Metil Ester

Metil ester (biodiesel) merupakan suatu nama dari Alkyl Ester atau rantai panjang asam lemak yang berasal dari minyak nabati maupun lemak hewan. Biodiesel dapat digunakan sebagai bahan bakar pada mesin yang menggunakan diesel sebagai bahan bakarnya tanpa memerlukan modifikasi mesin. Biodiesel tidak mengandung petroleum diesel atau solar.

Metil ester(biodiesel) merupakan salah satu bahan oleokimia dasar yaitu turunan dari minyak dan lemak selain asam lemak. Metil ester dibuat dari minyak atau lemak yang merupakan alternatif pengganti asam lemak pilihan untuk memproduksi sejumlah oleokimia turunan lemak seperti alkohol-asam lemak, isopropil ester, poliester sukrosa danlain-lain.

Metil esterdari minyak Sawit (CPO) dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari CPO (minyak Sawit). Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari ester dengan alkohol lain dalam suatu proses yang menyerupai hidrolisis. Namun berbeda dengan hidrolisis, pada proses transesterifikasi bahan yang digunakan bukan air melainkan alkohol. Beberapa jenis alkohol yang digunakan dalam proses transesterifikasi adalah metanol, etanol, propanol, butanol, dan alkil alkohol. Metanol lebih umum digunakan untuk proses transesterifikasi karena harganya murah dan lebih mudah untuk direcovery, walaupun tidak menutup kemungkinan untuk menggunakan jenis alkohol lainnya. Reaksi ini dapat dikatalisis oleh asam, basa, atau enzim. Transesterifikasi yang dikatalisis basa lebih cepat daripada yang dikatalisis oleh asam sehingga jauh lebih banyak digunakan dalm penggunaan komersil. Umumnya, katalis yang digunakan adalah NaOH atau KOH.

Biodiesel adalah senyawa mono alkil ester yang diproduksi melalui reaksi tranesterifikasi antara trigliserida (minyak nabati, seperti minyak sawit, minyak jarak dll) dengan metanol menjadi metil ester dan gliserol dengan bantuan katalis basa. Biodiesel mempunyai rantai karbon antara 12 sampai 20 serta mengandung oksigen. Adanya oksigen pada biodiesel membedakannya dengan petroleum diesel (solar) yang komponen utamanya hanya terdiri dari hidro karbon. Jadi komposisi biodiesel dan petroleum diesel sangat berbeda. Biodiesel dapat mengurangi pencemaran, mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar, karbonmonoksida, sulfat, polisiklikaromatik hidrokarbon, dan hujan asam.

Sifat sifat yang terdapat di biodiesel yaitu :

1. Dapat Diperbarui (Renewable)

2. Mudah terurai oleh bakteri (Biodegradable)

3. Ramah Lingkungan

4. Menurunkan emisi (CO, CO2, SO2)

5. Menghilangkan asap hitam

6. Sifat pelumasan lebih bagus

7. Digunakan oleh mesin diesel

Bahan baku yang digunakan untuk pengolahan biodiesel, yaitu :

1. Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RPO) Merupakan minyak hasil kelapa sawit yang telah mengalami proses pemurnian di Revinery.

2. Metanol (CH3OH) merupakan senyawa alkohol digunakan sebagai pereaksi yang akan memberikan gugus alkil kepada rantai trigliserida dalam reaksi biodiesel.

3. Sodium Methylate (NaOCH3) digunakan sebagai katalis (zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi),merupakan katakis basa karena mengandung alkalinity 30%.

4. Phosporic Acid (H3PO4) digunakan sebagai zat yang akan mengurangi kadar sabun dalam biodiesel,mengikat getah-getah (gum) dalam biodiesel, bersifat asam dengan kadar (>85%).

5. Hydrocloric Acid (HCl) digunakan dalam proses Reacrification I, berfungsi untuk memisahkan Fatty matter di dalam Heavy Phase (Glycerine-water- methanol) dengan kadar (>30%).

RCOO- (terlarut) + H+ n RCOOH

6. Caustic soda ( NaOH ) ini digunakan untuk penetral pembentukan gliserin.

Macam-Macam Proses Pembuatan Metil Ester

Proses pembuatanan biodiesel dapat dilakukan dengan dua macam proses :Esterifikasi

Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air. Katalis yang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan menjadi 2 yaitu :

1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFA rendah.2. Esterifikasi dengan katalis asam (umumnya menggunakan asam sulfat) untuk minyak nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basa.

