Bio Solar & Bio Etanol

1. BIO SOLAR

Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang dibuat dari sumber daya hayati. Biodiesel dapat dibuat dari minyak trigliserida (minyak kelapa sawit, kedelai, kacang tanah, biji bunga matahari, jarak pagar, kapuk, saga hutan, kelor, kemiri, d.l.l.). Trigliserida tersebut diubah menjadi alkil ester dengan mereaksikannya dengan alkil alkohol.

TEKNIS PEMBUATAN BIODIESEL DARI KELAPA SAWIT

Biodiesel dibuat dengan mereaksikan Crude Palm Oil (CPO) dengan methanol atau etanol melalui reaksi esterifikasi dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi berkatalis menjadi senyawa Ester dengan produk samping gliserin. Pada saat ini gliserin juga merupakan produk dengan harga jual yang cukup tinggi.

Gambar 1. Diagram blok pembuatan Biodiesel

Dalam setiap unit energi yang digunakan untuk menghasilkan biodiesel maka akan dihasilkan 3.2 unit energi. Hal ini berarti, penyerapan energi matahari menjadi energi kimia dalam biodiesel adalah sangat efisien.

Crude Palm Oil (CPO) dipasaran biasanya mengandung sekitar 5% Free Fatty Acid (FFA) yang akan mengganggu reaksi utama pembentukan biodiesel, karena itu FFA ini harus dihilangkan atau dikonversi dengan menggunakan katalis asam melalui reaksi Esterifikasi.

Secara umum, karakteristik biodiesel untuk konsumsi mesin diesel adalah sebagai berikut:

Karakteristik Biodiesel

Komposisi Metil Ester

Bilangan Setana 55

Densitas, g/mL 0.8624

Viskositas, cSt 5.55

Titik Kilat, C 172

Energi yang dihasilkan, MJ/Kg

40.1

Tabel 1. Karakteristik Biodiesel

- 100 Kg Crude

Palm Oil

- 14 Kg Metanol

- Katalis

Reaksi menjadi Methyl Ester

- Methyl Ester

(Biodiesel) 95 Kg

(minimal)

- Gliserine 10 Kg

- Metanol

Recovery

- Produk Lain

TEKNIS PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH

Proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah akan melewati tahap sebagai berikut:

1. Proses pemurnian minyak jelantah dari pengotor dan water content2. Esterifikasi dari asam lemak bebas (free fatty acids) yang terdapat di dalam minyak jelantah,3. Trans-esterifikasi molekul trigliserida ke dalam bentuk metil ester, dan4. Pemisahan dan pemurnian

Reaksi kimia proses transesterifikasi tri glyceride menjadi methyl ester dengan alkohol sebagai senyawa pengesterifikasi, adalah sebagai berikut:

Pada penelitian ini, pada kondisi variasi 20% volume alkohol (perbandingan mol metanol : minyak jelantah 4,95:1), di dapat konversi reaksi sebesar 93% volume minyak jelantah (kondisi optimal)

Tulisan ini diharapkan dapat memberikan gambaran potensi pengembangan biodiesel di Indonesia, dengan memanfaatkan salah satu jenis bahan bakunya yaitu minyak jelantah. Gambaran potensi tersebut dapat dilihat dari uji performansi dan sifat-sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.

Analisis Laboratorium Sifat - sifat Biodiesel dari Minyak Jelantah

Sifat fisik Unit Hasil ASTM Standar (Solar)

