Download - Pengolahan biodiesel (1)
EVY SETIAWATI
TEKNOLOGI PENGOLAHAN BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH
DENGAN PROSES MIKROFILTRASI DAN TRANSESTERIFIKASI
SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN BAKAR MESIN DIESEL
Banjarbaru, 24 November 2014
Program Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa
Kerjasama Kemenristek – Kemenperin Tahun 2011
LATAR BELAKANG (1)
SKEMA MODEL PENGUSAHAAN PANAS BUMISKEMA MODEL PENGUSAHAAN PANAS BUMI
Cadangan BBM fosil diperkirakan habis
dalam waktu 10-15 th mendatang
(data Automotive Diesel Oil)
Pada tahun 2025, peranan energi yang
dapat diperbarui meningkat biodiesel
(Blue Print Energi Nasional)
Peningkatan kebutuhan BBM, ditandai dengan
peningkatan jumlah kendaraan bermotor, jumlah
penduduk yang menggunakan minyak tanah,
dan jumlah industri yang menggunakan solar
Solikhah (2009) : kualitas yang diuji hanya meliputi
viskositas, angka asam, GT, GB
Jaruyanon, Wongsapai (2008); Suirta (2009) : proses 2 tahap
esterifikasi dan transesterifikasi. Perlu methanol banyak &
rendemen kecil. Uji hanya densitas, viskositas, bil.asam,
bil.iod
Buchori (2009) : memproduksi biodiesel dengan catalytic
cracking pada P & T tinggi, sehingga memerlukan energi
lebih besar. Uji hanya densitas, viskositas, index bias
Bahan baku : Minyak jelantah
Konsumsi minyak goreng di Indonesia tahun
2008 sekitar 5 juta kL
Mengandung senyawa-senyawa karsinogenik
Jika dibuang ke lingkungan menimbulkan
pencemaran
Apabila kandungan asam lemak bebas minyak jelantah
tinggi, maka diperlukan katalis jumlah besar yang menyebabkan
terbentuknya sabun sehingga menyulitkan proses pemisahan.
Oleh karena itu diperlukan teknologi yang tepat, mudah dan
murah untuk mengolah biodiesel berbahan baku minyak
jelantah.
LATAR BELAKANG (2)
Metodologi minyak jelantah
Filtrasi dengan filter paper
1 μm, 5 μm, dan 16 μm
Minyak-minyak lemak
Trans-esterifikasi
Settling dalam air
panas
Bagian atas:
Ester metil / etil asam lemak
Bagian bawah:
Gliserin kasar
Pemurnian dengan
Bleaching earth 1%
Product
By product
Analisis pendahuluan:
kadar FFA, kadar air dan kotoran
0,6 %
NaOH
30 %
Methanol
Sodium Metoksid
- Diaduk sampai larut
- Dipanaskan suhu 65 C
- t0 = 30, 60, 90 menit
- Dipanaskan sampai suhu 50 C
- Didiamkan selama 1 jam
- Diaduk dan dipanaskan
- Dipisahkan menggunakan filter vaccum pump
Pure Biodiesel
Drying pada T=105 C
Saring
Proses Penyaringan minyak jelantah Minyak Jelantah sebelum penyaringan
Mijel setelah penyaringan Proses pemanasan Mijel sampai 500C dan
proses pelarutan NaOH
Proses pencampuran Mijel + NaMeOH
(pada saat T=500C) Proses transesterifikasi T = 650C, t = 60 mt
Settling selama 1 jam Proses pemisahan fa (biodiesel kasar) dan
fb (gliserol)
Biodiesel kasar + adsorben Gliserol
Drying Biodiesel murni
Mijel awal – Mijel filtrasi – Crude biodiesel
+ adsorben – Gliserol Unit Plant Pembuatan
Biodiesel
Hasil Penelitian (1)
Puncak Waktu
Retensi
%
Senyawa
Senyawa
1 17,070 0,56 Metil ester tridekanoat
2 19,368 39,93 Metil ester heksadekanoat
(metil ester palmitat)
3 20,850 0,15 Olealdehid
4 21,163 51,29 Metil ester 9-octadecanoat
(metil ester oleat)
5 21,326 4,58 Metil ester oktadekanoat
(metil ester stearat)
6 22,925 3,31 Metil ester risinoleat
(metil undekanoat)
7 23,137 0,18 Metil ester eikosanoat
(metil arachidat)
GC-MS
Hasil Penelitian (2)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
To
tal A
cid
Nu
mb
er
(mg
KO
H/g
)
Kombinasi Perlakuan
Series1
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Glis
ero
l To
tal
(%)
Kombinasi Perlakuan
Series1
Biodiesel memiliki kadar
gliserol total yang rendah
dan memenuhi standar
SNI 04-7182-2006
(maksimal 0,24%-massa)
Biodiesel minyak jelantah secara
umum memiliki bilangan asam
yang rendah dan memenuhi
standar SNI (maksimal 0,80 mg
KOH/g)
Hasil Penelitian (3)
96,40
96,60
96,80
97,00
97,20
97,40
97,60
97,80
Kad
ar
Este
r (%
)
Kombinasi Perlakuan
Series1
Kadar gliserol bebas tinggi dan tidak
memenuhi SNI 04-7182-2006 (maksimal
0,02%- massa)
Hanya biodiesel dengan perlakuan
a2b3 dan a3b3 yang memenuhi
persyaratan.