Esterifikasi merupakan 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. Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikiometrik) dan air produk ikutan 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 dari asam lemak menjadi metil ester adalah :

RCOOH + CH3OH ( RCOOH3 + H2O

Asam Lemak

Metanol

Metil Ester Air

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam P 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.

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi antara lain :1. Waktu Reaksi

Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil.

2. Pengadukan

Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Semakin besar tumbukan maka semakin besar pula harga konstanta kecepatan reaksi. Sehingga dalam hal ini pengadukan sangat penting mengingat larutan minyak katalismetanol merupakan larutan yang immiscible.

3. Katalisator

Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Pada reaksi esterifikasi yang sudah dilakukan biasanya menggunakan konsentrasi katalis

antara 1-4% berat sampai 10% berat campuran pereaksi.

4. Suhu Reaksi

Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan. Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secara keseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metal ester, pemurnian metil ester (netralisasi, pemisahan methanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi), pengambilan gliserol sebagai produk samping dan pemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi /rectification. Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA > 5%. Jika minyak berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan untuk mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester.

TransesterifikasiTransesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol atau etanol (pada saat ini sebagian besar produksi biodiesel menggunakan metanol) menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acid Methyl Ester/FAME) atau biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping. Katalis yang digunakan pada proses transeterifikasi adalah basa/alkali, biasanya digunakan natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH).

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Diantara alkohol-alkohol monohidrik menjadi kandidat sumber atau pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi ini disebut metanolisis). Jadi, sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan asam lemak metil ester (Fatty Acid Metil Ester) reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah : O

O

H2C-O-C-R1

R1-C-OCH3 H2C-OH

O

O

HC-O-C-R2 + 3 CH3OH R1-C-OCH3 + HC-OH O

O

H2C-O-C-R3

R1-C-OCH3 H2C-OH

Trigliserida Metanol

Metil Ester GliserolTransesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat. Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi. Pada reaksi transesterifikasi sebenarnya berlangsung dalam 3 tahap, yaitu sebagai :

KatalisTrigliserida (TG) + CH3OH Digliserida (DG) + R1COOCH3KatalisDigliserida (DG) + CH3OH Monogliserida (MG) + R2COOCH3

Katalis

Monogliserida (MG) + CH3OH Gliserol (GL) + R3COOCH3Sifat metil ester (biodiesel) ini sangat mendekati minyak diesel dan tidak menimbulkan dampak burukpada pemakaian jangka panjang sehingga sangat menjanjikan untukdigunakan sebagai pengganti ataupencampur minyak diesel. Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah asam lemak metil ester. Terdapat beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu :

1. Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi.

2. Memisahkan gliserol.

3. Menurunkan temperatur reaksi (transesterifikasi merupakan reaksi eksoterm)

Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan metil ester menginginkan agar didapatkan produk metil ester dengan jumlah maksimum. Beberapa kondisi reaksi mempengaruhi konversi perolehan biodiesel melalui transesterifikasi sebagai berikut :1. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak nabati yang akan ditranseterifikasi harus memiliki aka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0,5%. Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Hal ini dikarenakan air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak langsung dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbondioksida.

2. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiapp 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4,8:1 dapat menghasilkan konversi 98%. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1 setelah 1 jam konversi yang dihasilkan 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan konversi yang maksimum.

3. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dari pada dengan menggunalan etanol atau butanol.

4. Kemurnian reaktan

Pada kondisi reaktan yang sama, konversi untuk reaksi dengan bahan bakuminyaknabatimentahberkisarantara67-84%.Hal ini disebabkan oleh tingginya kandungan asam lemak bebas di dalam minyak nabati mentah, namun masalah ini dapat diselesaikan denan menggunakan temperatur dan tekanan yang tinggi.

5. Kecepatan pengadukan

Setiap reaksi dipengaruhi oleh tumbukan antar molekul yang larut dalam reaksi dengan memperbesar kecepatan pengadukan maka jumlah tumbukan antar molekul zat pereaksi akan semakin besar, sehingga kecepatan reaksi akan bertambah besar. Pada proses transesterifikasi, selain menghasilkan metil ester (biodiesel), hasil sampingnya adalah gliserin (gliserol). Gliserin dapat dimanfaatkan dalam pembuatan sabun. Bahan baku sabun ini berperan sebagai pelembab (moisturing).6. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk proses transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH) kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida) reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimu dengan jumlah katalis 0,5-1,5%minyak nabati. Jumlah katalis yang efektif untuk reaksi 0,5%. Penggunaan katalisator berguna untuk menurunkan tenaga aktifasisehingga reaksi berjalan dengan mudah bila tenaga aktifasikecil makaharga konstanta kecepatan reaksi bertambah besar. Ada tiga golongan katalis yang dapat digunakan, yaitu asam, basa, dan enzim. Sebagian besar proses transesterifikasi komersial dijalankan dengan katalis basa, karena reaksinya berlangsing sangat cepat yaitu empat ribu kali lebih cepat dibanding dengan katalis asam.7. Pengaruh temperatur

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30-65oC (titik didih metanol 65oC). Semakin tinggi temperatur, konversi yang akan diproleh semakin tinggi untuk waktu yang lebuh singkat.