Flash pointC 170 Min.100

Viskositas (40C)

cSt. 4,9 1,9-6,5

Bilangan setana

- 49 Min.40

Cloud pointC 3,3 -

Sulfur content % m/m

<< 0.01 0.05 max

Calorific value kJ/kg 38.542 45.343

Density (15°C) Kg/l 0,93 0,84

Gliserin bebas Wt.% 0,00 Maks.0,02

Secara keseluruhan, parameter fisik yang ditampilkan dari hasil penelitian masih berada dalam batasan standar dari ASTM, kecuali harga Calorific Value yang sedikit lebih kecil dibandingkan harga solar. Saat membandingkan biodiesel dengan solar, hal yang perlu diperhatikan juga adalah pada tingkat emisi bahan baker. Biodiesel menghasilkan tingkat emisi hidrokarbon yang lebih kecil, sekitar 30% dibanding dengan solar; Emisi CO juga lebih rendah, -sekitar 18%-, emisi particulate molecul lebih rendah 17%; sedang untuk emisi NOx lebih tinggi sekitar 10%; sehingga secara keseluruhan, tingkat emisi biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan solar, sehingga lebih ramah lingkungan.

Mari kita tinjau dari sudut pandang ekonomis produksi biodiesel dari minyak jelantah ini. Bahan Baku yang digunakan untuk pembuatan biodiesel dari minyak jelantah adalah:

- Minyak jelantah (bisa di dapat gratis dari restoran-restoran fast food) atau kita hargai dengan Rp 500,00/liter

- Methanol Rp 5000,00/liter- NaOH (s) Rp 12.500,00/kg

Konversi reaksi 93%, berarti setiap 1 liter minyak jelantah akan menghasilkan biodiesel sebesar 930 ml. Methanol yang digunakan setiap 1 liter minyak jelantah adalah 200 ml, sedangkan NaOH yang dipakai sebesar 5 gr setiap 1 liter minyak jelantah.

Jadi biaya produksi total untuk menghasilkan 1 liter biodiesel yaitu:

- Minyak jelantah = 100/93 x 500 = Rp 537,65 - Methanol = 200/1000 x 5000 x 100/93 = Rp 1075,27- NaOH kira - kira kita hargai Rp 100,00 / liter biodiesel- Utilitas (listrik dll) kita hargai Rp 100,00 / liter biodiesel-

Jadi total untuk menghasilkan 1 liter biodiesel dibutuhkan biaya produksi = Rp 1812,90 (Harga ini dengan asumsi bahwa harga minyak jelantah Rp 500,00, Kalau ternyata harganya bisa gratis, jadi total biaya produksi biodiesel hanya menjadi Rp 1312,90. Bandingkan dengan harga solar sekarang yang Rp 1.890,00. Cukup prospektif bukan ?)

Tentang Penulis :

Penulis adalah sarjana Teknik Kimia lulusan Institut Teknologi Bandung. Saat ini penulis bekerja sebagai staf PT. Nawapanca Engineering, Bandung.

2. BIO ETANOL

Proses Pembuatan Bioetanol

Singkong diolah menjadi bioetanol, pengganti premium. Menurut Dr Ir Tatang H Soerawidjaja, dari Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung (ITB), singkong salah satu sumber pati. Pati senyawa karbohidrat kompleks. Sebelum difermentasi, pati diubah menjadi glukosa, karbohidrat yang lebih sederhana. Untuk mengurai pati, perlu bantuan cendawan Aspergillus sp. Cendawan itu menghasilkan enzim alfamilase dan gliikoamilase yang berperan mengurai pati menjadi glukosa alias gula sederhana. Setelah menjadi gula, bam difermentasi menjadi etanol.Lalu bagaimana cara mengolah singkong menjadi etanol? Berikut Langkah-langkah pembuatan bioetanol berbahan singkong yang dilerapkan Tatang H Soerawidjaja. Pengolahan berikut ini berkapasitas 10 liter per hari.

1. Kupas 125 kg singkong segar, semua jenis dapal dimanfaatkan. Bersihkan dan cacah berukuran kecil-kecil.

2. Keringkan singkong yang telah dicacah hingga kadar air maksimal 16%. Persis singkong yang dikeringkan menjadi gaplek. Tujuannya agar lebih awet sehingga produsen dapat menyimpan sebagai cadangan bahan baku

3. Masukkan 25 kg gaplek ke dalam tangki stainless si eel berkapasitas 120 liter, lalu tambahkan air hingga mencapai volume 100 liter. Panaskan gaplek hingga 100"C selama 0,5 jam. Aduk rebusan gaplek sampai menjadi bubur dan mengental.

