bab ii tinjauan pustaka 2.1 jarak pagar (jatropha...
TRANSCRIPT
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jarak Pagar (Jatropha curcas)
Tanaman jarak pagar ini berasal dari Amerika Tengah, mulai banyak ditanam di
Indonesia semenjak masa penjajahan Jepang, bijinya digunakan untuk bahan
bakar bagi pesawat tempur Jepang (Nurcholis.M, 2007 ) Istilah tumbuhan ini
dikenal dengan berbagai nama di Indonesia sesuai dengan daerahnya antara lain :
jarak kosta, jarak budge (Sunda); jarak gundul, jarak pager (Jawa); kalekhe paghar
(Madura) ; jarak pager (Bali) ; lulu mau, paku kase, jarak pageh (Nusa Tenggara);
kuman nema (Alor); jarak kosta, jarak wolanda, bindalo, bintalo, tondo utomene
(Sulawesi); ai huwa kama, balacai, kadoto (Maluku)
Gambar 2.1. Pohon Jarak Pagar Tanaman (Jatropha curcas)
Jarak pagar berupa pohon kecil atau perdu, umurnya dapat mencapai 50
tahun, tinggi tanaman 1,5 – 5 meter. Jarak pagar tumbuh pada kondisi
lingkungannya sesuai, dengan curah hujan 300 –700 mm/tahun (Bramasto.Y,
2003), meskipun demikian, jarak pagar tahan hidup didaerah sangat kering
dengan curah hujan 48-200 mm/tahun. Jarak pagar dapat tumbuh pada daerah
Universitas Sumatera Utara
8
ketinggian 0 – 800 m diatas permukaan laut, dengan suhu rata-rata 20 oC – 35oC
PH tanah yang sesuai untuk tanaman ini adalah 5,0 – 6,2 ( Hamdi.A, 2005) Jarak
pagar dapat digunakan sebagai penahan erosi tanah oleh air dan deflasi pasir di
bukit pasir (wind barrier). Produksi biji sangat beragam, mulai dari 0,4
ton/ha/tahun sampai lebih dari 12,5 ton/ha/tahun. Faktor yang dapat
mempengaruhi produktivitas antara lain varietas, umur tanaman, pengairan, iklim
dan tanah.
Gambar 2.2. Buah/Biji Pohon Jarak Pagar Tanaman
Jarak pagar mudah dibudidayakan dan dapat tumbuh dengan cepat.
Kandungan minyak pada jarak pagar sebanyak 25 % – 35 % pada bijinya dan
50% – 60% pada dagingnya.
Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Zat pada Biji Jarak Pagar Tanaman
Kandungan Zat Komposisi (dalam %)
air 20Protein 18Lemak 38karbohidrat 17serat 15,5abu 5,3
2.2 Bioenergi
Bioenergi adalah bahan bakar alternatif terbarukan yang prospektif untuk
dikembangkan, tidak hanya karena harga minyak bumi dunia melonjak naik
seperti sekarang ini, tetapi juga karena terbatasnya produksi minyak bumi
Indonesia saat ini, sehingga pengembangan bioenergi semakin mendesak untuk
Universitas Sumatera Utara
9
segera dilaksanakan. Ketersediaan energi fosil yang diramalkan tidak akan
berlangsung lama lagi memerlukan solusi yang tepat, yakni dengan mencari
sumber energi alternatif. Sekarang ini tersedia beberapa jenis energi pengganti
minyak bumi yang ditawarkan, antara lain tenaga baterai (fuel cells), panas bumi
(geo-thermal), tenaga laut (ocean power), tenaga matahari (solar power), tenaga
angin (wind power), batu bara, nuklir, gas, fusi dan biofuel. Di antara jenis-jenis
energi alternatif tersebut, bioenergi dirasa cocok untuk mengatasi masalah energi
karena beberapa kelebihannya. Kelebihan bioenergi, selain bisa diperbaharui,
adalah bersifat ramah lingkungan, dapat terurai, mampu mengeliminasi efek
rumah kaca, dan kontinuitas bahan bakunya terjamin. Bioenergi dapat diperoleh
dengan cara yang cukup sederhana, yaitu melalui budi daya tanaman penghasil
biofuel dan memelihara ternak.
Tabel 2.2 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia
Jenis SumberEnergi
Potensi Kapasitas terpasang
Hidro 75,67 GW 4200 MWMikrohidro 712 MW 206 MWGeotermal 27 MW 807 MWBiomassa 49,81 GW 302,4MWSurya 4,8 kW/m2/hari 6 MWAngin 3-6 m/detik 0,6 MW
Sumber : Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2004
Bioenergi dapat diperoleh dengan cara yang cukup sederhana, yaitu melalui budi
daya tanaman penghasil biofuel dan memelihara ternak. Hal ini berbeda dengan
jenis energi alternatif lainnya, beberapa jenis energi alternatif seperti berikut :
Tenaga baterai yang terbilang mahal dan rumit
Batubara yang memiliki efek gigaton karbon berbahaya dan bersifat tidak
terbarukan
Gas yang memerlukan investasi besar
Panas bumi yang tidak sederhana dan tidak murah
Energi laut yang walaupun potensial di Indonesia sebagai negara maritim
tapi masih dalam tahap percobaan dan penelitian
Universitas Sumatera Utara
10
Energi angin yang hanya cocok di daerah yang berangin kencang (kecepatan
minimum angin rata-rata 4 m/s)
Energi surya yang dibilang energi gratis tapi masih mahal
Energi fusi yang merupakan energi masa depan yang supermahal, dan
Energi nuklir yang masih kontroversial
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, bioenergi
bertransformasi menjadi bentuk yang lebih modern. Bioenergi yang kita kenal
sekarang mempunyai dua bentuk, yaitu tradisional dan modern. Bioenergi
tradisional yang sering kita temui yaitu kayu bakar, sedangkan bioenergi yang
lebih modern di antaranya bioetanol, biodiesel. Biofuel adalah bahan bakar dari
sumber hayati (renewable energy). Biofuel apabila diartikan untuk pengganti
BBM maka biofuel merupakan salah satu bentuk energi dari biomassa dalam cair.
2.3 Bioetanol
Salah satu fungsi alkohol adalah sebagai ocyane booster, artinya alkohol
mampu menaikkan nilai oktan dengan dampak positif terhadap efisiensi bahan
bakar dan menyelamatkan mesin. Fungsi lain ialah oxigenating agent, yakni
mengandung oksigen sehingga menyempurnakan pembakaran bahan bakar
dengan dampak meminimalkan pencemaran udara. Alkohol bahkan berfungsi
sebagai fuel extender, yaitu menghemat bahan bakar fosil. Penggunaan alkohol
sebagai bahan bakar mobil sebenarnya telah lama dikenal. Pada tahun 1880 an
Henry Ford membuat mobil qudricycle dan menyusul pada tahun 1908 muncul
mobil Ford dengan alkohol sebagai bahan bakarnya. Namun seperti halnya
biodiesel yang terbuat dari minyak kacang tanah (Arachis hipogaea) yang
diperagakan tahun 1898 oleh Rudolf Diesel, penggunaan biofuel kurang
ditanggapi pada dekade lalu karena petrofuel yang murah dan melimpah. Namun
kini, tampaknya kita harus meningkatkan fungsi fuel extender dari biofuel
termasuk penggunaan alkohol, karena kandungan petrofuel yang semakin
menyusut. Etanol sintesis (sering disebut metanol atau metil alkohol atau alkohol
kayu) terbuat dari etilen, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini
diperoleh dari proses sintesa kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol
Universitas Sumatera Utara
11
direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan
fermentasi). Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung
komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia
industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol,
campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi
dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade
sebagai berikut.
