permohonan paten proses tran-esterifikasi biji kamandrah untuk menghasilkan biodiesel
DESCRIPTION
Suatu proses ekstraksi bertingkat untuk menghasilkan minyak biji kamandrah (Croton tiglium). Proses ekstraksi bertingkat yang dimulai dari pengepresan hidrolik, ampas yang tersisa dimaserasi menggunakan pelarut heksana, kemudian disaring dan dikeringkan dengan rotavapor untuk memisahkan minyak dan heksana. Dengan menggunakan proses ekstraksi bertingkat minyak yang terdapat dalam biji kamandrah akan terambil semuanya dan pelarut heksana yang digunakan dapat digunakan kembali untuk melakukan ekstraksi berikutnya secara berulang-ulang. Minyak yang diperoleh dari hasil pengepresan dan maserasi kemudian di esterifikasi menggunakan KOH-metanol dan H2SO4 pada suhu T=65oC selama t=3-5 jam, setelah dilakukan dekantasi diperoleh metil ester. Metil ester yang diperoleh kemudian di tran-esterifikasi dengan menambahkan KOH-metanol pada suhu 60oC, selama t=1-2 jam sehingga diperoleh fasa gliserol dan fasa biodiesel. Dimana fasa biodisel yang diperoleh dilakukan pencucian dengan air beberapa kali sampai pH 7, selanjutnya dikeringkan selama 1 jam sampai biodiesel yang diperoleh menjadi jernih. Kualitas biodiesel yang diperoleh memiliki Angka asam 0,538 mg KOH/gr minyak, massa jenis pada 40oC 879 kg/m3, viskositas kinematik pada 40oC 4,562 mm2/s, gliserin total 0,099 %-massa, angka Iodium 108,77 5-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr. Kualitas biodiesel yang diperoleh dari biji kamandrah telah memenuhi syarat karena berada pada batas nilai massa jenis (850-890 kg/m3), viskositas kinematik (2,3-6,0 mm2/s), gliserin total dibawah batas maksimal 0,24 %-massa, angka Iodium berada dibawa 115 %-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr.TRANSCRIPT
Deskripsi
PROSES TRAN-ESTERIFIKASI BIJI TUMBUHAN KAMANDRAH
UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL
Bidang Teknik Invensi
Invensi ini berhubungan dengan suatu proses tran-esterifikasi biji tumbuhan kamandrah
(Croton tiglium) untuk menghasilkan biodiesel.
Latar Belakang Invensi
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia namun sampai saat
ini masih mengimpor bahan bakar minyak (BBM) untuk mencukupi kebutuhan bahan bakar minyak
di sektor transportasi dan energi. Kenaikan harga minyak mentah dunia akhir-akhir ini memberi
dampak yang besar pada perekonomian nasional, terutama dengan adanya kenaikan harga BBM.
Kenaikan harga BBM secara langsung berakibat pada naiknya biaya transportasi, biaya produksi
industri dan pembangkitan tenaga listrik. Dalam jangka panjang impor BBM ini akan makin
mendominasi penyediaan energi nasional apabila tidak ada kebijakan pemerintah untuk
melaksanakan penganekaragaman energi dengan memanfaatkan energi terbaharukan dan lain-lain.
Bila dilihat dari konsumsi minyak solar di Indonesia tahun 2005 rata-rata per tahun mencapai
70.000 kilo liter per hari atau setara dengan 26 juta kilo liter per tahun. Pada kondisi konsumsi
seperti demikian padahal produksi minyak solar dalam negeri kurang dari 13 juta kilo liter per tahun,
sehingga diperlukan impor minyak solar. Mengingat konsumsi minyak solar, khususnya pada sektor
transportasi yang terus meningkat, maka diperkirakan volume impor minyak solar ini akan terus
meningkat bila tidak diimbangi dengan kebijakan penganekaragaman atau diversifikasi bahan bakar
alternatif.
Biodiesel adalah salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan, tidak mempunyai
efek terhadap kesehatan yang dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor dapat
menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel terbuat dari minyak nabati
yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui.
Dengan adanya Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional,
mentargetkan substitusi biofuel pada tahun 2024 adalah minimal 5% terhadap konsumsi energi
nasional, serta Inpres Nomor 1 Tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar
nabati (Biofuel) sebagai bahan bakar lain, menunjukkan keseriusan pemerintah dalam penyediaan
dan pengembangan bahan bakar nabati, diantaranya biodiesel.
