B.67.3.01 5

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 6

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 7

2.2.1.2 Sumber Minyak Nabati

Ada banyak tanaman yang dapat menghasilkan minyak nabati. Di antara tanaman-

tanaman 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 Nama Inggris Nama Latin Kg-/ha/thn Sawit Oil palm Elaeis guineensis 5000 Kelapa Coconut Cocos nucifera 2260 Alpokat Avocado Persea americana 2217 K. Brazil Brazil nut Bertholletia excelsa 2010 K. Makadam Macadamia nut Macadamia ternif. 1887 Jarak pagar Physic nut Jatropha curcas 1590 Jojoba Jojoba Simmondsia califor. 1528 K. pekan Pecan nut Carya pecan 1505 Jarak kaliki Castor Ricinus communis 1188 Zaitun Olive Olea europea 1019 Kanola Rapeseed Brassica napus 1000 Opium Poppy Papaver somniferum 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 8

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 9

mampu diproyeksikan sebagai pengganti solar. Biodiesel hasil produksi

minyak jarak memiliki karakteristik sebagai berikut

Tabel 2.3 Karakteristik minyak bakar

No

Parameter

Asal Minyak Kelapa

Sawit Minyak Jarak Solar

1 Densitas, g/mL (15oC) 0,868 0,879 0,83 2 Viskositas Kinematik (CSt) 5,3 4,84 5,2 3 Cloud Point 16 5 18 4 Titik nyala 174 191 70 5 Nilai Kalori, LHV (MJ/kg) 37-38 37-38 41 6 Kandungan sulfur (ppm) <50 <50 max 500 7 Bilangan setana 62 51 42 8 Bilangan asam (mg KOH/g) 209,7 198 NA 9 Bilangan iod (mg I2/g) 45-62 95-107 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 10

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 11

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

Primer Sekunder Tersier

Gambar

Nama

Senyawa Etanol Iso-Propanol Tert-Butanol

Keterangan Gugus C-OH berikatan dengan satu atom karbon

Gugus C-OH berikatan dengan dua atom karbon

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)

Massa Jenis (g/mL) pada

T=20oC

Kelarutan dalam H2O

Metanol CH3OH 64,5 0,79 ∞ Etanol CH3CH2OH 78,3 0,79 ∞ 1-propanol CH3(CH2)2OH 97,2 0,8 ∞ 2-propanol (CH3)2CHOH 82,3 0,79 ∞ 1-butanol CH3(CH2)3OH 117 0,81 8,3 g/100 mL

Sumber: Fessenden, 1990

B.67.3.01 12

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 + Br- (2.1)

1-bromopropana 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 13

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 14

Tabel 2.7 Data fisik etanol

Densitas 0,789 g/cm3 Kelarutan dalam Air ~

Titik Leleh 158,8 K Titik Didih 351,6 K

Keasaman (pKa) 15,9 Viskositas 1,2 cP pada 20oC

Massa Molekul Relatif 46,06844 g/mol Momen Dipol 5,64 mC.mf Indeks Bias 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 C2H5-

dapat 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 (2.5)

B.67.3.01 15

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 16

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 17

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 18

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 19

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 20

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 21

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 22

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 23

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 24

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 25

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 26

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 Metode setara

Massa jenis pada 40 oC, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675 Viskositas kinematik pada 40 oC, 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, oC maks. 18 ASTM D 2500 - Korosi bilah tembaga ( 3 jam, 50 oC) maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160 Residu karbon, %-berat,

- dalam contoh asli - dalam 10 % ampas distilasi

Maks. 0,05 (maks 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, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 prEN ISO

20884 Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03 Angka asam, mg-KOH/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-A03-03 Angka iodium, g-I2/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03 Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03

*) berdasarkan angka penyabunan, angka asam, serta kadar gliserol total dan gliserol bebas; rumus

perhitungan dicantumkan dalam FBI-A03-03

Sumber: Soerawidjaja, 2006