- Grade Industri dengan kadar alkohol 90 – 94%.
- Netral dengan kadar alkohol 96 – 99,5%, umumnya digunakan untuk
minuman keras atau bahan baku farmasi.
- Grade bahan bakar dengan kadar alkohol di atas 99,5%.
Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula.
Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa,
sukrosa, maupun fruktosa oleh ragi (yeast) terutama Saccharomyces sp atau
bakteri Zymomonas mobilis. Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol
dan gas karbondioksida. Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai
tanaman yang menghasilkan gula (seperti jagung, singkong, dan sagu). Pada tahap
persiapan, bahan baku berupa padatan harus dikonversi terlebih dahulu menjadi
larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan
bahan-bahan yang sudah dalam bentuk larutan gula (seperti molase) dapat
langsung difermentasi, mengandung oksigen sehingga menyempurnakan
pembakaran bahan bakar.
2.4 Minyak Nabati
Bioetanol Pengertian ilmiah paling umum dari istilah ‘biodiesel’ mencakup
sembarang (dan semua) bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumber daya
hayati atau biomassa. Sekalipun demikian, menganut definisi yang pengertiannya
lebih sempit tetapi telah diterima luas di dalam industri, yaitu bahwa “biodiesel
adalah bahan bakar mesin/motor diesel yang terdiri atas ester alkil dari asam-asam
lemak” (Soerawidjaja.T.H, 2006). Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabati
Universitas Sumatera Utara
12
maupun lemak hewan, namun yang paling umum digunakan sebagai bahan baku
pembuatan biodiesel adalah minyak nabati.
Semua minyak nabati dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar
namun dengan proses-proses pengolahan tertentu. Tabel 2.3 menunjukkan
berbagai macam tanaman penghasil minyak nabati serta produktivitasnya.
Tabel 2.3 Tanaman Penghasil Minyak Nabati serta Produktivitasnya
Nama Indonesia Nama Inggris Nama Latin Kg/ha/tahun
Sawit Oil palm Elaeis guineensis 5000Kelapa Coconut Cocos nicifera 2260Alpokat Avocado Persea americana 2217K.Brazil Brazil nut Bertholletia excelsa 2010
K.Makadam Macadamia nut Macadamia ternif 1887Jarak Pagar Physic nut Jatropha curcas 1590
Jojoba Jojoba Simmondsia califor 1528K.Pekan Pecan nut Carya pecan 1505
Jarak Kaliki Castor Ricinus communis 1188Zaitun Olive Olea europea 1019Kanola Rapeseed Brassica napus 1000Opium Poppy Papaver
somniferum978
Sumber: Soerawidjaja .T.H, 2006
Semua Minyak nabati dan biodiesel tergolong ke dalam kelas besar
senyawa-senyawa organik yang sama, yaitu kelas ester asam-asam lemak. Akan
tetapi, minyak nabati adalah triester asam-asam lemak dengan gliserol, atau
trigliserida, sedangkan biodiesel adalah monoester asam-asam lemak dengan
metanol. Perbedaan wujud molekuler ini memiliki beberapa konsekuensi penting
dalam penilaian keduanya sebagai kandidat bahan bakar mesin diesel :
1. Minyak nabati (yaitu trigliserida) berberat molekul besar, jauh lebih besar
dari biodiesel (yaitu metal ester). Akibatnya, trigliserida relatif mudah
mengalami perengkahan (cracking) menjadi aneka molekul kecil, jika
terpanaskan tanpa kontak dengan udara (oksigen)
2. Minyak nabati memiliki kekentalan (viskositas) yang jauh lebih besar dari
minyak diesel/solar maupun biodiesel, sehingga pompa penginjeksi bahan
bakar di dalam mesin diesel tak mampu menghasilkan pengkabutan
Universitas Sumatera Utara
13
(atomization) yang baik ketika minyak nabati disemprotkan ke dalam kamar
pembakaran
3. Molekul minyak nabati relatif lebih bercabang dibanding metil ester asam
lemak. Akibatnya, angka setana minyak nabati lebih rendah daripada angka
setana metal ester. Angka setana adalah tolok ukur kemudahan
menyala/terbakar dari suatu bahan bakar di dalam mesin diesel
Di luar perbedaan yang memiliki tiga konsekuensi penting di atas, minyak nabati
dan biodiesel sama-sama berkomponen penyusun utama (≥ 90 % berat) asam
lemak. Pada kenyataannya, proses transesterifikasi minyak nabati menjadi meti
ester asam-asam lemak, memang bertujuan memodifikasi minyak nabati menjadi
produk (yaitu biodiesel) yang berkekentalan mirip solar, berangka setana lebih
tinggi.
2.4.1 Komposisi Dalam Minyak Nabati
Komposisi yang terdapat dalam minyak nabati terdiri dari trigliserida-
trigliserida asam lemak (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati,
mencapai sekitar 95%), asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau biasa disingkat
dengan FFA), monogliserida dan digliserida, serta beberapa komponen-komponen
lain seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur. Bahan-bahan mentah
pembuatan biodiesel adalah (Mittelbach, 2004):
a. Trigliserida-trigliserida, yaitu komponen utama aneka lemak dan minyak
lemak.
b. Asam-asam lemak, yaitu produk samping industri pemulusan (refining)
lemak dan minyak-lemak.
2.4.2 Monogiliserida, Digliserida, Trigliserida dan Total Gliserol
Trigliserida adalah triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu
asam-asam karboksilat beratom karbon 6 s/d 30. Trigliserida banyak dikandung
dalam minyak dan lemak, merupakan komponen terbesar penyusun minyak
nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida. Struktur
molekul dari ketiga macam gliserida tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3.
Universitas Sumatera Utara
14
Gambar 2.3 . Struktur molekul monogliserida, digliserida dan trigliserida
Kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida yang diperbolehkan
0,80%, 0,20 % dan 0,20 % (mol/mol) dan total maksimum dari gliserol
adalah 0,25% (mol/mol). Total gliserol disini adalah jumlah total gliserol yang
terikat pada monogliserida, digliserida dan trigliserida (Frisda.R, 2005). Biodiesel
yang memiliki kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida lebih dari
baku mutu dapat menyebabkan pembentukan deposit pada injector nozzle, piston
dan katup pada mesin.
