biodiesel

5/13/2018 Biodiesel - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biodiesel-55a7534b6e58c 1/12

Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumberdaya hayati yang berupa minyak lemak nabati

atau lemak hewani. Senyawa utamanya adalah ester. Ester mempunyai rumus bangun sebagai berikut :

Gambar 1 Rumus bangun ester

Biodiesel dapat dibuat dari transesterifikasi asam lemak. Asam lemak dari minyak lemak nabati direaksikan dengan

alkohol menghasilkan ester dan produk samping berupa gliserin yang juga bernilai ekonomis cukup tinggi.

Biodiesel telah banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar . Bahan baku biodiesel yang dikembangkan

bergantung pada sumber daya alam yang dimiliki suatu negara, minyak kanola di Jerman dan Austria, minyak

kedelei di Amerika Serikat, minyak sawit di Malaysia, dan minyak kelapa di Filipina Indonesia mempunyai banyak

sekali tanaman penghasil minyak lemak nabati, diantaranya adalah kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, jarak,

nyamplung, dan lain-lain. Beberapa tanaman yang potensial untuk bahan baku biodiesel dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Beberapa tanaman penghasil minyak di Indonesia

Nama latin Nama Indonesia Nama lain (daerah)

Elaeis guineensis Kelapa sawit Sawit, kelapa sawit

Ricinus communis Jarak (kastroli) Kaliki, jarag (Lampung)

Jatropha curcas Jarak pagar -

Ceiba pentandra Kapok Randu (Sunda, Jawa)

Chalopyllum inophyllum Nyamplung nyamplung

Ximena americana Bidaro Bidaro

(Sumber : Pusat Penelitian Energi ITB )

Agar dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar, biodiesel harus mempunyai kemiripan sifat fisik dan

kimia dengan minyak solar. Salah satu sifat fisik yang penting adalah viskositas. Sebenarnya, minyak lemak nabati

sendiri dapat dijadikan bahan bakar, namun, viskositasnya terlalu tinggi sehingga tidak memenuhi persyaratan untuk



dijadikan bahan bakar mesin diesel. Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dengan minyak solar disajikan pada

Tabel 2.

Tabel 2 perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dan solar

Sifat fisik / kimia Biodiesel Solar

Komposisi Ester alkil Hidrokarbon

Densitas, g/ml 0,8624 0,8750

Viskositas, cSt 5,55 4,6

Titik kilat, oC 172 98

Angka setana 62,4 53

Energi yang dihasilkan 40,1 MJ/kg 45,3 MJ/kg

(Sumber : Internasional Biodiesel, 2001)

Dibandingkan dengan minyak solar, biodiesel mempunyai beberapa keunggulan. Keunggulan utamanya adalah

emisi pembakarannya yang ramah lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan dan tidak mengandung

SOx. Perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan minyak solar disajikan dalam Tabel 3.

Tabel 3 perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan solar

Senyawa emisi Biodiesel Solar

SO2, ppm 0 78

NO, ppm 37 64

NO2, ppm 1 1

CO, ppm 10 40

Partikulat, mg/Nm3 0,25 5,6

Benzen, mg/Nm3 0,3 5,01

Toluen, mg/Nm3 0,57 2,31

Xilen, mg/Nm3 0,73 1,57

Etil benzen, mg/Nm3 0,3 0,73

(Sumber : Internasional Biodiesel, 2001)

Selain itu, beberapa keunggulan biodiesel yang lain adalah :

♠ Lebih aman dalam penyimpanan karena titik kilatnya lebih tinggi



♠ Bahan bakunya terbaharukan

♠ Angka setana tinggi

Trigliserida

Minyak atau lemak adalah substansi yang bersifat non soluble di air (hidrofobik) terbuat dari satu mol gliserol dan

tiga mol asam lemak. Minyak atau lemak juga biasa dikenal sebagai trigliserida (Sonntag, 1979). Struktur kimia

trigliserida disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2 Rumus bangun trigliserida

R 1, R 2, dan R 3 merupakan rantai hidrokarbon yang berupa asam lemak dengan jumlah atom C lebih besar dari

sepuluh. Senyawa inilah yang akan dikonversi menjadi ester melalui reaksi transesterifikasi.