Dalam rangka menunjang program pemerintah untuk pemanfaatan bahan bakar nabati
sebagai bahan alternatif pengganti BBM tetap berjalan maka diperlukan alternatif lain yang masih
berada dalam kolidur penggunaan minyak nabati yang berasal dari tumbuhan. Tumbuhan yang
selama ini berpotensi sebagai sumber biodiesel antara lain kelapa sawit, kelapa, kemiri, singkong,
dan jarak pagar. Bila yang digunakan kelapa sawit, kelapa, kemiri, dan singkong, maka terjadi
tumpang tindah pemanfaatan selain sebagai bahan pangan juga digunakan sebagai bahan baku
biodiesel sehingga akan terjadi gejolak harga. Alternatif lain menggunakan tanaman jarak pagar yang
merupakan salah satu tumbuhan penghasil bahan baku biodiesel yang trend selama.
Bila dilihat dari kendala permasalahan yang terkait dengan produktivitas hasil panen
tanaman ini merupakan issue sentral yang saat ini sedang ramai diperbincangkan, karena tanaman
ini membutuhkan ekologi tanah yang sesuai. Disamping itu rendemen minyaknya yang rendah dan
belum tersedianya berbagai varietas unggul yang bersifat spesifik untuk ekosistem tertentu. Bila
dipaksakan untuk ditanam tentu akan berakibat produktivitas dan kandungan minyaknya yang
kurang. Kejadian seperti ini yang terjadi saat ini sehingga nasip jarak pagar menjadi terkatung-
katung.
Bila program pemerintah tersebut dijalankan tanpa memperhatikan kondisi ekologi tanah
setempat sangat tidak mungkin upaya tersebut berjalan dengan baik, karena kesuburan lahan yang
tidak mendukung yang dapat mengakibatkan produktivitas dan rendemen minyak yang diperoleh
tidak sesuai dengan yang diharapkan. Maka dengan demikian perlu dicari alternatif lain yaitu
tanaman spesifik daerah antara lain adalah tumbuhan kamandrah.
Tumbuhan kamandrah merupakan tanaman semak, pohon kecil atau perdu, tinggi antara 5-
24 m. Batang tumbuhan kamandrah tegak, bulat, berambut dan berwarna hijau. Daun tumbuhan
dicirikan pada bagian pangkal daun tepinya bergerigi, berseling, lonjong, pada bagian ujung runcing,
pangkal membulat, berdaun tunggal, panjang daun 3-4,5 cm, lebar 1-3,5 cm, tangkai silendris,
panjang 2-2,5 cm, pertulangan menyirip dan berwarna hijau. Bunganya dicirikan berbentuk
majemuk, bentuk bulir, diujung batang, kelopak membulat, bertoreh, warna hijau, benang sari
banyak, putih kekuningan, kepala putik bulat, kuning, mahkota bentuk corong kuning. Buah
berbentuk kotak, bulat, dengan diameter 0,5 cm, dan berwarna hijau. Biji tanaman ini berbentuk
bulat telur, kecil, dan berwarna hitam. Akar termasuk akar tunggang, dan berwarna putih kotor.
Disamping tumbuhan ini merupakan tumbuhan yang dapat tumbuh disembarang tempat,
umur panen tumbuhan ini hanya 8 bulan dan berproduksi sepanjang tahun dengan tingkat produksi
.... ton/ha/setiap panen. Kelebihan lain dari biji tanaman ini mempunyai kandungan minyak
mencapai 29,1% jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan tanaman jarak pagar yang hanya 24%.
Dengan demikian biji kamandrah sangat berpotensi dan berpeluang digunakan sebagai bahan baku
biodiesel. Untuk memproduksi biodiesel dari biji kamandrah dapat dilakukan melalui suatu proses
kimia yang disebut transesterifikasi (transesterification) dimana reaksi antara senyawa ester dengan
senyawa alkohol (methanol). Proses ini menghasilkan dua produk yaitu metil ester (biodiesel) dan
gliserin.
Sejauh ini belum dilakukan penelitian tentang pemanfaatan biji kamandrah sebagai bahan
baku biofuel. Dari hasil penelusuran patent dan jurnal ternyata tidak ada patent dan jurnal
mengenai bahan baku biji kamandrah (Croton tiglium) yang digunakan sebagai bahan baku produk
biodiesel. Demikian juga tidak ada patent dan jurnal yang menghubungkan antara bahan bakar
alternatif dengan pembuatan produk biodiesel dari biji tumbuhan kamandrah. Hanya ada beberapa
yang telah ditemukan tentang ekstrak Croton, dari ke dua puluh patent dan jurnal tersebut hanya
ada 2 (020816 tgl 12 Desember 2001 dan 085848 tgl 27 Pebruari 2002) yang berisi ekstrak
Euphorbiaceae (antara lain Croton tiglium), tetapi khasiat dari produk yang ditelaah adalah sebagai
anti kanker.