2.4.3 Asam Lemak Bebas
Struktur asam lemak bebas (FFA) adalah asam lemak yang terpisahkan dari
trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat
disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis.
Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati.
Dalam proses konversi trigliserida menjadi alkil esternya melalui reaksi
transesterifikasi dengan katalis basa, asam lemak bebas harus dipisahkan atau
dikonversi menjadi alkil ester terlebih dahulu karena asam lemak bebas akan
mengkonsumsi katalis.
Gambar 2.4 Struktur umum molekul asam lemak bebas
Dengan R menyatakan gugus alkil dalam gugus kimia.
Universitas Sumatera Utara
15
Kandungan asam lemak bebas dalam biodiesel akan mengakibatkan terbentuknya
suasana asam yang dapat mengakibatkan korosi pada peralatan injeksi bahan
bakar, membuat filter tersumbat dan terjadi sedimentasi pada injektor. Pemisahan
atau konversi asam lemak bebas ini dinamakan tahap pre esterifikasi.
2.5 Minyak Jarak Pagar
Penggunaan minyak nabati seperti minyak sawit, minyak kedelai, minyak
bunga matahari, minyak kacang tanah, dan minyak zaitun sebagai bahan bakar
alternatif bagi mesin diesel telah dimulai sejak 9 dekade yang lalu. Seiring
dengan berkurangnya cadangan minyak mentah secara drastis, penggunaan
minyak nabati sebagai bahan bakar diesel sekali lagi diajukan di banyak negara.
Sebagai contoh, minyak kedelai di USA, minyak lobak dan minyak bunga
matahari di Eropa, minyak kelapa sawit di Asia Tenggara (khususnya Malaysia
dan Indonesia) dan minyak kelapa di Filipina dipertimbangkan sebagai bahan
pengganti minyak diesel. Unsur pokok dari minyak nabati adalah trigliserida.
Minyak nabati terdiri dari 90-98% trigliserida dan sejumlah kecil monogliserida
dan digliserida. Trigliserida adalah ester dari tiga asam lemak dan satu gliserol. Ini
mengandung sejumlah besar oksigen pada strukturnya. Asam lemak berbeda-beda
dalam hal panjang rantai karbonnya, dan dalam jumlah ikatan gandanya. Pada
asam lemak pada umumnya ditemukan asam stearat, asam palmitat, asam oleat,
asam limoleat, dan asam linolenat.
Minyak jarak murni sebenarnya bisa langsung digunakan pada mesin
diesel, baik sebagai campuran maupun pengganti solar, tetapi perlu dilakukan
modifikasi mesin. Umumnya biodiesel yang diperoleh jika digunakan pada mesin
biasanya dicampur dengan solar dengan perbandingan tertentu.
B50 artinya 50 % Biodiesel dan 50 % solar
B5 artinya 5 % Biodiesel dan 95 % solar.
Minyak jarak yang akan diproses menjadi biodiesel mempunyai
persyaratan kualitas tertentu. Spesifikasi minyak jarak untuk pembuatan
biodiesel dapat dilihat pada Tabel 2.4 berikut.
Universitas Sumatera Utara
16
Tabel 2.4 Spesifikasi Minyak Jarak Pagar untuk Biodiesel
Parameter Spesifikasi
Asam lemak bebas < 2,0 % beratKandungan air <1000 ppmP(fosfor) <20 ppm beratS(sulfur) <50 ppmBilangan iodium < 120 mgI2/100gAngka penyabunan >190 mg KOH/gSpesific gravity 0,840 – 0,920Asam miristat 0,38 %Asam palmitat 16,0 % maksimalAsam palmitoleat 1 – 3,5 %Asam stearat 6 – 7,0 %Asam oleat 42 – 43,5 %Asam linoleat 33 – 34,4 %Asam linolenat >0,80 %Asam arakhidat 0,20 %Asam gadoleat 0,12 %
(Lele.S, 2005)
Struktur kimia dari minyak jarak pagar terdiri dari trigliserida dengan rantai
asam lemak yang lurus (tidak bercabang), dengan atau tanpa rantai karbon tak
jenuh, mirip dengan CPO. Struktur kimia dari minyak jarak pagar sangat berbeda
dengan minyak jarak kepyar (Ricinnus communis Linn), yang mempunyai cabang
hidroksil, hal ini dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6
Gambar 2.5 Struktur kimia minyak jarak pagar
Gambar 2.6 Struktur kimia minyak jarak pagar kepyar
Viskositas kinematik minyak nabati bervariasi pada kisaran 30 sampai 40
cSt pada suhu 38oC. Viskositas yang tinggi pada minyak ini sesuai dengan massa
Universitas Sumatera Utara
17
molekul dan struktur kimianya yang besar. Minyak nabati mempunyai berat
molekuler yang tinggi yaitu berkisar pada 600 sampai 900, yang merupakan tiga
kali lebih besar dari minyak diesel. Titik nyala minyak nabati juga tinggi (diatas
200oC). Nilai kalor dari minyak tersebut berkisar 39 sampai 40 MJ/kg, ini lebih
rendah dibanding minyak diesel (sekitar 45 MJ/kg).
Tabel 2.5 Komposisi Bahan Kimia dari Biji, kulit dan Buah Jarak Pagar
Asam Lemak Biji Kulit Buah
Protein Kasar 22,2 - 27,2 4,3 - 4,5 56,4 - 63,8Lemak 56,8 - 58,4 0,5 - 1,4 1,0 - 1,5Abu 3,6 - 3,8 2,8 - 6,1 9,6 - 10,4Serat detergen netral 3,5 - 3,8 83,9 - 89,4 8,1 - 9,1Serat detergen asam 2,4 - 3,0 74,6 - 78,3 5,7 - 7,0Lignin detergen asam 0,0 - 0,2 45,1 - 47,5 0,1 - 0,4Jumlah energy (MJ kg-1) 30,5 - 31,1 19,3 - 19,5 18,0 - 18,3
(Lusiana.W, 2007)
Adanya ikatan kimia oksigen pada minyak nabati menurunkan nilai kalornya
sebanyak 10%. Angka setana minyak nabati berkisar pada 32 sampai 40. Bilangan
jodium berkisar dari 0 200, bergantung dari derajat ketidakjenuhannya. Makin
tinggi bilangan jodium, makin tinggi pula derajat ketidakjenuhannya. Titik didih
dan titik tuang minyak nabati lebih tinggi daripada minyak diesel.
Keuntungan minyak jarak pagar sebagai biodiesel antara lain tidak termasuk
kategori minyak makan (edible oil) sehingga pemanfaatannya tidak menggangu
penyediaan kebutuhan minyak makan dan dapat dikembangkan di daerah kering
dan lahan marginal. Disamping itu terdapat manfaat lain yang dapat
dikembangkan yaitu sebagai bahan untuk pembuatan sabun, obat-obatan, bahan
kimia dan bungkil/ampasnya untuk pupuk organik karena mengandung zat
Nitrogen (N) dan bahan-bahan organik lainnya.