Indonesia memiliki banyak sekali tumbuhan penghasil minyak lemak nabati bahan baku produksi biodiesel.

Kekayaan alam ini masih belum banyak dikembangkan. Kandungan dan komposisi asam lemak dari berbagai

tumbuhan di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 4 Kandungan dan Komposisi minyak nabati beberapa tumbuhan

Nama Pohon

(Indonesia Latin)

Kelapa sawit Jarak Pagar Saga Utan Kapok Kasumba Nyamplung

Elaesis

guineensi

s

Jatropha

curcas

Adenanthera

pavonina

Ceiba

Pentandra

Carthamus

tinctorius

Calophyllum

inophyllum

Bagian sumber

minyak

Sabut Inti biji Daging biji Inti biji Inti biji Inti biji



Kandungan minyak 45-70 40-60 14-28 24-40 30-50 40-73

(%-b kering)

Komposisi asam lemak:

Miristat 2 0,25 0,4

Palmitat 42 14,5 9 10,5 6,7 17,1

Stearat 5 5,5 1,1 8,6 3,65 9,05

Arakhidat 0,15 1,3

Lignoserat 25,5

Oleat 41 50 49,4 46,1 11,75 50,8

Linoleat 10 29,6 14,6 33,5 77,9 20

Erusat 3,3

(sumber : Eckey,1954; Knothe,1997; Soerawidjja, 2002)

Asam Lemak Bebas

Selain mengandug trigliserida, minyak lemak nabati juga mengandung asam lemak bebas ( free fatty acid ),

fosfolipid, sterol, air , odorants, dan pengotor-pengotor lainnya. Di antara kandungan-kandungan tersebut yang perlu

diperhatikan ialah asam lemak bebas.

Asam lemak bebas merupakan pengotor yang tidak boleh ada dalam reaksi transesterifikasi. Asam lemak bebas

bereaksi dengan basa (katalis reaksi transesterifikasi) membentuk sabun dan air. Selain itu, reaksi transesterifikasi

menghasilkan produk samping berupa gliserin. Sabun sulit dipisahkan dari gliserin, sehingga adanya asam lemak

bebas dalam reaksi transesterifikasi dapat menyebabkan kesulitan dalam pemisahan produk.

Alkohol

Alkohol digunakan sebagai reaktan dalam reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi. Alkohol yang sering

digunakan adalah metanol, etanol, propanol, dan isopropanol. Dalam skala industri, metanol lebih banyak digunakan

karena harganya lebih murah daripada alkohol yang lain.

Alkohol diumpankan dalam reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi dalam jumlah berlebih untuk mendapatkan

konversi maksimum. Pemakaian alkohol yang berlebih tentu saja menambah biaya produksi pembuatan biodiesel,

oleh karena itu alkohol sisa di daur ulang.



Katalis

Seperti reaksi kimia pada umumnya, pada reaksi esterifikasi dan transesterifikasi ditambahkan katalis untuk

mempercepat laju reaksi dan meningkatkan perolehan.

(i) Katalis Reaksi Esterifikasi

Reaksi esterifikasi berjalan baik jika dalam suasana asam. Katalis yang sering digunakan untuk reaksi ini adalah

asam mineral kuat, garam, gel silika, dan resin penukar kation.

Asam mineral yang banyak dipakai adalah asam klorida, asam sulfat, dan asam fosfat. Asam klorida banyak dipakai

untuk skala laboratorium, namun jarang dipakai untuk skala industri karena sangat korosif. Asam fosfat jarang

digunakan sebagai katalis karena memberikan laju reaksi yang relatif lambat. Asam sulfat paling banyak digunakan

dalam industri karena memberikan konversi tinggi dan laju reaksi yang relatif cepat.

Selain asam mineral, katalis yang sering dipakai adalah resin penukar kation. Keunggulan katalis ini adalah fasanya

yang padat sehingga pemisahannya lebih mudah dan dapat dipakai berulang. Selain itu, ester yang terbentuk tidak

perlu dinetralkan. Namun, resin penukar kation merupakan katalis yang mahal dibandingkan dengan asam mineral.