Karakteristik Bahan Bakar Minyak

Karakteristik bahan bakar minyak yang akan dipakai pada suatu penggunaan tertentu untuk mesin atau peralatan lainnya perlu diketahui terlebih dahulu, agar hasil pembakaran dapat tercapai secara optimal. Secara umum, karakteristik bahan baker minyak khususnya minyak solar yang perlu diketahui adalah :

1. Berat Jenis (Specific Gravity)

Berat jenis adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan berat bahan bakar minyak pada temperatur tertentu terhadap air pada volume dan temperatur yang sama. Bahan bakar minyak umumnya mempunyai specific gravity antara 0,740,96, dengan kata lain bahan baker minyak lebih ringan dari pada air.

2. Viskositas

Viskositas adalah suatu angka yang menyatakan besarnya hambatan dari suatu bahan cair untuk mengalir, atau ukuran besarnya tahanan geser dari bahan cair. Makin tinggi viskositas minyak, akan makin kental dan makin sulit mengalir, begitu juga sebaliknya. Viskositas bahan bakar minyak sangat penting artinya, terutama bagi mesin-mesin diesel maupun ketel uap, karena viskositas minyak sangat bekaitan dengan supply konsumsi bahan bakar kedalam ruang bakar dan juga berpengaruh terhadap kesempurnaan proses pengkabutan bahan bakar malalui injector.3. Titik Tuang

Titik tuang adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak sehingga minyak tersebut masih dapat mengalir karena gaya gravitasi. Titik tuang ini diperlukan sehubungan dengan adanya persyaratan praktis dari prosedur penimbunan dan pemakaian dari bahan bakar minyak. Hal ini dikarenakan bahan baker minyak seringkali sulit untuk dipompa apabila suhunya telah dibawah titik tuangnya.

4. Titik Nyala

Titik nyala adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila pada permukaan minyak tersebut didekatkan pada nyala api. Titik nyala diperlukan sehubungan dengan pertimbangan-pertimbangan mengenai keamanan dari penimbunan minyak dan pengangkutan bahan bakar minyak terhadap bahaya kebakaran. Keuntungan dan Kekurangan Produk

Metil ester (biodiesel) berfungsi sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak bumi khusus untuk mesin diesel otomotif dan industri. Bahan bakar minyak diesel disebabkan keuntungan dalam pemakaian yaitu ;1. Pemakaian bahan bakar mesin diesel 10-25 % lebih kecil dari pada bahan bakar motor bensin, selain harganya lebih rendah juga mengurangi biaya operasi.

2. Umur mesin diesel lebih tahan lama 2,5 kali dari motor bensin, jika motor bensin umurnya efektifnya 6 tahun, maka kendaraan dengan mesin diesel dapat mencapai 15 tahun atau lebih dengan perawatan dan cara pemakaian yang sama.

3. Top overhaul mesin diesel biasa dilakukan setiap 3,5 tahun, sedangkan motor bensin dilakukan setiap 2 tahun.

4. Minyak pelumas yang dipakai oleh motor bensin rata rata 3 kali lebih sering diganti dibandingkan dengan mesin diesel

5. Gas buangan dari mesin diesel lebih bersih dibandingkan dengan motor bensin, karena kadar hidrokarbon yang tidak terbakar dan karbon monoksida lebih sedikit.

Walaupun mempunyai beberapa kelebihan, namun mesin diesel juga mempunyai kekurangan antara alin :

1. Untuk torsi yang sama, mesin diesel lebih mahal 5 kali lipat dibandingkan dengan motor bensin, sedangkan untuk horsepower yang sama harganya akan tujuh kali lebih besar dari harga motor bensin.

2. Ongkos overhaul pada mesin diesel lebih tinggi, karena memerlukan suku cadang yang diperkirakan empat kali lebih mahal dibandingkan dengan motor bensin dengan motor bensin dengan HP yang sama serta bunyinya lebih tidak disukai.