4. Dinginkan bubur gaplek, lalu masukkan ke dalam langki sakarifikasi. Sakarifikasi adalah proses penguraian pati menjadi glukosa. Setelah dingin, masukkan cendawan Aspergillus yang akan memecah pati menjadi glukosa. Untuk menguraikan 100 liter bubur pati singkong. perlu 10 liter larutan cendawan Aspergillus atau 10% dari total bubur. Konsentrasi cendawan mencapai 100-juta sel/ml. Sebclum digunakan, Aspergilhis dikuhurkan pada bubur gaplek yang telah dimasak tadi agar adaptif dengan sifat kimia bubur gaplek. Cendawan berkembang biak dan bekerja mengurai pati

5. Dua jam kemudian, bubur gaplek berubah menjadi 2 lapisan: air dan endapan gula. Aduk kembali pati yang sudah menjadi gula itu, lalu masukkan ke dalam tangki fermentasi. Namun, sebelum difermentasi pastikan kadar gula larutan pati maksimal 17—18%. Itu adalah kadar gula maksimum yang disukai bakteri Saccharomyces unluk hidup dan bekerja mengurai gula menjadi alkohol. Jika kadar gula lebth tinggi, tambahkan air hingga mencapai kadar yang diinginkan. Bila sebaliknya, tambahkan larutan gula pasir agar mencapai kadar gula maksimum.

6. Tutup rapat tangki fermentasi untuk mencegah kontaminasi dan Saccharomyces bekerja mengurai glukosa lebih optimal. Fermentasi berlangsung anaerob alias tidak membutuhkan oksigen. Agar fermentasi optimal, jaga suhu pada 28—32"C dan pH 4,5—5,5.

7. Setelah 2—3 hari, larutan pati berubah menjadi 3 lapisan. Lapisan terbawah berupa endapan protein. Di atasnya air, dan etanol. Hasil fermentasi itu disebut bir yang mengandung 6—12% etanol

8. Sedot larutan etanol dengan selang plastik melalui kertas saring berukuran 1 mikron untuk menyaring endapan protein.

9. Meski telah disaring, etanol masih bercampurair. Untuk memisahkannya, lakukan destilasi atau penyulingan. Panaskan campuran air dan etanol pada suhu 78"C atau setara titik didih etanol. Pada suhu itu etanol lebih dulu menguap ketimbang air yang bertitik didih 100°C. Uap etanol dialirkan melalui pipa yang terendam air sehingga terkondensasi dan kembali menjadi etanol cair.

10. Hasil penyulingan berupa 95% etanol dan tidak dapat larut dalam bensin. Agar larul, diperlukan etanol berkadar 99% atau disebut etanol kering. Oleh sebab itu, perlu destilasi absorbent. Etanol 95% itu dipanaskan 100"C. Pada suhu ilu, etanol dan air menguap. Uap keduanya kemudian dilewatkan ke dalam pipa yang dindingnya berlapis zeolit atau pati. Zeolit akan menyerap kadar air tersisa hingga diperoleh etanol 99% yang siap dieampur denganbensin. Sepuluh liter etanol 99%, membutuhkan 120— 130 lifer bir yang dihasilkan dari 25 kg gaplek

PEMBUATAN ASAM ASETAT

DENGAN PROSES FERMENTASI

A. Proses Produksi Produksi asam asetat dengan cara :a. Fermentasi Aerob

C6H12O6 2 C2H5OH 2 CH3COOH + H2O + 116 kal

glukosa etanol cuka asam cuka

b. Fermentasi Anaerob

C6H12O6 CH3COOH + Q

glukosa cuka asam cuka

c. Sintetis Karbonilasi methanol

CH3OH + CO → CH3COOH

Oksidasi asetaldehida 2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH

Pembahasan ditekankan pada produksi asam asetat dengan cara fermentasi aerob dan fermentasi anaerob.

