mahal. Metanol lebih reaktif dibandingkan dengan etanol, sehingga penggunaan metanol menghasilkan mono dan diasilgliserol yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan penggunaan etanol pada kondisi reaksi yang sama (Freedman, 1984). Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan sehingga digunakan metanol berlebih untuk menggeser arah reaksi kekanan. Transesterifikasi dilakukan o
o
pada suhu 50 C – 70 C dan pada kondisi tekanan atmosfer. Suhu reaksi pada transesterifikasi minyak kelapa sawit yang sesuai adalah pada 60
o
C, hal ini
o
disebabkan karena suhu ini mendekati titik didih metanol (65 C) dan titik leleh CPO o
(55 C), pada suhu ini reaktan akan tercampur secara homogen (Foon, 2004).
13
Minyak dan lemak dengan kandungan asam lemak bebas dalam jumlah banyak tidak dapat dikonversi secara langsung menjadi metil ester dengan menggunakan katalis basa. Pengaruh negatif transesterifikasi katalis basa terhadap minyak dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi akan mengakibatkan asam lemak bebas bereaksi dengan katalis yang ditambahkan dan selanjutnya bereaksi menghasilkan sabun, disamping itu sebagian katalis akan dinetralisasi. Jika terdapat air dalam reaksi, sabun akan terbentuk dengan terlebih dahulu membentuk emulsi dengan metanol dan minyak, sehingga reaksi metanolisis tidak dapat terjadi. Adanya sabun akan menyebabkan naiknya koefisien viskositas dan pembentukan gel yang akan mengganggu jalannya reaksi serta berpengaruh terhadap proses pemisahan gliserol (Freedman, 1984).
14
BAB III PROSES PEMBUATAN
3.1
Diagram Proses
Biji Jarak Pagar
Screw Press
Degumming
Filtrasi
Metanol
Minyak Jarak Pagar
NaOH
Mixer
Transesterifikasi biodiesel, gliserol, sisa methanol, sisa katalis, dan sabun
Tangki Methanol
Distilasi biodiesel, gliserol, sabun, dan sisa katalis
Dekanter
H3PO4
Metil ester
Netralisasi
air
biodiesel, garam,FFA
Pencucian
gliserol, sisa katalis, dan sabun
biodiesel, FFA
Uap air
Heater
garam
Tangki Biodiesel
FFA
Tangki FFA
garam
Dekanter
Gliserol
Biodiesel
Cooler
Tangki Asidulasi
Dekanter
Flash drum
Evaporator
Tangki Gliserol
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Biodiesel dari Biji Jarak Pagar
15
3.2
Deskripsi Proses
Langkah – langkah yang harus dilakukan dalam pembuatan biodiesel dari minyak biji jarak pagar, yaitu: 1. Persiapan bahan baku dan bahan pembantu 2. Proses pembentukan biodiesel 3. Proses pemisahan biodiesel 4. Proses pemurnian biodiesel
3.2.1 Persiapan Bahan Baku dan Bahan Pembantu
Sebelum proses untuk menghasilkan biodiesel, terlebih dahulu biji jarak disortir dari kotoran dan bahan ikutan lainnya. Setelah itu, biji jarak yang masih bersama bungkilnya dimasukkan dalam mesin press untuk diproses dan menghasilkan minyak mentah. Teknik pengepresan biji jarak ini dilakukan dengan menggunakan screw press yang telah banyak digunakan di industri pengolahan minyak jarak saat ini. Dengan cara ini biji jarak dipress menggunakan pengepresan berulir ( screw) yang berjalan secara kontinyu. Teknik ekstraksi ini tidak memerlukan perlakuan pendahuluan bagi biji jarak yang akan diekstraksi. Tipe alat pengepres berulir yang digunakan dapat berupa pengepres berulir tunggal ( single screw press) atau pengepres berulir ganda ( twin screw press). Rendemen minyak jarak yang dihasilkan dengan teknik
pengepres berulir
tunggal (single screw press ) sekitar 25 - 35 persen, sedangkan dengan teknik pengepres berulir ganda (twin screw press) dihasilkan rendemen minyak sekitar 40 - 45 persen. Minyak biji jarak pagar tersebut mengalami proses degumming untuk menghilangkan gum atau getah yang terkandung dalam minyak mentah jarak pagar (CJO). Proses degumming ini dilakukan dengan memanaskan minyak hingga suhu ±90ºC. Setelah tercapai suhu ±90ºC, dilakukan penambahan asam phospate sebesar 1% dari berat minyak kemudian diaduk selama 15 menit. Setelah selesai diaduk, minyak biji jarak pagar tersebut disaring untuk membersihkan minyak dari proses degumming.