Minyak jarak pagar mempunyai warna kuning terang dan mempunyai
bilangan jodium yang tinggi (sekitar 105,2 mg iod/g), yang menunjukkan
tingginya hidrokarbon tak jenuh. Hal ini dapat dibuktikan dari hasil uji komposisi
asam lemak minyak jarak pagar. Jenis asam lemak minyak jarak pagar mirip
dengan jenis minyak lainnya, namun kandungan asam oleat dan linoleatnya
Universitas Sumatera Utara
18
berkisar 90%. Struktur dan komposisi kimianya menyebabkan minyak jarak pagar
lebih disukai sebagai pengganti CPO pada aplikasi non pangan. Perbandingan
kemampuan produksi minyak jarak pagar dengan minyak nabati lain, dapat di
lihat pada Tabel 2.6
Tabel 2.6 Perbandingan Kandungan Minyak Beberapa Tanaman
Nama Tanaman Kandungan minyak per hektarSetaraUSgallon /acre
Inggris Indonesia Kilogram LiterCorn Jagung 145 172 18Oats Gandum 183 217 23Cotton Kapas 273 325 35Hemp Ganja 305 363 39Soybean Kedelai 375 446 48Coffe Kopi 386 459 49Linseed(flax) Rami 402 178 51Pumpkin Seed Biji labu 449 534 57Coriander Ketumbar 450 536 57Sesame Wijen 585 696 74Cocoa Coklat 863 1026 110Peanuts Kacang tanah 890 1059 113Rapeseed Lobak 1000 1190 127Olives Zaitun 1019 1212 129Castor beans Jarak Kepyar 1188 1413 151Pecans nuts Kemiri 1505 1791 191Jatropha Jarak Pagar 1590 1892 202Avocado Avokad 2217 2638 281Coconut Kalapa 2260 2689 278Palm oil Kelapa sawit 5000 8950 635
(http//www.libertyvegetableoil.com/products.html)
2.6 Bahan Bakar Diesel
Biodiesel bahan bakar tersusun atas ratusan rantai hidrokarbon yang berbeda
yaitu pada rentang 12 sampai 18 rantai karbon, didapat pada fraksi distilasi pada suhu
antara 250oC - 370oC. Hidrokarbon yang terdapat dalam minyak diesel meliputi
parafin, naftalena, olefin, dan aromatik (mengandung 24% aromatik berupa benzena,
toluena, xilena, dan lain-lain), dimana temperatur penyalaannya akan menjadi lebih
tinggi dengan adanya hidrokarbon volatil yang lebih banyak. Tabel berikut
menunjukkan standar sifat-sifat biodiesel yang sesuai dengan standar ASTM
Universitas Sumatera Utara
19
Tabel 2.7 Standar ASTM Untuk Bahan Bakar Biodiesel
Parameter TesMetode Analisa ASTM
Nilai Satuan
Gravitasi Spesifik D1298 0,86 - 0,90 g/cm3 (150C)Gross Heating Value D2382 17.65 min Btu/lbCloud Point D2500 Report to
customerF
Pour Point D97 28 max FFlash Point D93 100 min 0CViskositas Kinematik 400C D445 1,9 – 6,0 cstAir dan endapan D2709 0,05 max % volCopper strip corrosion D130 No. 3 b max Deg. Of
CorrosionSulfur D2622 0,05 max % massResidu carbon D4530 0,05 max % massCetane number D613 40 minAbu sulfat D482 0,02 max % massNeutralization/Acid number D664 0,80 max mg/gMetanol GC 0,20 max % massGliserol bebas GC 0,02 max % massGliserol total GC 0,24 max % massEster minyak GC 97,50 min % mass
(Kep.Dirjend Migas No.004/P/DM/1979)
Sifat-sifat bahan bakar diesel yang penting antara lain meliputi :
1. Viskositas (kekentalan)
Viskositas yang tepat suatu bahan bakar diperlukan untuk operasi yang tepat
pula dari suatu mesin. Pelumasan, gesekan di antara bagian-bagian yang
bergerak, serta keausan mesin bergantung pada sifat ini. Sifat ini penting
bagi aliran minyak ketika melewati pipa saluran dan penyuntik alat
pemercik. Viskositas yang terlalu rendah akan menimbulkan kebocoran pada
pipa injeksi, menyulitkan penyebaran bahan bakar, sehingga minyak tidak
akan segera terbakar, menghasilkan asap yang kotor karena kelambatan
aliran dan akan sulit mengalami atomisasi (Purwono.S.dkk, 2003). Proses
atomisasi yang efektif dari suatu bahan bakar di dalam silinder memerlukan
tingkat viskositas yang lebih rendah untuk menghindari tekanan pompa yang
berlebihan.
Universitas Sumatera Utara
20
Viskositas suatu fluida merupakan ukuran ketahanan suatu fluida terhadap
deformasi atau perubahan bentuk. Tegangan geser dinyatakan dengan
dy
duμτ (2.1)
Tegangan geser dinyatakan dengan satuan N m-2 (Pa) dan gradien kecepatan
dy
dudalam (m/s) /m, karena itu satuan SI untuk viskositas dinamik adalah
N s m-2 atau Pa s
Sedangkan viskositas kinematik ( ) menyatakan perbandingan antara
viskositas dinamik (absolute) dengan densitas (rapat massa) fluida.
ρ
μ (2.2)
= viskositas kinematik (m2/s) satuan yang umum di pakai centi Stokes
= viskositas dinamik ( Pa.s) ,satuan yang umum dipakai Poise
ρ = rapat massa (kg m-3)
Viskositas kinematik dapat diukur dengan Viscometer Oswald. Persamaan
untuk menentukan viskositas kinematik dengan Viscometer Oswald:
k.t (2.3)
dengan,
= viskositas kinematik
k = konstanta viscometer Oswald
t = waktu mengalir fluida didalam pipa viskometer (detik)
2. Kerapatan (Densitas)
Kerapatan(densitas) adalah jumlah atau kwantitas suatu zat pada suatu unit
volume
Densitas dapat dinyatakan dalam tiga bentuk :
a. Mass density () satuan dalam SI adalah (kg.m-3 )
Massa jenis menunjukkan perbandingan massa persatuan volume,
karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan
oleh mesin diesel persatuan volume bahan bakar.
Universitas Sumatera Utara
21
Kerapatan suatu fluida ( ρ ) dapat dirumuskan dengan :
V
mρ (2.4)
dengan
ρ = densitas ( rapat massa ) satuan kg.m-3
m = massa zat ( kg)
V = volume zat ( m3)
b. Berat spesifik (specific weight)
= g (2.5)
Dalam SI satuannya adalah N/m3 dimana g = gravitasi bumi (m s-2)
c. Spesifik gravity (sg) merupakan perbandingan antara density dengan
berat spesifik suatu zat terhadap density atau berat spesifik suatu
standard zat (umumnya terhadap air). Jadi spesifik gravity tidak
mempunyai satuan.