Bahan Baku dalam proses fermentasi pembuatan asam asetat :- Buah-buahan, kentang, biji-bijian, bahan yang mengandung cukup

banyak gula, atau alkohol- Bakteri asetat (Bacterium aceti) yaitu Acetobacter untuk proses aerob

dan bakteri dari genus Clostridium

Acetobacter aceti

Clostridium thermoaceticum

Gambar 1. Acetobacter aceti

Proses fermentasi pembuatan asam asetat atau vinegar :

A). Fermentasi secara Aeroba. Metoda lambat (Slow Methods)- Biasanya untuk bahan baku berupa buah-buahan- Etanol tidak banyak bergerak atau mengalir karena proses dilakukan

pada suatu tangki batch - Memasukan jus buah, yeast, dan bakteri vinegar ke dalam tangki - Sebagian jus buah terfermentasi menjadi etanol (11-13 % alkohol)

setelah beberapa hari- Fermentasi etanol menjadi asam asetat terjadi pada permukaan tangki- Bakteri vinegar di permukaan larutan yang membentuk lapisan agar-

agar tipis mengubah etanol menjadi asam asetat atau vinegar (asetifikasi)- Proses ini memerlukan temperatur 21- 29 oC- Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan

memperlambat asetifikasi. Permasalahan ini bisa dicegah dengan memasang lapisan yang dapat mengapungkan lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar

- Kelebihan Metoda lambat (Slow Methods) :a) Proses sangat sederhana

- Kekuranagan Metoda lambat (Slow Methods) :a) Proses relative lama berminggu-minggu atau berbulan-bulanb) Jatuhnya lapisan tipis agar-agar dari bakteri vinegar akan

memperlambat asetifikasib. Metoda cepat (Quick Methods) atau German process- Biasanya untuk bahan baku berupa etanol cair- Bahan baku untuk basis 1 ton asam asetat(100%) :

Alkohol(95 %) sebanyak 1.950 lb Sedikit nutrisi Udara sebanyak 11.000 lb

- Etanol mengalami perpindahan selama proses

- Proses fermentasi terjadi di dalam tangki pembentukan (Frings generator) yang terbuat dari kayu atau besi.

- Bagian-bagian dari tangki pembentukan :a) Bagian atas, tempat alkohol dimasukkanb) Bagian tengah, terdapat bahan isian (berupa: kayu, tongkol

jagung, rottan) di bagian ini untuk memperluas bidang kontak rektan (etanol dan oksigen). Bahan isian mula-mula disiram dengan larutan vinegar yang mengandung bakteri asetat sehingga dipermukaan bahan isian akan tumbuh bakteri asetat.

c) Bgian bawah, digunakan sebagai tempat mengumpulkan produk vinegar.

- Mendistribusikan campuran etanol cair (10,5 %), vinegar(1 %), dan nutrisi melalui bagian atas tangki dengan alat sparger

- Campuran mengalir turun melalui bahan isian dengan sangat lambat - Udara dialirkan secara countercurrent melalui bagian bawah tangki- Panas yang timbul akibat reaksi oksidasi diambil dengan pendingin.