(ii) Katalis Reaksi Transesterifikasi

Katalis yang sering digunakan untuk reaksi transesterifikasi yaitu alkali, asam, atau enzim. Penggunaan enzim masih

belum umum dibandingkan alkali dan basa karena harganya mahal dan belum banyak penelitian yang membahas

kinerja katalis ini.

Alkali yang sering digunakan yaitu natrium metoksida (NaOCH3), natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida

(KOH), kalium metoksida, natrium amida, natrium hidrida, kalium amida, dan kalium hidrida (Sprules and Price ,

1950). Natium hidroksida dan natrium metoksida merupakan katalis yang paling banyak digunakan. Natrium

metoksida lebih efektif dibandingkan natrium hidroksida ( Fredman et. al., 1984; Hartman, 1956 ) tetapi harganya

lebih mahal dan beracun. Untuk perbandingan molar alkohol dan asam lemak 6:1, perolehan ester untuk NaOH 1%



dan NaOCH3 0,5% hampir sama setelah direaksikan selama 60 menit Namun, pada perbandingan molar alkohol dan

asam lemak 3:1, katalis natrium metoksida menunjukkan hasil yang lebih baik ( Fredman et. al., 1984).

Kalium hidroksida (KOH) mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan katalis lainnya. Pada akhir proses,

KOH yang tersisa dapat dinetralkan dengan asam fosfat menjadi pupuk (K 3PO4) sehingga proses produksi biodiesel

dengan katalis KOH tidak menghasilkan limbah cair yang berbahaya bagi lingkungan. Selain itu, KOH dapat dibuat

dari abu pembakaran limbah padat pembuatan minyak nabati.

Asam yang dapat digunakan diantaranya asam sulfat (H2SO4), asam fosfat, asam klorida, dan asam organik. Katalis

asam yang paling banyak banyak dipakai adalah asam sulfat.

Pada kondisi operasi yang sama, katalis alkali jauh lebih cepat daripada katalis asam ( Fredman et. al., 1984). Alkali

dapat memberikan perolehan yang tinggi untuk waktu reaksi sekitar 1 jam sedangkan asam baru memberikan

perolehan ester yang tinggi setelah bereaksi selama 3-48 jam. Pada alkali perolehan ester akan memuaskan untuk

perbandingan molar alkohol dan asam lemak 6:1 sedangkan pada asam baru memberikan perolehan ester yang

memuaskan untuk perbandingan molar alkohol dan asam lemak 30:1. Tetapi, katalis alkali tidak mengizinkan

adanya kandungan asam lemak bebas dalam jumlah besar pada reaktan karena akan terjadi reaksi penyabunan. Oleh

karena itu, untuk minyak nabati yang banyak mengandung asam lemak bebas dan air maka penggunaan katalis asam

patut dipertimbangkan.

Reaksi Pembuatan Biodiesel

Ester dapat dibuat dari minyak lemak nabati dengan reaksi esterifikasi atau transesterifikasi atau gabungan

keduanya.

(i) Reaksi Esterifikasi

Reaksi esterifikasi merupakan reaksi antara asam lemak bebas dengan alkohol membentuk ester dan air. Reaksi

yang terjadi merupakan reaksi endoterm, sehingga memerlukan pasokan kalor dari luar. Temperatur untuk

pemanasan tidak terlalu tinggi yaitu 55-60 oC (Kac, 2001). Secara umum reaksi esterifikasi adalah sebagai berikut :



Asam lemak bebas alkohol ester alkil air

Reaksi esterifikasi dapat dilakukan sebelum atau sesudah reaksi transesterifikasi. Reaksi esterifikasi biasanya

dilakukan sebelum reaksi transesterifikasi jika minyak yang diumpankan mengandung asam lemak bebas tinggi

(>0.5%). Dengan reaksi esterifikasi, kandungan asam lemak bebas dapat dihilangkan dan diperoleh tambahan ester.