Ringkasan Invensi
Penipisan cadangan bahan bakar minyak berbasis bahan bakar fosil berakibat pada
peningkatan harga BBM. Oleh karena itu, Indonesia perlu mencari sumber-sumber bahan bakar
alternatif yang bersifat terbarukan (renewable energy) yang mungkin dikembangkan di Indonesia.
Salah satu usaha tersebut melalui penggunaan biodiesel dengan bahan baku dari biji hasil tanaman
yang ketersediannya berkesinambungan.
Tanaman yang berpotensi sebagai sumber biodiesel antara lain kelapa sawit, kelapa, kemiri,
singkong, dan jarak pagar. Bila yang digunakan kelapa sawit, kelapa, kemiri, dan singkong, maka
terjadi tumpang tindah pemanfaatan selain sebagai bahan pangan juga digunakan sebagai bahan
baku biodiesel sehingga akan terjadi gejolak harga. Alternatif lain menggunakan tanaman jarak
pagar. Tanaman jarak pagar membutuhkan kesesuaian lahan, bila dipaksakan untuk ditanam tentu
akan berakibat produktivitas dan kandungan minyaknya yang kurang. Kejadian seperti ini yang
terjadi saat ini sehingga nasip jarak pagar menjadi terkatung-katung.
Dalam rangka menunjang program pemerintah untuk pemanfaatan bahan bakar nabati
sebagai bahan alternatif pengganti BBM (Inpres No.1/2006) tetap berjalan maka diperlukan
alternatif lain yang masih berada dalam kolidur penggunaan minyak nabati yang berasal dari
tumbuhan yang spesifik daerah. Salah satu tumbuhan yang dapat digunakan sebagai bahan baku
penghasil biodiesel yang spesifik daerah adalah tumbuhan kamandrah.
Disamping itu bila dilihat dari potensi kandungan minyak yang terdapat dalam biji
kamandrah mencapai 40,01% jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan tanaman jarak pagar yang
hanya 24%. Selama ini hanya digunakan masyarakat sebagai obat pencahar dan secara umum
dianggap sebagai tanaman pengganggu, maka dengan adanya invensi penggunaan biji kamandrah
sebagai bahan baku penghasil biodiesel ini merupakan salah satu invensi dalam pengembangan iptek
yang berdampak meningkatkan nilai tambah produk yang dihasilkan.
Tujuan invensi ini adalah suatu proses tran-esterifikasi untuk dapat menghasilkan produk
biodiesel yang memenuhi standar dari hasil ekstraksi bertingkat biji kamandrah.
Uraian Singkat Gambar
Gambar 1 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk minyak kasar dari bahan
baku biji kamandrah melalui proses ekstraksi bertingkat.
Gambar 2 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk metil ester dari minyak biji
kamandrah melalui proses esterifikasi.
Gambar 3 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk biodiesel dari minyak biji
kamandrah melalui proses tran-esterifikasi.
Uraian Lengkap Invensi
Memperoleh minyak kasar dari biji kamandrah dilakukan dengan melakukan ekstraksi
bertingkat yaitu dengan cara pengepresan menggunakan alat pngepres hidrolik dan ampas yang
tersisa dilakukan maserasi menggunakan pelarut heksana.
Ekstraksi adalah proses pemisahan komponen-komponen terlarut dari campuran komponen
tidak terlarut dengan menggunakan pelarut yang sesuai. Ekstraksi dengan pelarut dilakukan dengan
melarutkan bahan ke dalam suatu pelarut organik, sehingga komponen pembentuk bahan akan
terlarut ke dalam pelarut. Ekstraksi merupakan proses pemisahan dengan pelarut yang melibatkan
perpindahan zat terlarut ke dalam pelarut. Proses perpindahan komponen bioaktif dari dalam bahan
ke pelarut dapat dijelaskan dengan teori difusi. Proses difusi merupakan pergerakan bahan secara
spontan dan tidak dapat kembali (irreversible) dari fase yang memiliki konsentrasi lebih tinggi
menuju ke fase dengan konsentrasi yang lebih rendah. Proses ini akan terus berlangsung selama
komponen bahan padat yang akan dipisahkan menyebar diantara kedua fase dan akan berakhir bila
kedua fase berada dalam kesetimbangan. Kesetimbangan akan terjadi bila seluruh zat terlarut
sudah larut semuanya di dalam zat cair dan konsentrasi larutan yang terbentuk menjadi seragam.