• Kadar ester memenuhi SNI (minimal 96,5%)
menunjukkan besarnya perubahan
reaktan menjadi kompleks teraktifkan.
• Peningkatan kadar ester terjadi karena
semakin lamanya reaksi sehingga tumbukan
antar molekul reaktan semakin sering
terjadi.
Rangkuman Hasil Penelitian (4)
N0 Parameter Satuan Hasil Analisa Kadar Max
1 Massa Jenis pada 400C kg/m3 852 850 - 890
2
Viskositas kinematik pada
400C mm2/s (cSt) 3,5796 2,3 - 6,0
3 Angka setana oC 67,2 min 51
4 Titik nyala oC 175 min 100
5 Titik kabut oC 11 maks 18
6 Korosi lempeng tembaga 1a maks no. 3
7 Residu karbon %-vol 0,01 %wt maks 0,05
8 Air dan sedimen %-vol <0,05 maks 0,05
9 Temperatur destilasi 90% vol oC 365,2 360
10 Abu tersulfatkan %-brt 0,02
11 Belerang ppm (mg/kg) < 0,0017% maks 10
12 Fosfor ppm (mg/kg) 6 maks 10
13 Angka asam mg-KOH/g 0,12489 maks 0,8
14 Gliserol bebas %-massa 0,01168 maks 0,02
15 Gliserol total %-massa 0,23381 maks 0,24
16 Kadar ester alkil %-massa 97,37 min 96,5
17 Angka iodium %-massa (g-12/100g) 106,15 maks 115
18 Uji Helphen negatif negatif
16 µm, t = 60’
Hasil Penelitian (5)
Massa
jenis pada
400C
Indikator banyaknya zat-zat pengotor, seperti sabun dan gliserol hasil reaksi
penyabunan, sisa asam-asam lemak, air, sisa NaOH, ataupun sisa MeOH
(Peterson, 2001 dalam Oktaningrum, 2010). Jika massa jenis biodiesel
melebihi ketentuan sebaiknya tidak digunakan karena meningkatkan
keausan mesin dan menyebabkan kerusakan mesin.
Viskositas
kinematik
pada 400C
Karena tingkat efektivitas proses reaksi yang tinggi, didominasi oleh metil
oleat sehingga berkontribusi terhadap rendahnya viskositas yang dihasilkan
(Kartika, I.A., dkk, 2009). Jika terlalu kental dapat menyulitkan aliran,
pemompaan, dan penyalaan. Jika terlalu encer menyulitkan penyebaran
bahan bakar sehingga sulit terbakar dan akan menyebabkan kebocoran
dalam pipa injeksi. Viskositas berbanding lurus dengan massa jenis.
Angka
setana
Merupakan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri. Minyak kelapa
dan sawit mengandung asam lemak jenuh sehingga dapat diperkirakan
memiliki angka setana yang lebih tinggi. Metil ester asam lemak tak jenuh
(r>0) memiliki bilangan setana yang lebih kecil dibanding metil ester asam
lemak jenuh (r = 0). Meningkatnya jumlah ikatan rangkap (tak jenuh) suatu
metil ester asam lemak akan menyebabkan penurunan bilangan setana
Titik nyala Telah sesuai dengan syarat mutu biodiesel berada dalam batas aman
terhadap bahaya kebakaran selama penyimpan, penanganan dan
transportasi (handling and storage). Titik nyala mengindikasikan tinggi
rendahnya volatilitas dan kemampuan untuk terbakar dari suatu bahan
bakar.
Hasil Penelitian (6)
Titik kabut Suatu bahan bakar yang sudah terdestilasi adalah temperatur dimana
bahan bakar menjadi berkabut karena kehadiran dari kristal-kristal lilin.
Korosi
lempeng
tembaga
Memprediksi derajat korosifitas relatif lempeng tembaga yang diujikan
pada biodiesel. Hasil pemeriksaan biodiesel diperoleh penggolongan 1a.
Tidak ditemukan berkas korosifitas pada lempeng tembaga dengan
penampakan berwarna orange terang, mengkilap, dan hampir sama baru.
Residu
karbon
Sesuai dengan syarat mutu biodiesel SNI-04-7182-2006 tidak
mengandung sisa karbon di atas standar. Residu karbon bahan bakar
yang tinggi menyebabkan silinder cepat terabrasi
Air dan
sedimen
Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak.
Kadar air ,mutunya makin baik memperkecil kemungkinan terjadinya
reaksi hidrolisis yang dapat menyebabkan kenaikan kadar asam lemak
bebas. Sedimen maka mempengaruhi kelancaran distribusi bahan bakar
pada ruang pembakaran sehingga mempengaruhi akselerasi kerja mesin
diesel menyumbat dan merusak mesin.
