Download - Paper Biodiesel
PAPER BIODIESEL
Tugas Mata Kuliah Teknologi Energi Terbarukan
Eka Tamara Pebriani
21030112120007
o
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2015
Definisi Biodiesel dan Bahan Baku
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia sampai
beberapa kurun waku lalu namun saat ini menjadi negara pengimpor 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.
Biodiesel merupakan 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 adalah
bahan bakar cair yang secara teknik dikenal sebagai mono alkyl ester yang terbuat dari lemak
atau minyak dan alkohol (Cleaner, 2003). Metil ester asam lemak memiliki rumus molekul
Cn-1H2(n-r)-1CO–OCH3 dengan nilai n yang umum adalah angka genap antara 8 sampai dengan
24 dan nilai r yang umum 0, 1, 2, atau 3. Beberapa metil ester asam lemak yang dikenal
adalah :
1. Metil stearat, C17H35COOCH3 [n = 18 ; r = 0]
2. Metil palmitat, C15H31COOCH3 [n = 16 ; r = 0]
3. Metil laurat, C11H23COOCH3 [n = 12 ; r = 0]
4. Metil oleat, C17H33COOCH3 [n = 18 ; r = 1]
5. Metil linoleat, C17H31COOCH3 [n = 18 ; r = 2]
6. Metil linolenat, C17H29COOCH3 [n = 18 ; r = 3]
Kelebihan metil ester asam lemak dibanding asam-asam lemak lainnya :
1. Ester dapat diproduksi pada suhu reaksi yang lebih rendah.
2. Gliserol yang dihasilkan dari metanolisis adalah bebas air.
3. Pemurnian metil ester lebih mudah dibanding dengan lemak lainnya karena titik
didihnya lebih rendah.
4. Metil ester dapat diproses dalam peralatan karbon steel dengan biaya lebih rendah
daripada asam lemak yang memerlukan peralatan stainless steel.
Metil ester asam lemak tak jenuh memiliki bilangan setana yang lebih kecil dibanding
metil ester asam lemak jenuh (r = 0). Meningkatnya jumlah ikatan rangkap suatu metil ester
asam lemak akan menyebabkan penurunan bilangan setana. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa untuk komponen biodiesel lebih dikehendaki metil ester asam lemak
jenuh seperti yang terdapat dalam fraksi stearin minyak sawit.
Biodiesel bisa juga terbuat dari minyak nabati yang berasal dari sumber daya yang
dapat diperbaharui. Beberapa bahan baku untuk pembuatan biodiesel antara lain kelapa sawit,
kedelai, bunga matahari, jarak pagar, tebu dan beberapa jenis tumbuhan lainnya. Di Amerika
Serikat, biodiesel sebagian besar terbuat dari minyak kedelai, dan sebagian lainnya yaitu
canola oil, sunflower oil, minyak jelantah, dan bahkan lemak hewan. Biodiesel yang berasal
dari minyak kacang kedelai dikenal juga sebagai soy-methyl ester (Cleaner, 2003). Sementara
di Eropa, rapeseed oil atau lebih dikenal dengan minyak kanola merupakan bahan baku
utama dalam pembuatan biodiesel. Berikut kandungan asam lemak yang berasal dari bahan
baku minyak nabati (Bakar et al., 2002).
Karakteristik Biodiesel
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, biodiesel dapat dibuat menggunakan
minyak nabati termasuk diantaranya minyak kanola dan minyak kedelai. Berikut ini
merupakan tabel karakteristik utama biodiesel yang dibuat dari minyak kanola dan minyak
kedelai menggunakan proses katalis heterogen
(Hillion, Delfort, Pennec, Bournay, & Chodorge, 2003)
Standard Biodiesel
Parameter untuk biodiesel B100 (100%) diatur melalui standar biodiesel, ASTM D6751,
yang disahkan pada Desember 2001. Standar ini digunakan sebagai parameter penggunakan
biodiesel murni sebelum digunakan sebagai bahan bakar ataupun dalam tahap akan dilakukan
pencampuran dengan bahan bakar lain (petrodiesel)
Section: BIOFUELS
Specification for Biodiesel (B100)
Property ASTM Method
Limits Units
Calcium and Magnesium, combined EN 14538 5 max. ppm
Flash Point D93 93.0 Degrees C
Alcohol Control (one of the following must be met)
1. Methanol Content EN 14110 0.2 max % mass
2. Flash Point D93 130 min Degrees C
Water & Sediment D2709 0.050 max % vol
Kinematic Viscosity, 40°C D445 1.9 - 6.0 mm2/sec
Sulfated Ash D874 0.020 max % mass
Sulfur S15 Grade D5453 0.0015 max % mass (ppm)
Sulfur S500 Grade D5453 0.05 max % mass (ppm)
Copper Strip Corrosion D130 No. 3 max
Cetane Number D613 47 min
Cloud Point D2500 Report to customer Degrees C
Carbon Residue 100% samplea D4530 0.050 max % mass
Acid Number D664 0.50 max mg KOH/gm
Free Glycerin D6584 0.020 max % mass
Total Glycerin D6584 0.240 max % mass
Phosphorus Content D 4951 0.001 max % mass
Distillation, T90 AET D 1160 360 max Degrees C
Sodium/Potassium, combined EN 14538 5 max ppm
Oxidation Stability EN 14112 3 min hours
Cold Soak Filterability Annex to D6751 360 max seconds
For use in temperatures below -12 C Annex to D6751 200 max seconds
Proses Pembuatan Biodiesel Skala Industri
Biodiesel secara umum dibuat dengan mengkombinasikan minyak nabati dengan
alkohol (umumnya methanol kadang etanol) dengan kehadiran katalis dalam suatu proses
yang disebut transesterifikasi (Cleaner, 2003). Proses transesterifikasi dari trigliserida
menjadi metil eter menggunakan methanol merupakan reaksi yang melibatkan katalis.