Memperoleh minyak kasar dari biji kamandrah dilakukan menggunakan ekstraksi bertingkat
yaitu dengan cara pengepresan dan maserasi menggunakan pelarut heksana yang mengacu pada
Gambar 1.
Biji kamandrah dikupas kulitnya sehingga yang tersisa bagian karnel dari biji sebanyak 84 %,
sedangkan kulit biji hanya sebanyak ...%. Karnel yang bebas dari kulit yang tersisa kemudian
dilakukan pengepresan sehingga diperoleh minyak kasar ....%. Ampas yang tersisa dari hasil
pengepresan kemudian dilakukan maserasi yaitu dengan cara merendam ampas dalam pelarut
heksana PA dengan perbanding ampas dan pelarut 1 : 4. Setelah dilakukan perendaman selama 4
hari, kemudian dilakukan penyaringan. Minyak yang masih tercampur dengan pelarut heksana dari
hasil penyaringan selanjutnya dipisahkan menggunakan rotavapor pada suhu 65oC sampai pelarut
heksana menguap semuanya sehingga yang tersisa adalah minyak kasar. Sedangkan heksana yang
menguap pada peralatan rotavapor dapat diambil dan dimanfaatkan kembali berulang kali.
Selanjutnya untuk memperoleh biodiesel dari minyak kasar yang diperoleh dilakukan proses
esterifikasi dan tran-esterifikasi yang mengacu seperti pada Gambar 2.
Proses esterifikasi dilakukan dengan menimbang minyak, kemudian menambahkan
methanol dengan perbandingan stokiometri. Dengan memanaskan minyak sampai 50oC, kemudian
dimasukkan H2SO4 (2,25 ml H2SO4/100 gr minyak). Suhu dinaikkan sampai 65oC dan dipertahankan
suhu pada 65oC. Waktu reaksi 3 – 5 jam, reaksi dihentikan jika angka asam tidak berubah lagi ketika
sampel diambil. Dekantasi, terjadi 2 (dua) fasa yaitu fasa methanol dan fasa metil ester. Kemudian
kedua fasa tersebut dipisahkan untuk mengambil metil ester yang dicirikan fasa metanol bagian atas
dan fasa metil ester bagian bawah. Bila angka asam hasil reaksi kurang dari 3, maka langsung
dilakukan tran-esterifikasi.
Proses tran-esterifikasi dilakukan dengan menimbang minyak dan dipanaskan sampai suhu
60oC. Kemudian ditambah KOH-metanol untuk reaksi 1 (80 % katalis) sambil diaduk selama 1-2 jam.
Dekantasi, terjadi 2 fasa yaitu fasa biodiesel dan fasa gliserol. Kemudian kedua fasa tersebut
dipisahkan dimana fasa gliserol berada pada bagian bawah dan fasa biodiesel berada pada bagian
atas. Selanjunya fasa biodiesel direaksikan kembali dengan memanaskan biodiesel kembali sampai
suhu 60oC. Kemudian dengan menambahkan KOH-metanol untuk reaksi 2 (20 % katalis) sambil
diaduk selama 1-2 jam. Dekantasi, terjadi 2 fasa kembali dan dipisahkan gliserolnya dari biodiesel.
Biodiesel yang diperoleh kemudian dicuci dengan air (10 %/V minyak) beberapa kali sampai pH air
cucian netral (pH 7). Selanjutnya biodiesel yang diperoleh dikeringkan menggunakan vakum selama
1 jam atau sampai biodieselnya jernih.
Dari hasil produk biodiesel yang dihasilkan melalui proses produk diatas berada pada
standar batas nilai biodiesel yang ditentukan, yang dicirikan dengan produk biodiesel berwarna
jernih dengan massa jenis pada 40oC 879 kg/m3 (batas nilai 850-890 kg/m3) viskositas kinematik pada
40oC 4,562 mm2/s (batas nilai 2,3 – 6,0 mm2/s) , gliserin total 0,099 %-massa (batas nilai maksimum
0,24), angka Iodium 108,77 %-massa (batas nilai maksimum 115 %-massa) dan angka penyabunan
188,5 mg KOH/gr.
Klaim
1. Suatu proses ekstraksi bertingkat biji kamandrah untuk menghasilkan minyak croton.
2. Proses ekstraksi bertingkat seperti diklaim pada klaim 1, yang dimulai dari pengepresan hidrolik,
ampas yang tersisa dimaserasi menggunakan pelarut heksana, kemudian disaring dan
dikeringkan dengan rotavapor untuk memisahkan minyak dan heksana.