3 Titik tuang ( Pour Point)
Titik tuang adalah temperatur yang paling rendah di mana bahan bakar
masih dapat mengalir. Titik tuang menunjukkan kemampuan bahan bakar
untuk masih dapat mengalir pada temperatur tertentu. Hal ini sangat penting,
khususnya pada daerah dengan temperatur yang rendah, sehingga bahan
bakar tidak akan menggumpal dengan mudah. Titik tuang yang terlalu tinggi
akan menghambat penyalaan bahan bakar (Hardjono.A , 2000). Titik tuang
digunakan sebagai syarat kualitas kontrol atau sebagai penunjuk penanganan
suhu (temperature) rendah bagi penyimpanan bahan bakar dalam skala besar
pada tangki-tangki dan pipa saluran kilang dan pangkalan minyak.
4 Titik Kabut (Cloud Point)
Titik kabut adalah temperature saat bahan bakar mulai tampak berkeruh
bagaikan kabut ( berawan = cloudy). Hal ini terjadi karena munculnya
Kristal-kristal (padatan) didalam bahan bakar. Meski bahan bakar masih
dapat mengalir pada suhu ini, keberadaan Kristal dalam bahan bakar dapat
mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa dan
injektor. Titik kabut dipengaruhi oleh bahan baku biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
22
5 Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala adalah temperatur bahan bakar terendah, di mana campurannya
dengan udara masih dapat menyala. Jika penyalaan terjadi dengan kontinu,
maka temperaturnya disebut ‘titik api’. Sifat ini menunjukkan adanya materi
materi yang volatil dan mudah terbakar. Titik nyala secara tidak langsung
terkait dengan kerja mesin. Namun ini sangat berkaitan dengan keamanan,
khususnya pada penanganan dan penyimpanan (ASTM, 1958). Titik nyala
yang tinggi akan memudahkan penyimpanan bahan bakar, karena minyak
tidak akan mudah terbakar pada temperatur ruang. Namun titik nyala yang
rendah akan berbahaya dalam hal penyimpanannya karena resiko penyalaan,
dan ini akan menimbulkan terjadinya denotasi sebelum bahan bakar
memasuki ruang perapian (Hardjono.A, 2000). Titik nyala digunakan untuk
menaksir keseluruhan materi yang mempunyai resiko mudah terbakar.
6 Bilangan Jodium
Bilangan Jodium menunjukkan tingkat ketidakjenuhan atau banyak ikatan
rangkap asam lemak penyusun biodiesel. Kandungan senyawa asam lemak
tak jenuh meningkatkan performansi biodiesel pada temperature rendah
karena senyawa ini memiliki titik leleh ( melting point) yang lebih rendah
(Knote.G, 1997), sehingga berkorelasi terhadap cloud point dan pour point
yang rendah. Namun disisi lain banyak senyawa lemak tak jenuh di dalam
biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi dengan oksigen
diatmosfer .Biodiesel dengan kandungan bilangan jodium yang tinggi akan
mengakibatkan tendensi polimerisasi dan pembentukan deposit pada
injector noozle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan. F,
2008). Nilai maksimum harga bilangan jodium yang diperbolehkan untuk
biodiesel yaitu 115 (g I2/100g) berdasarkan standard biodiesel Indonesia.
7 Conradson Carbon Residue
Residu karbon berhubungan dengan jumlah deposit karbon pada ruang
pembakaran. Residu karbon yang tinggi menyebabkan silinder mengalami
kerusakan dengan cepat, membuat endapan kokas dan bahan elastis pada
piston dan silinder. Ini akan menyebabkan lekatnya ring piston dan sistem
Universitas Sumatera Utara
23
valve (Maleev.L, 1954). Deposit karbon akan menghambat saluran bahan
bakar. Ini juga akan menghambat pengoperasian mesin, dan semua bagian
pada pipa injeksi bahan bakar akan rusak dengan cepat. Jadi, semakin
rendah residu karbon, efisiensi mesin juga akan semakin baik (Azis.I, 2005).
8 Nilai Kalor
Nilai kalor adalah ukuran energi yang tersedia di dalam suatu bahan bakar,
dan menentukan tingkat konsumsi bahan bakar tiap satuan waktu. Semakin
tinggi nilai kalor, maka semakin ekonomis bahan bakar tersebut
(Setyawardhani.A.S, 2003). Namun sampai saat ini belum ada standar
khusus untuk menentukan nilai kalor yang harus dimiliki oleh bahan bakar
diesel.
Tabel 2.8 Masalah Kinerja dan Kemungkinan Penyebabnya
Masalah Kinerja Mesin Kemungkinan Penyebab Berhubungan dengan Bahan Bakar
Pembakaran yang buruk,asap Angka setana yang kurangKontaminasi airTitik tuang yang tidak tepatLebih banyak kontaminasi bahan bakar
Keausan silinder Terlalu cairnya bahan bakarKandungan sulfur yang tinggiKontaminasi silikon
Penyumbatan mulut pipa penyuntik
Kontaminasi logam yang dapat larutPengotor yang berlebihan Pembentukan kembali getah pengotor
Buruknya Pompa Penyuntik Tingginya kandungan sulfur dan hetero atomPengotor berlebihanViskositas rendah
Penyumbatan Saringan Kontaminasi airPengotor bahan bakarTitik tuang yang tidak tepat
Deposit Mesin yang Berlebihan Terlalu banyak pengotorAngka setana rendahKandungan sulfur/hetero atom yang lebih tinggi
(Srivasta.A ,1998)
Universitas Sumatera Utara
24
9 Kadar Air
Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak.
Makin kecil kadar air dalam minyak maka mutunya makin baik, hal ini
dapat memperkecil kemungkinan terjadinya reaksi hidrolisis yang dapat
menyebabkan kenaikan kadar asam lemak bebas. Kandungan air dalam
bahan bakar dapat juga menyebabkan turunnya panas pembakaran, berbusa
dan bersifat korosif jika bereaksi dengan sulfur karena membentuk asam.
Tabel 2.9 Sifat-sifat Fisis Minyak Diesel dan pengaruhnya pada Mesin
SifatBahan Bakar
Pengaruhnya Pada Mesin
Angka setana Ukuran kualitas penyalaan mesin dieselAngka setana yang tinggi menunjukkan pendeknya kelambatan penyalaan dan kemungkinan menimbulkan ketukan Alkana dengan berat molekul yang lebih tinggi mempunyai angka setana yang tinggi pulaMempengaruhi emisi partikel dan gas
Spesifik Gravitasi
Diperlukan pada pengukuran index setana
Pengotor (air/endapan )
Menyebabkan korosi pada peralatanMenyebabkan masalah pada kinerja mesin
Korosi kepingan tembaga
Ukuran untuk menilai tingkat korosi pada peralatanMengindikasi adanya komponen sulfur
Zat partikulat Mengindikasi kemungkinan adanya emisi zat-zat partikulatMengandung terutama partikel karbonPartikel arang (partikel karbon yang terbentuk dari proses fase gas) menyerap dan membawa materi-materi karsinogenik kelingkungan sebagai bahan buangan dan dapat menyebabkan penyakit pada manusia. Partikel arang yang berlebihan memungkinkan penyumbatan pada katup knalpot
Abu Dihasilkan dari minyak, komponen logam yang larut air ataupadatan asing, seperti kotoran dan karat
Sulfur Diatur untuk memperkecil kemungkinan terjadinya korosipada mesinMenyebabkan masalah lingkungan dari hasil pembakaranproduknyaBersifat korosif dan menyebabkan masalah fisik terhadapbagian-bagian mesin
(Srivasta. A,1998)
Universitas Sumatera Utara
25
10 Bilangan Cetana
Bilangan cetana menunjukkan seberapa cepat bahan bakar diesel yang dapat
di injeksikan keruang bahan bakar agar terbakar sempurna secara spontan.