(ii) Reaksi Transesterifikasi

Reaksi Transesterifikasi sering disebut reaksi alkoholisis, yaitu reaksi antara trigliserida dengan alkohol

menghasilkan ester dan gliserin. Alkohol yang sering digunakan adalah metanol, etanol, dan isopropanol. Berikut ini

adalah tahap-tahap reaksi transesterifikasi :

trigliserida alkohol digliserida ester

digliserida alkohol monogliserida ester



monogliserida alkohol gliserin ester

Secara keseluruhan reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut :

Trigliserida 3 (alkohol) gliserin 3 (ester)

Trigliserida bereaksi dengan alkohol membentuk ester dan gliserin. Kedua produk reaksi ini membentuk dua fasa

yang mudah dipisahkan. Fasa gliserin terletak dibawah dan fasa ester alkil diatas. Ester dapat dimurnikan lebih

lanjut untuk memperoleh biodiesel yang sesuai dengan standard yang telah ditetapkan, sedangkan gliserin

dimurnikan sebagai produk samping pembuatan biodiesel. Gliserin merupakan senyawaan penting dalam industri.

Gliserin banyak digunakan sebagai pelarut, bahan kosmetik, sabun cair, dan lain-lain.

Pengotor

Pengotor yang ada dalam biodiesel diantaranya gliserin, air, dan alkohol sisa. Pemisahan

pengotor dilakukan untuk mendapatkan biodiesel yang memenuhi kriteria untuk dijadikan

bahan bakar.



(i) Gliserin

Gliserin dan ester membentuk dua fasa yang tidak saling larut. Gliserin yang berada di lapisan bawah karena

densitasnya lebih besar dari ester. Pemisahan gliserin dari ester dapat dilakukan dengan cara dekantasi.

Gliserin merupakan produk samping proses pembuatan biodiesel yang bernilai ekonomis tinggi yang dapat dijual

dalam keadaan mentah (crude glycerin) atau gliserin yang telah dimurnikan. Pemurnian gliserin akan lebih sulit jika

terbentuk sabun hasil reaksi asam lemak bebas dengan basa.

(ii) Air

Salah satu produk samping reaksi esterifikasi adalah air. Air harus dihilangkan sebelum reaksi transesterifikasi.

Pemisahan air ini dapat dilakukan dengan penguapan atau menggunakan absorber. Pemisahan air dengan penguapan

lebih banyak dilakukan dalam industri biodiesel karena lebih murah.

Air menjadi sulit dipisahkan jika terdapat sabun hasil reaksi asam lemak bebas dengan basa. Air akan berikatan

dengan sabun dan gliserin sehingga pemisahannya menjadi sulit.

Rute-Rute Proses Pembuatan Biodiesel

Pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak berasam lemak bebas tinggi akan menimbulkan banyak rute karena

diperlukan satu reaksi atau lebih dan pemisahannya. berikut ini gambaran singkat mengenai rute-rute pembuatan

biodiesel.

(i) Rute I (transesterifikasi – esterifikasi )

Pada rute ini, pembuatan ester alkil dari minyak nabati dilakukan dengan dua reaksi, transesterifikasi dan

esterifikasi.

Asam lemak bebas dalam minyak lemak nabati direaksikan dengan basa membentuk sabun. Semua asam lemak

bebas dikonversi menjadi sabun, sehingga minyak nabati yang masuk reaktor transesterifikasi bebas asam lemak

bebas. Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan satu tahap atau dua tahap, pada reaksi dua tahap dilakukan



pemisahan gliserin di tengah-tengah reaksi, hal ini dilakukan agar kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan, sehingga

konversi yang diperoleh lebih tinggi.

Hasil yang diperoleh dari keluaran reaktor transesterifikasi adalah ester, gliserin, sabun, dan pengotor. Ester

dipisahkan dari produk dan sabun diubah kembali menjadi asam lemak bebas dengan pengasaman. Asam lemak

dapat diubah menjadi ester alkil dengan reaksi esterifikasi.

Asam lemak bebas bereaksi dengan alkohol menjadi ester dan air. Pada reaksi ini digunakan katalis asam, dapat

berupa katalis homogen (cair) atau heterogen (padat). Katalis padat dapat memudahkan dalam proses pemisahan

produk karena dapat disaring untuk kemudian dipakai kembali. Selain menghasilkan ester, reaksi esterifikasi juga

menghasilkan produk samping berupa air.