Metanol dibuat berlebih agar reaksi mencapai konversi tinggi
Katalis konvensional dalam proses transesterifikasi natural oil dipilih pada kelompok
senyawa basa seperti alkali atau alkali tanah hidroksida atau alkoksida. Selain katalis basa,
proses tranesterifikasi ini juga bisa menggunakan katalis asam seperti asam sulfonat, asam
sulfur, ataupun katalis logam basa seperti titanium alcoholates atau oxides of tin, magnesium,
atau zinc (Hillion et al., 2003).
Reaksi transesterifikasi berlangsung dalam tiga langkah reversibel:
1. Trigliserida bereaksi dengan alkohol membentuk digliserida dan ester asam lemak
2. Digliserida bereaksi dengan alkohol membentuk monogliserida dan ester asam lemak
3. Bereaksi monogliserida dengan alkohol untuk membentuk gliserin dan ester asam
lemak.
Sebagai contoh, jika minyak sawit, dengan setidaknya 9 kelompok asam lemak yang berbeda,
digunakan sebagai bahan baku bisa berpotensi menjadi 729 trigliserida yang berbeda, 81
digliserida yang berbeda, dan 9 monogliserida yang berbeda hadir. Berikut merupakan contoh
flowsheet dari industri biodiesel luar negeri (Demand et al., n.d.)
Biodiesel vs Diesel
1. Biodiesel memiliki flash point yang lebih rendah dari diesel sehingga membantu
mencegah kemungkinan kerusakan karena api/pembakaran.
2. Pembakaran pada biodiesel lebih bersih daripada diesel yang berarti emisi yang
dihasilkan seperti partikulat dan volatile matter (nitrogen, karbon monoksida, dan
jelaga) lebih rendah.
3. Bau yang ditimbulkan akibat pembakaran tidak terlalu menyengat dibandingkan
dengan pembakaran menggunakan diesel.
4. Tidak memerlukan peralatan tambahan dan khusus untuk operasi
5. Tidak memerlukan perubahan system transportasi dan penyimpanan untuk
mengontrol biodiesel (Idusuyi, Ajide, & Abu, 2012)
6. Biodiesel memiliki energy density yang lebih rendah dibandingkan bahan bakar diesel
(123.000 vs 140.000 BTU/gal; 34.000 vs 39.000 kJ/l).
7. Biodiesel memiliki kandungan oksigen lebih banyak 10-12%w dan jumlah cetane
yang lebih sedikit dibanding bahan bakar diesel (Cleaner, 2003).
Biodiesel application
1. Bahan Bakar Alat Transportasi
Pada saat ini sebagian besar biodiesel yang diproduksi digunakan sebagai pencampur
pada bahan bakar diesel. Produk campuran yang sudah umum dipasaran yakni B20
yang merupakan kombinasi dari 20% biodiesel dan 80% bahan bakar diesel. B100
atau produk 100% biodiesel (neat biodiesel) sebagian besar telah besar digunakan tapi
tidak direkomendasikan penggunaannya berkaitan dengan masalah-masalah yang
ditimbulkan seperti gangguan pada kondisi cuaca dingin, kecocokan peralatan, serta
biaya operasi.
2. Biodiesel sebagai bahan bakar off-road untuk alat berat
Bahan bakar off-road diesel tidak memenuhi standar low sulfur yang telah ditetapkan
(500ppm), dan level sulfur tertentu (2000-3000ppm). Bahan bakar diesel yang tinggi
sulfur ini digunakan pada alat-alat berat seperti bulldozers dan excavator. Dengan
mengganti bahan bakar diesel menjadi biodiesel pada alat berat ini akan menghasilkan
keuntungan yang lebih tinggi terutama dalam efeknya ke lingkungan.
