Definisi Biodiesel dan Alasan Memilih Biodiesel Sebagai Energi Alternatif

Biodiesel adalah bioenergi atau bahan bakar nabati yang dibuat dari minyak nabati, turunan

tumbuh-tumbuhan yang banyak tumbuh di Indonesia seperti kelapa sawit, kelapa, kemiri,

jarak pagar, nyamplung, kapok, kacang tanah. Senyawa utama biodiesel adalah ester yang

mempunyai rumus bangun sebagai berikut:

Gambar 1. Rumus Bangun Ester

Secara definisi biodiesel seperti yang banyak beredar di media, adalah bahan bakar cair yang

diformulasikan untuk mesin diesel dan terbuat dari sumber daya hayati (bio-oil). Pada

dasarnya biodiesel adalah senyawa ester metilletil dan asam-asam lemak yang dihasilkan dail

reaksi antara minyak nabati dengan metanol/etanol. Minyak nabati sebagai sumber utama

biodiesel dapat dipenuhi oleh berbagai macam jenis tumbuhan tergantung pada sumber daya

utama yang banyak terdapat di suatu tempat/negara. Sebagai contoh adalah minyak jagung,

kanola, kelapa dan kelapa sawit yang kemudian menghasilkan produk dengan nama SME

(Soybean Methyl Ester), RME (Rapeseed Methyl Ester), CME (Coconut Methyl Ester), dan

POME (Palm Oil Methyl Ester).

Mengingat tingkat urgensi dari pengembangan biodiesel yang dirasa telah mendesak dan

tingkat kemampuan produksi minyak sawit nasional saat ini maupun masa mendatang yang

cukup tinggi (sekitar 6,5 juta ton pada tahun 2000 meningkat menjadi 15 juta ton pada 2012)

maka jenis biodiesel yang dipandang perlu untuk segera dikembangkan adalah biodiesel

berbasis minyak sawit. Pilihan pada jenis biodiesel dari sawit ini selaras dengan upaya untuk

meningkatkan nilai tambah produk hilir industri sawit dalam kaitannya dengan antisipasi

terhadap persaingan pasar sawit dunia yang diperkirakan akan makin ketat di masa

mendatang.

Pengembangan energi alternatif biodiesel telah marak dilakukan di berbagai belahan dunia

karena persediaan bahan bakar fosil dunia diperkirakan akan habis dalam hitungan puluhan

tahun kemudian. Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan bahan

bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan

bahan bakar terbaharui. Sebagai seorang process engineer, penulis mendukung penuh

1

program pemerintah dalam mencanangkan program pemerintah untuk mengembangkan

teknologi biodiesel ini. Adapun beberapa kelebihan dari teknologi biodiesel ini, yaitu:

1. Biodiesel atau metil ester merupakan bahan bakar dari minyak nabati yang memiliki sifat

menyerupai minyak diesel/solar.

2. Biodiesel dapat digunakan baik secara murni maupun dicampur dengan petrodiesel tanpa

terjadi perubahan pada mesin lain yang menggunakannya.

3. Biodiesel bersifat dapat diperbaharui (renewable), dapat terurai (biodegradable)

4. Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin karena termasuk kelompok minyak

tidak mengering (non-drying oil),

5. mampu mengurangi emisi karbon dioksida dan efek rumah kaca.

6. Biodiesel juga bersifat ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang

jauh lebih baik dibandingkan diesel/solar, yaitu bebas sulfur, bilangan asap (smoke

number) rendah, terbakar sempurna (clean burning), dan tidak menghasilkan racun (non

toxic).