3.2.2 Proses Pembentukan Biodiesel
Proses pembuatan biodiesel menggunakan bahan baku minyak biji jarak pagar dan methanol dengan katalis NaOH. Minyak yang digunakan merupakan minyak yang telah mengalami proses degumming dan kandungan asam lemak bebasnya (FFA) kurang dari 0,5%. Minyak dari tangki penampung minyak dipompa menuju heater untuk
16
dipanaskan sampai suhu 60 °C yang selanjutnya akan diumpankan ke reaktor transesterifikasi. Methanol dari tangki penampung methanol dipompa menuju mixer, selanjutnya katalis NaOH juga diumpankan ke mixer untuk dilarutkan dengan methanol dan bereaksi membentuk natrium metoksida. Methanol yang digunakan excess. NaOH yang digunakan sebanyak 1% dari massa minyak. Larutan natrium metoksida selanjutnya dipompa menuju reaktor transesterifikasi untuk direaksikan dengan minyak. Reaksi transesterifikasi terjadi di reaktor transesterifikasi pada suhu 60 °C, tekanan 1 atm, dan waktu tinggal 1 jam dengan konversi yang dihasilkan sebesar 98%. Reaksi yang terjadi bersifat endotermis dan reversibel. Reaktor yang digunakan merupakan reaktor CSTR dengan kecepatan putaran pengaduk 600 rpm. Reaktor dilengkapi jaket pemanas dengan media pemanas berupa low pressure steam untuk menjaga suhu reaksi. Setelah digunakan untuk memanaskan, steam akan berubah menjadi kondensat dan dialirkan ke unit utilitas. Hasil reaksi berupa campuran biodiesel, gliserol, sisa methanol, sisa katalis, dan sabun. Campuran hasil reaksi selanjutnya akan menuju proses pemisahan biodiesel.
3.2.3 Proses Pemisahan Biodiesel
Campuran hasil reaksi dari reaktor dialirkan menuju kolom distilasi untuk memisahkan methanol. Distilasi berlangsung pada suhu 70 °C dan tekanan 1 atm. Produk atas berupa methanol 99,85% dan H 2O 0,15% yang selanjutnya akan ditampung dalam tangki penampung methanol. Hasil bawah berupa campuan biodiesel, gliserol, sabun, dan sisa katalis selanjutnya dipompa menuju dekanter untuk memisahkan biodiesel (metil ester). Kelarutan gliserol dalam metil ester kecil sehingga akan terpisah antara gliserol di bagian bawah dan metil ester di bagian atas. Selanjutnya gliserol dan metil ester akan dimurnikan.