3. Proses yang di klaim pada klaim 1 dan 2, dimana minyak yang terdapat dalam biji kamandrah
akan terambil semuanya dan pelarut heksana yang telah digunakan dapat dipakai kembali
berulang-ulang.
4. Proses seperti pada klaim 3, dimana minyak yang diperoleh dari hasil pengepresan dan maserasi
kemudian di esterifikasi menggunakan KOH-metanol dan H2SO4 pada suhu T=65oC selama t=3-5
jam, setelah dilakukan dekantasi diperoleh metil ester yang dicirikan dengan angka asam 33,26
mg KOH/g, angka sabun 197,706 mg KOH/g, dan angka Iodium 105,899 g I2/100g.
5. Proses seperti pada klaim 4, dimana metil ester yang diperoleh kemudian di tran-esterifikasi
dengan menambahkan KOH-metanol pada suhu 60oC, selama t=1-2 jam sehingga diperoleh fasa
gliserol dan fasa biodiesel.
6. Proses seperti pada klaim 5, dimana fasa biodisel yang diperoleh dilakukan pencucian dengan air
(10 %/V minyak) beberapa kali sampai pH air cucian netral dan dikeringkan selama 1 jam yang
dicirikan biodieselnya jernih.
7. Produk seperti diklaim dalam klaim 5, dicirikan dengan produk biodiesel berwarna jernih dengan
massa jenis pada 40oC 879 kg/m3, viskositas kinematik pada 40oC 4,562 mm2/s, gliserin total
0,099 %-massa, angka Iodium 108,77 5-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr.
Abstrak
PROSES TRAN-ESTERIFIKASI BIJI TUMBUHAN KAMANDRAH
UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL
Suatu proses ekstraksi bertingkat untuk menghasilkan minyak biji kamandrah (Croton
tiglium). Proses ekstraksi bertingkat yang dimulai dari pengepresan hidrolik, ampas yang tersisa
dimaserasi menggunakan pelarut heksana, kemudian disaring dan dikeringkan dengan rotavapor
untuk memisahkan minyak dan heksana. Dengan menggunakan proses ekstraksi bertingkat minyak
yang terdapat dalam biji kamandrah akan terambil semuanya dan pelarut heksana yang digunakan
dapat digunakan kembali untuk melakukan ekstraksi berikutnya secara berulang-ulang. Minyak yang
diperoleh dari hasil pengepresan dan maserasi kemudian di esterifikasi menggunakan KOH-metanol
dan H2SO4 pada suhu T=65oC selama t=3-5 jam, setelah dilakukan dekantasi diperoleh metil ester.
Metil ester yang diperoleh kemudian di tran-esterifikasi dengan menambahkan KOH-metanol pada
suhu 60oC, selama t=1-2 jam sehingga diperoleh fasa gliserol dan fasa biodiesel. Dimana fasa
biodisel yang diperoleh dilakukan pencucian dengan air beberapa kali sampai pH 7, selanjutnya
dikeringkan selama 1 jam sampai biodiesel yang diperoleh menjadi jernih. Kualitas biodiesel yang
diperoleh memiliki Angka asam 0,538 mg KOH/gr minyak, massa jenis pada 40oC 879 kg/m3,
viskositas kinematik pada 40oC 4,562 mm2/s, gliserin total 0,099 %-massa, angka Iodium 108,77 5-
massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr. Kualitas biodiesel yang diperoleh dari biji
kamandrah telah memenuhi syarat karena berada pada batas nilai massa jenis (850-890 kg/m3),
viskositas kinematik (2,3-6,0 mm2/s), gliserin total dibawah batas maksimal 0,24 %-massa, angka
Iodium berada dibawa 115 %-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr.
Biji kamandrah
(Croton tiglium)
Pengupasan Kulit
Karnel
Pengepresan
Minyak Croton I Ampas
(…%)
Maserasi
(pelarut Heksana)
Minyak Croton II Heksana
(…%)
Kulit Biji
Saring Ampas
(…%)
Minyak Kasar
Pemisahan
(Rotavapor)
T=…oC, ,t=…
Gambar 1
Esterifikasi
T=65oC, t=3-5 jam
Metil Ester
Angka asam < 3
Minyak Croton KOH-metanol
H2SO4
Dekantasi/
Pemisahan
Fasa Methanol Fasa Metil Ester
A
Gambar 2