Selain itu, dalam segi ekonomi, teknologi biodiesel juga membawa pengaruh positif, yaitu:

1. Menguatkan (security of supply) bahan bakar diesel yang independen dalam negeri.

2. Mengurangi impor bahan bakar minyak dari negara lain.

3. Meningkatkan kesempatan kerja orang indonesia di dalam negeri.

4. Meningkatkan kemampuan teknologi pertanian dan industri di dalam negeri.

5. Memperbesar basis sumber daya bahan bakar minyak nabati (BBN).

Biodiesel dapat dibuat dengan cara memproses bahan bakar nabati dalam berbagai tahap

untuk memperoleh metil ester (biodiesel), yang kemudian biodiesel ini dicampur dengan

bahan bakar fosil lainnya, misalnya: solar. Hasil campuran itu disebut B10,B20 dengan

tujuan agar bahan bakar B10, B20 ini mempunyai sifat-sifat fisis mendekati sifat-sifat fisis

solar sehingga B10, B20 dapat dipergunakan sebagai pengganti solar yang kini persediaannya

kian menipis. Sifat – sifat fisis yang perlu diperhatikan adalah viskositas, densitas, titik nyala

(flash point), titik kabut (cloud point), kadar air dan bilangan iodin.

2

Definisi dan Kandungan CPO

CPO (Crude Palm Oil) berasal dari bagian pericarp buah kelapa sawit. Kandungan yang

terdapat dalam minyak sawit (CPO) adalah 94% trigliserida, 5% asam lemak bebas (FFA)

dan selebihnya zat pengotor dan air. Minyak sawit mentah (CPO) berwarna kuning jingga

kemerah – merahan dan agak kental. Komposisi zat asam yang mengandung lemak dari

minyak sawit didominasi oleh palmitic, oleic, linoleic, dan zat asam lemak stearic ditambah

sedikit myristic, lauric, linoknic dan cuka capric.

Komposisi CPO Persentase Komposisi

JENUH

Lauric -

Myristic 1,4

Palmatic 40,1

Stearic 5,5

Aracidic -

Lainnya -

TAK JENUH

Palmitoleic -

Oleic 42,7

Linoleic 10,3

Linolenic -

Lainnya -

Tabel 1. Komposisi CPO

Sifat Fisis CPO:

Nama: Triglyceride

Rumus molekul : C57H104O6

Warna: Kemerahan

Wujud (30˚C, 1 atm): Cair

3

Tabel 2. Sifat Fisis CPO

Parameter Nilai

Densitas 890,275 kg/m3

Viskositas 26,4 cp

Titik Didih 300˚C

Titik Leleh 35˚C

Nilai Iodin 54,2

Nilai Saponifikasi 199,1

Biodiesel dapat dibuat dengan dua macam cara yaitu secara biologis dan secara kimiawi

Pembuatan Biodiesel Secara Biologis

Biodiesel dapat dibuat secara biologis dengan menggunakan mikroorganisme sebagai

katalisnya. Teknik katalisasi biologis (biocatalysis) untuk memproduksi biodiesel, oleic acid

alkyl ester (dalam hal ini butil oleat), dari triolein dengan beberapa macam katalis biologis,

yakni Candida Antarctica B lipase dan Candida Rugosa lipase , Rizhomucor Miehei, atau

Pseudomonas Cepacia.

butil oleat biodiesel

Karena mahalnya harga katalis biologis dibandingkan katalis kimiawi, maka penggunaan

katalis biologis tersebut dilakukan dengan cara immobilisasi pada katalis. Teknik katalisasi

biologis ini sekaligus memungkinkan dilakukannya proses kontinu dalam produksi biodiesel.

Temperatur optimum reaksi ini adalah 40˚C.

Meskipun harga katalis biologis mahal, namun sintesis biodiesel menggunakan biokatalis

mampu memperbaiki kelemahan katalis alkali (NaOH), yaitu tidak bercampur homogen,

sehingga pemisahannya mudah dan mampu mengarahkan reaksi secara spesifik tanpa adanya

reaksi samping yang tidak diinginkan. Selain itu, penggunaan biokatalis di lingkungan

beralkohol menyebabkan biokatalis terdeaktivasi secara cepat dan stabilitasnya menjadi

buruk. Untuk menyelesaikan masalah tersebut, maka dilakukan sintesis biodiesel melalui rute

non-alkohol agar aktivitas dan stabilitas biokatalis tetap tinggi. Biokatalis yang digunakan

adalah Candida Rugosa lipase dalam bentuk tersuspensi. Metil asetat sebagai pensuplai

gugus alkil direaksikan dengan trigliserida dari minyak kelapa sawit. Reaksi dilakukan dalam

reaktor batch dan HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) digunakan untuk

menganalisa reaktan dan produk.