Bilangan cetana di pengaruhi oleh struktur hidrokarbon dari penyusun
biodiesel.
11 Warna
Warna dari suatu bahan bakar tidak secara langsung terkait dengan kerja
mesin diesel. Namun jika warnanya terlalu terang, terdapat kemungkinan
untuk menambahkannya dengan beberapa warna lain, sehingga standar
warna dapat terpenuhi. Penggunaan zat warna yang mengandung material
korosif akan mempengaruhi performance mesin.
2.7 Biodiesel
Biodiesel diperkenalkan di Afrika Selatan sebelum Perang Dunia II untuk
bahan bakar kenderaan berat. Biodiesel merupakan bahan bakar diesel pengganti
yang diproduksi dari sumber yang bias diperbaharui, seperti minyak tumbuhan ,
lemak hewan, dan daur ulang minyak goreng. Secara kimia, biodiesel
didefenisikan sebagai monoalkil ester pada asam lemak rantai panjang.
Biodiesel diproduksi melalui reaksi dari minyak sayur atau lemak hewan dengan
alkohol untuk menghasilkan gliserol dan biodiesel ( secara kimia disebut metil
atau etil ester)
Biodiesel merupakan bahan bakar transportasi yang bisa dibiodegradasi,
sehingga tidak menghasilkan karbondioksida ke atmosfer, serta emisi partikulat
yang rendah. Bahan bakar alternatif ini tidak menggunakan modifikasi mesin
tertentu untuk penggunaannya, dan menghasilkan energi yang sama .
2.7.1 Sifat-Sifat Biodiesel
Biodiesel dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif pengganti
bahan bakar minyak bumi yang cepat atau lambat pasti akan habis persediaannya.
Sudah selayaknya biodiesel memiliki sifat yang lebih baik atau sekurang
Universitas Sumatera Utara
26
kurangnya sama dengan bahan bakar minyak bumi. Sifat-sifat biodiesel tersebut
berdasarkan ASTM D-6751 antara lain:
1. Densitas pada suhu 40oC = 0,85 – 0,89 gr/cm3
2. Viskositas pada suhu 40 oC = 2,3 – 6,0 cST
3. Angka setana minimal 48
4. Titik nyala minimal 100 oC ( 212oF)
5. Kandungan debu 0,02 % massa total
6. Memiliki sifat yang identik dengan bahan bakar diesel sehingga dalam
penggunaannya dapat dicampur dengan solar dalam berbagai takaran.
7. Emisi yang dihasilkan dari proses pembakarannya rendah
2.7.2 Keuntungan–Keuntungan dari Biodiesel
Biodiesel sebagai bahan alternatif memiliki beberapa keuntungan, antara
lain:
1. Biodiesel merupakan satu-satunya bahan bakar alternatif yang dapat
digunakan dalam berbagai kondisi tanpa harus memodifikasi mesin diesel.
2. Biodiesel mempunyai sifat ramah lingkungan karena dapat berasal dari
tumbuhan sehingga dapat dibuat terus-menerus.
3. Penghilangan emisi sulfur dioksida ( Biodiesel tidak mengandung sulfur )
sehingga hujan asam tidak akan terjadi. Sulfur yang dihasilkan dari
pembakaran minyak yang berasal dari fosil, akan bereaksi dengan air hujan
akan menghasilkan asam.
4. Penggunaan biodiesel mengurangi emisi secara teratur. Hasil riset
mengindi-kasikan bahwa bahan partikulat ( secara spesifik karbon atau
fraksi yang tidak terlarut), hidrokarbon, dan karbon monoksida berkurang.
5. Biodiesel dapat digunakan tanpa atau dengan campuran solar dalam
berbagai takaran.
6. Biodiesel memberikan penurunan yang signifikan pada tingkat kekotoran
serta karbon monoksida.
7. Biodiesel dapat mengurangi tingkat CO2 di atmosfer, dimana kadar CO2
yang tinggi akan menaikkan temperatur bumi.
Universitas Sumatera Utara
27
8. Biodiesel dapat mengawetkan mesin diesel karena memiliki sifat melumasi
yang lebih besar dari pada solar.
9. Biodiesel aman untuk digunakan dan dan diangkut karena memiliki
tingkat biodegradasi sama dengan gula dan mengandung racun 10 kali
lebih kecil dibandingkan dengan garam dapur.
10. Biodiesel aman digunakan dan disimpan karena memiliki titik nyala yang
tinggi ( > 100 oC).
11. Industri biodiesel juga berdampak baik terhadap faktor ekonomi.
Keuntungan ekonomi dari industri biodiesel adalah jumlah lapangan
pekerjaan yang bertambah, penambahan pajak pengoperasian pabrik dan
pajak pendapatan, dan penanaman modal pada pabrik dan peralatannya.
Selain itu, dengan adanya industri biodiesel dapat meningkatkan
pendapatan dasar para pekerja.
2.7.3 Emisi Biodiesel
Penggunaan biodiesel untuk mesin diesel pada umumnya dapat
mengurangi jumlah hidrokarbon yang tidak terbakar,karbonmonoksida , dan
bahan-bahan partikulat. Penggunaan biodiesel meningkatkan fraksi padatan
karbon dari bahan partikulat (oksigen dalam biodiesel memungkinkan
pembakaran sempurna menjadi CO2), menggantikan sulfat ( sehingga tidak ada
sulfur dalam bahan bakar). Oleh karena itu, biodiesel bekerja baik dengan
teknologi baru seperti katalis ( yang mengurangi fraksi yang dapat larut pada
partikulat biodiesel tapi tidak fraksi padatan karbon)
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang mempunyai evaluasi yang
lengkap tentang emisi yang dihasilkan dan pengaruhnya terhadap kesehatan.
Sebuah lembaga di Amerika Serikat, U.S.Environmental Protection Agency
(EPA) mencatat penurunan potensi pencemaran udara pada penggunaan biodiesel
dibandingkan dengan petrodiesel.