3. Biodiesel sebagai bahan bakar pemanas
Environtment impact
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh US Environmental Protection Agency
(NREL/TP 2001) menyebutkan bahwa B20 pada dasarnya lebih ekonomis ditinjau dari segi
biaya, emisi, cuaca, kompabilitas bahan, dan masalah solubilitas. Para peneliti sepakat bahwa
campuran biodiesel 20% merupakan campuran terbaik untuk penggunaan secara umum.
Campuran yang lebih tinggi biasanya menimbulkan masalah dengan emisi nitrogen oksida.
Berikut contoh perbandingan B20 (20% blend) dan B100 (100%) (Idusuyi et al., 2012).
Safety concern
Secara umum, penggunaan biodiesel tidak menimbulan masalah yang serius.
Bagaimanapun, saat biodiesel pertama kali digunakan, biodiesel dapat membentuk endapan
pada dinding tangki dan pipa yang berasal dari bahan bakar diesel yang digunakan
sebelumnya yang menyebabkan penyumbatan pada saringan bahan bakar. Sebagai akibatnya,
pemilik kendaraan harus mengganti saringan bahan bakar pada saat penggantian pertama
penggunaan biodiesel (States, It, & Oil, 2010).
Biodiesel dapat berubah menjadi gel pada suhu dibawah 320C (0
0F) dan harus
dicampurkan dengan bahan bakar diesel, kerosin, atau zat aditif khusus lainnya pada cuaca
dingin untuk mencegah kemungkinan berubah bentuk menjadi gel. Oleh karena itu,
penggunakan biodiesel sebagai bahan bakar lebih baik menggunakan B20 untuk mencegah
kemungkinan ”gelling”. Hal ini telah dibuktikan oleh Dr. Tyson, permasalahan “gelling”
pada biodiesel telah dialaminya saat menggunakan B35 beberapa tahun yang lalu. Dia
mengatakan bahwa penggunaan B20 dan beberapa campuran biodiesel yang lebih rendah
(B10 atau B5) lebih aman untuk digunakan.
Benefit Biodiesel
Ada beberapa keuntungan dalam penggunaan biodiesel khususnya sebagai campuran
pada bahan bakar dalam mesin biodiesel yaitu dapat mengurangi kebutuhan bahan bakar
diesel. Selain itu biodiesel dapat mereduksi emisi Green House Gas (GHG). Dalam
penggunaannya di kendaraan, biodiesel dapat mereduksi emisi karbon monoksida, particulate
matter, sulfur, begitu juga emisi hidrokarbon dan gas racun.
Berdasarkan analisa EPA menggunakan data yang ada menunjukkan bahwa dampak
emisi nitrogen oksida (NOx) pada biodiesel tergantung pada beban mesin dan dengan
demikian dilakukan uji siklus. Secara rata-rata, emisi NOx meningkat sekitar 20% untuk
campuran B20. Sejumlah program tes juga baru-baru ini telah dilaksanakan untuk memeriksa
efek B20 yang dipadukan pada sejumlah peralatan modern (seperti particulate filter, dan
penyimpanan NOx dan reduction devices), dan sampai saat ini belum terlihat pengaruh nyata
biodiesel dalam menurunkan atau mengganggu kinerja perangkat.
DAFTAR PUSTAKA
Bakar, B., Biodiesel, A., Pengenalan, B. I., Haryanto, B., Teknik, F., Teknik, J., … Oil, C. P.
(2002). Fractination Refining Factory )., 1–13.
Cleaner, A. (2003, January). Biodiesel. BuildingGreen Inc.
Demand, B., Demand, B., Process, B. P., Process, B. P., Components, C., & Components, C.
(n.d.). BIODIESEL IN CHEMCAD The Challenge – Biodiesel Production, 1–7.
Hillion, G., Delfort, B., Pennec, D., Bournay, L., & Chodorge, J. (2003). Biodiesel
production by a continuous process using a heterogeneous catalyst. American Chemical
Society (ACS) - Division of Fuel Chemistry, 48(1), 636–638.
Idusuyi, N., Ajide, O. O., & Abu, R. (2012). Biodiesel as an Alternative Energy Resource in
Southwest Nigeria. International Journal of Science and Technology, 2(5), 323–327.
Retrieved from http://ejournalofsciences.org/archive/vol2no5/vol2no5_14.pdf
National Renewable Energy Laboratory, Biodiesel Handling and Use Guide, Fourth Edition,
NREL/TP-540-43672, January 2009.
http://www.nrel.gov/vehiclesandfuels/pdfs/43672.pdf
States, U., It, H., & Oil, V. (2010). Biodiesel is a renewable fuel produced from agricultural
resources such as vegetable oils. In the United States, most biodiesel is made from
soybean oil; however canola oil, sunflower oil, recycled cooking oils, and animal fats
are also used., (February).