Temperatur
destilasi
90% vol
Temperatur destilasi 90% vol biodiesel yang dihasilkan telah melampaui
syarat mutu SNI-04-7182-2006, namun dinilai masih memenuhi persyaratan
biosolar (max 3700C).
Hasil Penelitian (7)
Abu
tersulfatkan
Kandungan abu tersulfatkan menunjukkan kontaminan materi dan zat
organik seperti residu katalis dan sabun yang teroksidasi daiam proses
pembakaran sehingga membentuk deposit pada mesin (Mittelbach dan
Remschmidt 2004 dalam Sahirman, dkk, 2008).
Belerang Kandungan belerang dalam bahan bakar diesel sangat tergantung pada
asal bahan baku yang akan diolah. Keberadaan belerang tidak diharapkan
karena sifatnya merusak yaitu apabila oksida belerang kontak dengan air
merupakan bahan yang korosif terhadap logam di ruang bakar hasil
pembakaran menimbulkan polusi
Fosfor Fosfor dalam biodiesel dibatasi maksimal 10 ppm, karena menimbulkan
kerak di kamar pembakaran mesin diesel dan meningkatkan jumlah emisi
partikulat dalam emisi gas buang.
Angka asam Merupakan jumlah milligram KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam
lemak bebas yang terdapat dalam satu gram minyak atau lemak. Asam
lemak bebas ini terdiri dari asam lemak bebas dan sisa asam mineral
(Prihandana, dkk., 2006).
Gliserol
bebas dan
gliserol total
Kadar gliserol merupakan parameter utama kualitas biodiesel. Kadar
gliserol bebas dipengaruhi oleh proses produksi biodiesel. Adanya
senyawa gliserida dalam biodiesel disebabkan konversi minyak nabati yang
kurang sempurna selama proses transesterifikasi atau reaksi balik antara
gliserin dan metil ester.
Hasil Penelitian (8)
Kadar ester
alkil
Semakin lama waktu reaksi, maka kemungkinan kontak
antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan
konversi yang besar. Hikmah dan Zuliyana (2010)
“kesetimbangan reaksi sudah tercapai dalam waktu
kurang lebih 60 menit, sehingga dalam waktu yang lebih
lama dari 60 menit tidak akan menguntungkan karena
tidak memperbesar hasil dan reaksi bersifat reversible
(bolak- balik)”.
Angka iodium Menunjukkan banyaknya ikatan rangkap dua dalam asam
lemak penyusun biodiesel. Jika AI tinggi (>115%),
cenderung untuk terpolimerisasi dan pembentukan
deposit di lubang saluran injector noozle dan cincin
piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan, 2005).
Uji Helphen Biodiesel ini tidak mengandung asam lemak
siklopropenoid sehingga aman digunakan untuk mesin
diesel (uji Helphen = -)
Uji Emisi (1)
No Emisi
Hasil Uji
Baku
Mutu
Satuan B0 B20 B40 B60 B80 B100
1 Karbon monoksida
(CO) - mg/m3
5,5 0,15 0,09 0,07 0,03 0,01
2 Nitrogen Oksida
(NOx) sebagai NO2 700 mg/m3 43,5 17,0 13,0 10,0 9,50 6,00
3 Opasitas 15 % 6 5 4 4 3 3
4 Sulfur Dioksida
(SO2) 700 mg/m3 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01
5 Partikulat 200 mg/m3 43,05 43 42,95 42,43 41,65 41,55
% Penurunan Emisi
Emisi B20 B40 B60 B80 B100
Karbon monoksida (CO) 97,27 98,36 98,73 99,45 99,82
Nitrogen Oksida (NOx)
sebagai NO2 60,92 70,11 77,01 78,16 86,21
Opasitas 16,67 33,33 33,33 50,00 50,00
Partikulat 0,12 0,23 1,44 3,25 3,48 % Penurunan Emisi
Uji Emisi (2)
% Penurunan Emisi
Aspek Tekno Ekonomi
Bahan Bakar
Harga
Jual/Liter
(Rp)
Selisih Harga Jual
terhadap Biodiesel
(Rp)
Keterangan
Biodiesel (2011) 4.979* 0 -
Solar Subsidi (2011) 4.500 (479) Biodiesel lebih
mahal 9,62%
Solar Non Subsidi
(2011)
9.750 4.771 Biodiesel lebih
murah 95,82%
Solar Pertamina DEX
(2011)
17.000 12.021 Biodiesel lebih
murah 241,43%
Solar Subsidi (2014) 7.500 (479) Biodiesel lebih
mahal 50,6%
Solar Non Subsidi
(2014)
?? ?? ??
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
• Produk biodiesel dengan mikrofiltrasi 16 µm dengan lama proses
transesterifikasi selama 60 menit telah memenuhi persyaratan
SNI 04-7182-2006, kecuali parameter temperatur destilasi 90 0C,
tetapi nilai ini masih memenuhi persyaratan biosolar
Saran
• Dari sisi proses transesterifikasi, sebaiknya dilakukan variasi jumlah
katalis dan pelarut metanol dan variasi suhu
TERIMA KASIH