4

katalis biologis

Gambar 2. HPLC

Metil Asetat Candida Rugosa Lipase

Pengadukan

Larutan lipase dalam bentuk tersuspensiMinyak Sawit(T = 37˚C)

Reaksi(t = 50 jam)

Pengambilan sampel

Analisa HPLC

Hasil menunjukkan bahwa lebih dari 86% rantai asam lemak dari trigliserida minyak kelapa

sawit berhasil dikonversikan menjadi biodiesel pada kondisi konsentrasi biokatalis sebesar 4

%-wt substrat, rasio mol minyak:alkil sebesar 1:12 selama 50 jam reaksi. Biodiesel yang

diproduksi akan semakin bertambah apabila lama waktu reaksi bertambah dan jumlah

konsentrasi biokatalis bertambah.

Gambar 3. Diagram Alir Sintesis Biodiesel Dengan Katalis Biologis

5

Pembuatan Biodiesel Secara Kimiawi

Ada beberapa metode pembuatan biodiesel secara kimiawi, yaitu:

1. Metode Mikro Elmusi

Metode mikro emulsi merupakan salah satu upaya untuk menurunkan viskositas minyak

nabati. Metode ini dilakukan dengan melarutkan minyak nabati ke dalam larutan

methanol, ethanol atau 1-buthanol, tetapi menurut hasil penelitian yang telah dilakukan

menunjukkan alkohol yang digunakan sebagai pengemulsi cukup besar, sehingga dapat

menaikkan volatilitas dan menurunkan titik nyala.

2. Metode Pirolisis

Pirolisis adalah proses dekomposisi minyak nabati secara termal atau dapat juga

menggunakan bantuan katalis untuk memutuskan rantai hidrokarbon. Pemutusan rantai

minyak nabati secara katalik dilakukan dengan menggunakan katalis yang biasa

digunakan pada pemutusan rantai minyak bumi, yaitu SiO2 atau Al2O3 pada temperatur

450˚C. Produknya kemudian difraksionasi untuk menghasilkan biodiesel dan

biogasoline. Pada pemutusan rantai katalik, temperature mempengaruhi selektivitas

produk. Semakin tinggi temperatur, fraksi ringan yang dihasilkan semakin banyak.

Keuntungan produk biodiesel dari metode ini adalah adanya kemiripan dengan struktur

bahan bakar diesel dari minyak bumi, tetapi kelemahan metode ini adalah karena

prosesnya tidak boleh terdapat oksigen, maka bahan bakar yang dihasilkan tidak

teroksigenasi dan peralatan yang digunakan pada metode ini relatif mahal.

3. Metode Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah pertukaran antara alkohol dengan suatu ester untuk membentuk

ester lain pada suatu proses yang mirip dengan hidrolisis. Bedanya adalah pada proses

hidrolisis digunakan air, sedangkan pada proses transesterifikasi digunakan alkohol.

Trigliserida merupakan senyawa ester dari gliserol dan asam lemak, dan trigliserida ini

banyak ditemukan pada tumbuhan penghasil minyak lemak nabati bahan baku produksi

biodiesel di Indonesia, misalnya kelapa sawit. Pada proses transesterifikasi ini, alkohol

direaksikan dengan trigliserida untuk mengadakan migrasi gugus alkil antar ester untuk

menghasilkan metil ester (biodiesel) dengan bantuan katalis (NaOH). Selain

menggunakan katalis untuk mempercepat reaksi,proses ini juga dapat dijalankan dengan

6

menggunakan alkohol berlebih untuk mendorong reaksi ke arah kanan karena reaksi ini

adalah reaksi reversible yang terjadi pada temperatur ruang dan berjalan dengan lambat.