Pendingin dipasang pada aliran recycle cairan campuran(yang mengandung vinegar,etanol, dan air) dari bagian bawah tangki. Temperatur operasi dipertahankan pada rentang suhu 30-35 oC

- Produk yang terkumpuk di bagian bawah tangki mengandung asam asetat optimum sebesar 10- 10,5 %. Sebagian produk direcycle dan sebagian yang lain di keluarkan dari tangki

- Bakteri asetat akan berhenti memproduksi asam asetat jika kadar asam asetat telah mencapai 12-14 %

- Bahan baku 2.500 gal dengan produk 10,5 % asam asetat memerlukan waktu proses 8-10 hari

- Kelebihan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process :a) Biaya proses rendah, relatif sederhana dan kemudahan dalam

mengontrolb) Konsentrasi produk asam asetat besarc) Tangki proses membutuhkan sedikit tempat peletakannyad) Penguapan sedikit

- Kekurangan Metoda cepat (Quick Methods) atau German process :a) Waktu tinggal terlalu lama bila dibandingkan Metoda

Perendaman (Submerged Method)b) Pembersihan tangki cukup sulit

Gambar 2. Frings Generator

c. Metoda Perendaman (Submerged Method)- Umpan yang mengandung 8-12 % etanol diinokulasi dengan

Acetobacter acetigenum- Temperatur proses dipertahankan pada rentang suhu 24-29 oC- Bakteri tumbuh di dalam suspensi antara gelembung udara dan cairan

yang difermentasi- Umpan di masukan melewati bagian atas tangki- Udara didistribusikan dalam cairan yang difermentasi sehingga

membentuk gelembung- gelembung gas. Udara keluar tangki melewati pipa pengeluaran di bagian atas tangki

- Temperatur proses dipertahankan dengan menggunakan koil pendingin stainless steel yang terpasang di dalam tangki

- Defoamer yang terpasang di bagian atas tangki membersihkan busa yang terbentuk dengan sistem mekanik

- Kelebihan Metoda Perendaman (Submerged Method):a) Hampir disemua bagian tangki terjadi fermentasib) Kontak antar reaktan dan bakteri semakin besar

- Kekurangan Metoda Perendaman (Submerged Method):a) Biaya operasi relatif mahal

Gambar 3. Pengolahan secara Submerged

B). Fermentasi secara Anaerob- Menggunakan bakteri Clostridium thermoaceticum- Mampu mengubah gula menjadi asam asetat- Temperatur proses sekitar 45- 65 oC; pH 2-5- Memerlukan nutrisi yang mengandung karbon, nitrogen dan senyawa

anorganik

- Kelebihan proses anaerob :a) Mengubah gula menjadi sama asetat dengan satu langkahb) Bakteri tumbuh dengan baik pada temperatur 60 oC. Perbedaan

temperatur yang besar antara suhu media dengan suhu air pendingin memudahkan dalam pembuangan panas

c) Kontaminasi dengan organisme yang membutuhkan bisa diminimalisasi karena bekerja pada kondisi anaerob

d) Organisme yang hanya dapat hidup dalam kondisi mendekati pH netral akan mati karena operasi fermentasi dilakukan pada kondisi asam pH 4,5

- Kekurangan proses anaerob :a) Kosentarasi asam asetat lebih rendah dibandingkan dengan

proses aerobb) Biaya proses lebih mahal dibandingkan dengan proses aerob

PemurnianDistilasi/penyulingan

Dari distilasi bertingkat akan dihasilkan beberapa jenis asam asetat :

Asam asetat glacial (99,5 %) Asam asetat teknis (80 %)Secara komersial kadar asam asetat sebesar 6, 28, 30, 36, 60, 70, dan 80 %

B. Manfaat dan Penggunaan ProdukBeberapa Kegunaan asam asetat atau vinegar adalah sebagai berikut :

1. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain.

2. Pengatur keasaman pada industri makanan3. Pelunak air dalam rumah tangga4. Minuman fungsional misal: cuka apel5. Sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan kimia lain :

- Vinil asetat- Selulosa asetat- Asetat Anhidrit- Ester Asetat- Garam Asetat

Referensi

- Prof. Ir. Abdul Kadir, "ENERGI" Penerbit UI, Jakarta.

- Ir. Endro Utomo Notodisuryo, "VISI ENERGI DALAM PJP II", UGM, Yogyakarta 1997.

- http://www.elektroindonesia.com