Perbandingan emisi yang dikeluarkan biodiesel dengan petroleum diesel
tertera dalam tabel berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
28
Tabel 2.10 Perbandingan Emisi Biodiesel dengan Petroleum Diesel
No Type emisi B100 B20
1 Hidrokarbon tak terbakar Turun hingga 93 % Turun hingga 30 %
2 Karbonmonoksida Turun hingga 50 % Turun hingga 20 %
3 Massa partikulat Turun hingga 30 % Turun hingga 22 %
4 Senyawa NOx Turun hingga 13 % Turun hingga 2 %
5 Senyawa SOx Turun hingga 100 % Turun hingga 20 %
6 nPAH Turun hingga 90 % Turun hingga 50 %
Sumber : U.S. Environmental Protection Agency (EPA)
Keterangan :
B20 : Campuran 20 % Biodiesel dan 80 % Petrodiesel
Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif atau aditif dapat mereduksi
polutan yang dikeluarkan oleh petroleum diesel.
Riset yang dimulai oleh Southwest Research Institute pada mesin Cummnis
N14 mengindikasikan bahwa buangan biodiesel memiliki pengaruh bahaya yang
kecil pada kesehatan manusia dibandingkan dengan petrodiesel. Emisi biodiesel
memiliki semua tingkat hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) dan bahan
campuran nitrit PAH yang lebih kecil dibandingkan dengan buangan petroleum
diesel. PAH dan bahan campuran nPAH telah diidentifikasi sebagai bahan
penyebab kanker yang potensial.
2.8 Proses Pembuatan Biodiesel
2.8.1 Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester.
Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang
cocok adalah zat berkarakter asam kuat dan, karena ini, asam sulfat, asam sulfonat
organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa
terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja.T, 2006). Untuk mendorong agar
reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah
(misalnya paling tinggi 120°C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah
yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikiometrik) dan
Universitas Sumatera Utara
29
air produk ikatan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak.
Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode
penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat
dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dapat dilihat
pada Gambar 2.7.
RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O
Gambar 2.7 Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam
lemak bebas tinggi (berangka asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak
bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti
dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke
tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya
harus disingkirkan terlebih dahulu.
2.8.2 Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester,
melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.
Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok
gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah
dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Sebagian
besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak
(Fatty Acids Metil Ester, FAME). Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi
metil ester dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida menjadi Metil Ester
Universitas Sumatera Utara
30
Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya
katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat
(Mittlebatch.M, 2004). Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi
adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.
Gambar 2.9 Tiga Tahapan Reaksi Transesterifikasi
Gambar 2.9 diatas menunjukkan reaksi transesterifikasi sebenarnya berlangsung
dalam 3 tahap yaitu sebagai berikut:
1. Tahap pertama yaitu konversi trigliserida menjadi digliserida
2. Tahap kedua yaitu konvesri digliserida menjadi monogliserida
3. Tahap ketiga yaitu konversi monogliserida menjadi gliserol yang
menghasilkan satu molekul metal ester dari setiap gliserida
Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam
lemak.
Universitas Sumatera Utara
31
Faktor–faktor yang berpengaruh pada proses transesterifikasi diantaranya sebagai
berikut:
1. Suhu awal minyak (sebelum proses transesterifikasi)
Menurut Lele.S (2005), peningkatan suhu awal minyak, berpengaruh terhadap
peningkatan konversi pembentukan biodiesel. Namun jika pemanasan pada
minyak yang melebihi 60oC, akan menyebabkan hilangnya metanol karena
penguapan metanol.
2. Suhu reaksi
Laju reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi. Secara umum, reaksi akan
mendekati titik didih methanol pada tekanan atmosfer. Yield ester terbentuk
pada suhu antara 60oC 80oC, dengan perbandingan molar alkohol dengan
minyak sebesar 6 : 1. Kecepatan reaksi secara kuat dipengaruhi oleh
temperatur reaksi. Pada umumnya reaksi ini dapat dijalankan pada suhu
mendekati titik didih metanol (60 oC 70 oC) pada tekanan atmosfer.
Kecepatan reaksi akan meningkat sejalan dengan kenaikan temperatur.
Semakin tinggi temperatur, berarti semakin banyak energi yang dapat
digunakan oleh reaktan untuk mencapai energi aktivasi. Ini akan
menyebabkan tumbukan terjadi lebih sering diantara molekul-molekul
reaktan untuk kemudian melakukan reaksi (Rahayu, 2003), sehingga
kecepatan reaksi meningkat. Setyawardhani (2003) menggunakan temperatur
reaksi 60oC pada reaksi transesterifikasi untuk menghindari menguapnya
methanol yang bertitik didih 65oC. Darnoko dan Cheryan (2000) juga
menggunakan suhu 60oC untuk reaksi. Arhenius mengatakan bahwa
hubungan antara konstanta kecepatan reaksi dengan temperatur mengikuti
persamaan:
K = A exp ( -E/RT) (2.6)
K = Konstanta kecepatan reaksi
R = Konstanta gas
A = Faktor frekuensi
T =Temperatur absolut
E = Energi aktivasi
Universitas Sumatera Utara
32
3. Rasio alkohol terhadap minyak.
Variable lain yang berpengaruh besar terhadap yield pada biodiesel adalah
perbandingan molar alkohol terhadap minyak (Lele.S, 2005). Umumnya
dalam proses industri digunakan perbandingan molar 6 : 1 untuk
menghasilkan yield biodiesel sampai lebih besar terhadap minyak akan
berpengaruh pada pemisahan gliserol. Ini menunjukkan bahwa rasio yang
lebih rendah akan membutuhkan waktu yang lebih lama untuk
menghasilkan biodiesel dengan yield yang tinggi. Dengan perbandingan
molar yang lebih besar akan meningkatkan konversi tetapi akan
mempersulit proses pemisahan gliserol yang terbentuk dari hasil samping
reaksi.
4. Katalis
Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan menurunkan energi
aktivasi reaksi namun tidak menggeser letak kesetimbangan. Tanpa katalis,
reaksi transesterifikasi baru dapat berjalan pada suhu sekitar 250oC.
Penambahan katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi dan menurunkan
kondisi operasi. Katalis yang dapat digunakan adalah katalis asam, basa,
ataupun penukar ion. Dengan katalis basa reaksi dapat berjalan pada suhu
kamar, sedangkan katalis asam pada umumnya memerlukan suhu reaksi
diatas 100oC (Kirk dan Othmer,1992). Katalis yang digunakan dapat berupa
katalis homogen maupun heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang
mempunyai fase yang sama dengan reaktan dan produk, sedangkan katalis
heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan reaktan dan produk.