Gambar 2. Reaksi Transesterifikasi

Mekanisme reaksi transesterifikasi dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:

1. Tahap pertama adalah penyerangan ikatan karbonil pada trigliserida oleh anion dari

alkohol dan membentuk zat antara tetrahedral.

2. Tahap kedua, dimana zat antara tetrahedral bereaksi dengan alkohol dan terbentuk

anion dari alkohol.

3. Tahap ketiga, dimana zat antara tetrahedral mengalami transfer proton sehingga

terbentuk ester dan alkohol.

Pada reaksi transesterifikasi yang menggunakan katalis alkali (NaOH), bilangan asam

dari minyak nabati yang digunakan harus kurang dari satu. Jika bilangan asamnya lebih

dari satu, maka minyak nabati yang harus dinetralisir terlebih dahulu dengan

menambahkan jumlah alkali sehingga basa yang digunakan dapat berfungsi sebagai

katalis dan penetralisir asam. Bilangan asam yang tinggi disebabkan oleh adanya

kandungan asam lemak bebas pada minyak nabati.

Ada beberapa proses transesterifikasi adalah sebagai berikut :

1. Proses Transesterifikasi Dengan Proses Batch

Proses ini menggunakan unit operasi dua tahap secara batch, tiap tahap terdiri atas

tangki reaktor dan tangki pengendapan sehingga sering disebut sistem pencampuran

dan pengendapan. Kelebihan proses ini adalah kualitas produk yang didapat cukup

baik, tetapi produksi methyl esternya tidak kontinyu.

7

2. Proses Transesterifikasi Kontinu

Proses ini menggunakan kolom reaktor sentrifugal. Proses ini terdapat dua siklus

tertutup, yaitu tertutup alkohol dan siklus tertutup air untuk ekstraksi gliserol dan

pemurnian dengan pencucian dari ester.

3. Proses Transesterifikasi Henkel

Proses ini menggunakan reaktor dari tangki pengendapan. Kondisi operasinya pada

tekanan 9000 KPa dan temperatur 240˚C. Kelebihan proses ini adalah kualitas methyl

ester relatif baik dengan tingkat kemurnian tinggi dan warna minyak yang terang.

Kekurangannya adalah konsumsi energi yang besar.

Pada dasarnya, proses transesterifikasi bertujuan untuk menghilangkan kandungan

gliserin dalam minyak nabati karena jika dipanaskan, gliserin akan membentuk senyawa

akrolein dan terpolimerisasi menjadi senyawa plastis yang agak padat dan proses ini

bertujuan juga untuk menurunkan viskositas minyak nabati.

Ada beberapa proses untuk menetukan proses yang tepat dan sesuai untuk diterapkan

dalam pembuatan biodiesel. Rekasi untuk mengubah minyak menjadi biodiesel yang

paling sering digunakan adalah dengan reaksi transesterifikasi. Untuk rekasi ini dapat

ditempuh dengan tiga cara yang berbeda untuk menghasilkan biodiesel, yaitu :

1) Transesterifikasi minyak atau lemak dengan methanol dengan menggunakan katalis

basa.

2) Transesterifikasi minyak atau lemak dengan methanol dengan menggunakan katalis

asam.

3) Konversi minyak menjadi asam lemak dan kemudian methyl ester dengan katalis

asam.

Dari beberapa metode pembuatan biodiesel dari minyak nabati, metode transesterifikasi

adalah metode yang sering digunakan karena relatif sederhana tanpa membutuhkan peralatan

yang rumit dan juga bahan – bahan yang diperlukan dapat diperoleh dengan mudah. Proses

yang dipilih untuk pembuatan biodiesel dari CPO ini adalah proses transesterifikasi minyak

sawit dan metanol karena proses ini berlangsung pada tekanan atmosferik dan temperatur

yang lebih rendah dari proses esterifikasi. Selain itu, bahan baku yang digunakan adalah

minyak sawit sehingga proses transesterifikasi lebih sesuai.

8