Ester hasil reaksi esterifikasi masih bercampur dengan pengotor-pengotor sehingga harus dimurnikan. Pengotor

paling banyak adalah gliserin. Gliserin mempunyai massa jenis yang lebih besar daripada ester sehingga fasa

gliserin berada di bawah, pemisahannya dapat dilakukan dengan dekantasi. Gliserin dapat dimurnikan lebih lanjut

dan menjadi produk samping yang bernilai ekonomi cukup tinggi. Biodiesel hasil reaksi esterifikasi dicampurkan

kembali dengan biodiesel hasil reaksi transesterifikasi.

Biodiesel yang dihasilkan masih berupa produk mentah sehingga perlu dimurnikan. Pemurniannya dapat dilakukan

dengan dua cara yaitu dengan pencucian menggunakan air atau pemurnian dengan penukar ion (penukar anion untuk

mengikat asam dan penukar kation untuk mengikat basa yang tersisa dari reaksi transesterifikasi). Pencucian

dilakukan untuk menghilangkan garam, alkohol, dan pengotor yang larut dalam air.

Rute ini tidak sesuai untuk memproduksi biodiesel dari minyak lemak nabati yang mengandung asam lemak bebas

tinggi karena memerlukan bahan baku berupa asam dan basa relatif lebih banyak.

(ii) Rute II (esterifikasi – transesterifikasi)

Seperti pada rute I, Rute ini juga menggunakan dua reaksi, yaitu esterifikasi dan transesterifikasi, namun pada rute

ini reaksi esterifikasi dilakukan sebelum reaksi tranesterifikasi. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan asam lemak

bebas sekaligus menambah perolehan biodiesel. Reaksi esterifikasi dapat dilakukan dengan katalis homogen



maupun heterogen. Esterifikasi dengan katalis homogen menghasilkan produk yang bersifat asam sehingga sebelum

reaksi transesterifikasi, kelebihan asam ini harus dinetralkan terlebih dahulu. Penetralan dapat dilakukan dengan

penambahan basa atau menggunakan resin penukar anion. Penetralan menggunakan basa menghasilkan garam yang

dapat menjadi pengotor, hal ini tidak terjadi pada penetralan menggunakan penukar ion.

Reaksi esterifikasi menghasilkan produk samping berupa air. Air harus dipisahkan sebelum reaksi transesterifikasi.

Pemisahan ini dapat dilakukan dengan penguapan atau menggunakan absorber.

Umpan masuk reaktor transesterifikasi berupa trigliserida, ester, dan pengotor. Trigliserida direaksikan dengan

metanol menghasilkan ester dan gliserin. Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan dua tahap untuk mendapatkan

konversi tinggi. Pada reaksi dua tahap, pemisahan gliserin dilakukan diantara kedua reaksi. Pemisahan gliserin ini

berguna untuk menggeser kesetimbangan ke kanan sehingga konversinnya menjadi lebih tinggi.

Reaksi transesterifikasi menghasilkan produk samping berupa gliserin. Ester dan gliserin tidak saling larut sehingga

dapat dipisahkan dengan dekantasi. Fasa ester dimurnikan lebih lanjut untuk mendapatkan biodiesel yang sesuai

dengan standard mutu yang disyaratkan. Fasa ester masih mengandung pengotor-pengotor, seperti : sisa katalis,

garam, metanol, dan pengotor lainnya. Pemurnian fasa ester alkil dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pencucian

dengan air atau menggunakan penukar ion.

(iii) Rute III (esterifikasi dengan metanol superkritik)

Metanol superkritik adalah metanol yang berada pada kondisi diatas temperatur dan tekanan kritiknya, yaitu 350 oC

dan 30 MPa. Esterifikasi dengan metanol superkritik mempunyai beberapa keunggulan yaitu waktu yang diperlukan

untuk mencapai konversi yang diinginkan jauh lebih kecil daripada dengan cara konvensional dan proses pemisahan

produknya lebih mudah karena tidak menggunakan katalis, sehingga tidak ada pengotor berupa katalis sisa. Namun,

esterifikasi ini juga mampunyai kelemahan yaitu kondisi operasi harus pada temperatur dan tekanan tinggi.

http://chemical-engineer.digitalzones.com/biodiesel.html



biodiesel

Documents