Katalis homogen yang banyak digunakan adalah alkoksida logam seperti
KOH dan NaOH dalam alkohol. Selain itu, dapat pula digunakan katalis asam
cair, misalnya asam sulfat, asam klorida, dan asam sulfonat (Kirk.R.E dan
Othmer.D.F, 1992). Penggunaan katalis homogen mempunyai kelemahan,
yaitu: bersifat korosif, sulit dipisahkan dari produk, dan katalis tidak dapat
digunakan kembali (Nijhuis.T.A et al., 2002). Saat ini banyak industri
menggunakan katalis heterogen yang mempunyai banyak keuntungan dan
sifatnya yang ramah lingkungan, yaitu tidak bersifat korosif, mudah
Universitas Sumatera Utara
33
dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan
berulangkali dalam jangka waktu yang lama (Yadav.G.D, 2002). Selain itu
katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat
dieliminasi (Altiokka.M.R, 2003). Contoh-contoh dari katalis heterogen
adalah zeolit, oksida logam, dan resin ion exchange. Katalis basa seperti
KOH dan NaOH lebih efisien dibanding dengan katalis asam pada reaksi
transesterifikasi. Konsentrasi katalis basa divariasikan antara 0,51% dari
massa minyak untuk menghasilkan 9499% konversi minyak nabati menjadi
ester. Lebih lanjut, peningkatan konsentrasi katalis tidak meningkatkan
konversi dan sebaliknya menambah biaya karena perlunya pemisahan katalis
dari produk. Penambahan katalis yang berlebihan menyulitkan dalam
proses pemisahan pada akhir reaksi transesterifikasi untuk memisahkan
produk biodiesel dari katalisnya.
5. Pengadukan dan intensitas Pencampuran
Pada reaksi transesterifikasi, reaktan-reaktan awalnya membentuk system
cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara fase-fase yang
berlangsung lambat. Seiring dengan terbentuknya metil ester, ia bertindak
sebagai pelarut tunggal yang dipakai bersama oleh reaktan-reaktan dan sistem
dengan fase tunggal pun terbentuk. Dampak pengadukan ini sangat signifikan
selama reaksi. Sebagaimana sistem tunggal terbentuk, maka pengadukan
menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan. Pengadukan
dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan campuran reaksi yang
bagus.Setelah penambahan metanol dan katalis pada minyak 5–10 menit
pengadukan akan meningkatkan konversi. Pengadukan yang tepat akan
mengurangi hambatan antara massa. Untuk reaksi heterogen, ini akan
menyebabkan lebih banyak reaktan mencapai tahap reaksi. Sofiyah (1995)
menggunakan pengadukan 1425 rpm (rotation per minutes), Setyawardhani
(2003) 500 rpm, Purwono (2003) 1500 rpm, Rahayu dkk, (2003) 200250
rpm, Kusmiyati (1999) 1000 rpm, serta Azis (2003) 800 rpm.
Universitas Sumatera Utara
34
6. Kemurnian reaktan
Impuritis yang terdapat pada minyak akan berpengaruh pada level konversi.
Pada kondisi yang sama, konversi 67 % 84 % dalam membentuk ester
dengan menggunakan minyak tanaman sedangkan dengan menggunakan
minyak yang telah dimurnikan sebesar 94 % 97 % .
7. Kandungan Asam Lemak bebas.
Jumlah kandungan asam lemak bebas hanya berpengaruh pada
transesterifikasi dan memakai katalis basa akan menimbulkan reaksi samping
yaitu penyabunan. Asam lemak bebas lebih reaktif bereaksi dengan katalis
basa menghasilkan sabun disbanding trigliserida dan reaksi berlangsung
secara nonreversible (Yucel dan Tukay, 2003). Reaksi asam lemak bebas
dengan katalis basa menghasilkan reaksi saponifikasi, hal ini menimbulkan
masalah baru pada tahap pemurnian biodiesel.
8. Waktu reaksi
Lamanya reaksi sangat mempengaruhi jumlah konversi trigliserida ke ester
metil, semakin lama reaksi berlangsung, maka metil ester yang dihasilkan
semakin banyak. Hal ini bisa terjadi karena semakin banyak kesempatan
suatu katalis untuk bereaksi dengan minyak.
2.9 Kromatografi Gas
Dasar pemisahan secara kromatografi gas adalah penyebaran cuplikan diantara
dua fase. Salah satu fase adalah fase diam yang permukaan nisbinya luas, dan fase
yang lain ialah gas yang melewati fase diam. Kromatografi gas adalah suatu cara
untuk memisahkan senyawa atsiri dengan meneluskan arus gas melalui fase diam.
Bila fase diam berupa zat padat, disebut Kromatografi Zat Padat (KGP). Ini
didasarkan pada sifat penjerapan kemasan kolom untuk memisahkan cuplikan,
terutama cuplikan gas. Bila fase diam berupa zat cair, cara tadi disebut Kromatografi
Gas Cair (KGC). Fase cair disaputkan berupa lapisan tipis pada zat padat yang
lembam dan pemisahan didasarkan pada partisi cuplikan yang masuk ke dan keluar
dari lapisan zat cair ini. Banyaknya macam fase cair yang dapat digunakan sampai
suhu 400OC mengakibatkan KGC merupakan bentuk kromatografi gas yang paling
serba guna dan selektif. KGC digunakan untuk menganalisis gas, zat cair, dan zat
Universitas Sumatera Utara
35
padat. Pelarut akan menahan komponen secara selektif berdasarkan koefisien
distribusinya sehingga terbentuk sejumlah pita yang berlainan pada gas pembawa.
Pita komponen ini meninggalkan kolom bersama aliran gas pembawa dan dicatat
sebagai fungsi waktu oleh detektor.
2.10 Persyaratan Kualitas Biodiesel.
Kualitas biodiesel yang dihasilkan suatu reaksi transesterifikasi, harus sesuai
dengan persyaratan yang sudah dibuat. Dibawah ini adalah persyaratan kualitas
biodiesel Indonesia.
Tabel 2.11 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006.
Parameter dan Satuannya Batas Nilai Metode UjiMetode Setara
Massa jenis pada 40 oC, kg/m
3850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675
Viskositas kinematik pada 40oC,
mm2/s (cSt)
2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104
Angka Setana min. 51 ASTM D 613 ISO 5165
Titik Nyala (mangkok tertutup), oC min. 100 ASTM D 93 ISO 2710
Titik Kabut (Cloud Point)Titik Tuang (Puor Point)
oCoC
max. 18max 18
ASTM D 2500ASTMD 97
Korosi bilah tembaga (3 jam,50oC) maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160
Residu karbon, %berat, - dalam contoh asli - dalam 10 % ampas distilasi
maks. 0,05maks 0,03
ASTM D 4530 ISO 10370
Air dan sedimen, % vol. maks. 0,05 ASTM D 2709 -
Temperatur distilasi 90 %, oC maks. 360 ASTM D 1160 -
Abu tersulfatkan, % berat maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987
Belerang, ppmb (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 EN ISO 20884
Fosfor, ppmb (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03
Angka asam, mgKOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03
Gliserol bebas, %berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Gliserol total, %berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Kadar ester alkil, % berat min. 96,5 dihitung*)
FBI-A03-03Angka iodium, g-I
2/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03
Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03Sumber: Soerawidjaja.T, 2006
*) berdasarkan angka penyabunan, angka asam, serta kadar gliserol total dan
gliserol bebas; rumus perhitungan dicantumkan dalam FBI-A03-03.
Universitas Sumatera Utara