3.2.4 Proses Pemurnian Biodiesel
Metil ester pada bagian atas dekanter dipompa menuju tangki netralisasi untuk menetralkan sisa katalis NaOH dan mengikat sabun yang terbentuk selama reaksi. Pada tangki netralisasi ditambahkan asam phosfat. Sabun akan bereaksi dengan asam phosfat membentuk garam yang larut dalam air dan asam lemak bebas (FFA), sedangkan NaOH akan bereaksi dengan asam phosfat membentuk garam. Reaksi yang terjadi sebagai berikut ini :
17
RCOONa + H3PO4 NaOH + H3PO4
RCOOH + Na3PO4 Na3PO4 + H2O
Campuran biodiesel, garam, dan FFA akan menuju washing column untuk dicuci. Netralisasi sebelum pencucian bertujuan untuk mengurangi jumlah air yang dibutuhkan dan meminimalisasi potensi pembentukan emulsi ketika air ditambahkan pada biodiesel. Garam akan dihilangkan selama proses pencuian dan FFA akan tetap bercampur dengan biodiesel. Air dispray dari atas kolom sehingga garam akan larut bersama air dan turun ke bawah, biodiesel dan FFA berada di bagian atas. Biodiesel akan dipisahkan kandungan air yang masih terikut. Biodiesel dipanaskan dengan heater sampai suhu 100 °C selanjutnya dialirkan menuju flash drum untuk memisahkan uap air. Uap air akan naik ke atas dan biodiesel akan turun. Produk biodiesel selanjutnya didinginkan dalam cooler sampai suhu 30 °C. Biodiesel kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan biodiesel. Gliserol, sabun, dan sisa katalis dari dekanter akan diumpankan ke tangki asidulasi untuk menetralkan sisa katalis dan mengikat sabun. Proses yang terjadi sama seperti tangki netralisasi. Gliserol, FFA, dan garam dari tangki asidulasi dialirkan menuju dekanter. FFA tidak larut dalam gliserol sehingga akan berada pada bagian atas dan dapat dipisahkan untuk selanjutnya disimpan pada tangki penampung FFA. Selanjutnya garam akan diendapkan dalam dekanter. Gliserol akan diambil dan dipekatkan dengan evaporator sehingga didapat gliserol dengan kemurnian 85 % dan H2O 15%. Gliserol ditampung dalam tangki penampung gliserol.
18
BAB IV DAFTAR PUSTAKA
Anisa, 2010. Studi Pembuatan Metil Ester dari Minyak Kelapa Sawit dengan Katalis Padat CaO/g Al2O3, http://farisarizki.blogspot.com/2010/11/studi-pembuatan-metil-ester-dariminyak.html, akses:22 November 2012 Bangun, N. 2008. Dimetil Ester Rantai Cabang Sebagai Energi Biodiesel Hasil Turunan Asam Oleat Minyak Kelapa Sawit. Laporan Hasil Penelitan. Universitas Sumatera Utara. Bird, T., 1993. Kimia Fisika untuk Universitas. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Bouaid Abderrahim, Diaz Yolanda, Martinez Mercedes, Aracil Jose., 2005. Pilot Plant Studies of Biodiesel Production using Brassicacarinata as Raw Material. Catalysis Today 106, 193-196. De Filippis P., Giavarani C., Scarsella M., Sorrentino M., 1995. Transesterification Processes for Vegetable Oils: A Simple Control Method of Methyl Ester Content. Journal of the American Oil Chemists 72,1399-1344. Felizardo Pedro, Neiva Correia M. Joana, Raposo Idalina, Mendes Joao, Berkemeier Rui, Bordado Joao Moura., 2006. Production of Biodiesel from Waste Frying Oils. Waste Management 26, 487-494 Freedman B., Pryde E.H., Mounts T.L., 1984. Variables Affecting the Yields of Fatty Esters from Transterified Vegetable Oils Journal of the American Oil Chemist’s Society 61, 1-2. Leung D.Y.C., Guo Y., 2006. Transterification of Neat and Used Frying Oil: Optimization for Biodiesel Production. Fuel Process Technology 87, 883-884. Meher L.C., Sagar D. Vidya, Naik S.N., 2004. Technical Aspect of Biodiesel Production by Transesterification-A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 10, 248268. Nazir Novizar., 2011. Pengembangan Proses Pembuatan Biodiesel Jarak Pagar ( Jatropha curcas l.) melalui Transesterifikasi In Situ,
Katalis Heterogen dan Detoksifikasi.
Disertasi, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor, pp. 11-15. Ramadhas A.S., Jayaraj S., Muraleedharan C., 2005. Biodiesel Production from High FFA Rubber Seed Oil. Fuel 84, 335-340. Sukardjo, 2002. Kimia Fisika. Bina Aksara, Yogyakarta.
19
Vicente, G., Martinez, M., Aracil, J., 2006. A Comparative Study of Vegetable Oils for Biodiesel Production in Spain. Energy & Fuels 20, 394-398. Zhang Y., Dube M.A.,McLean D.D., Kates M., 2003. Biodiesel Production from Waste Cooking Oil: 2. Economic Assesment and Sensitivity Analysis. Bioresource Technology 90, 229-240.
