Post on 12-Dec-2015
description
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 1/8
free web hosting | website hosting | Business Web Hosting | Free Website Submission | shopping cart | php hosting
biodiesel home | link | contacts
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 lainlain.
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
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 2/8
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
R1, R2, dan R3 merupakan rantai hidrokarbon yang berupa asam lemak dengan jumlah atom C lebih besar dari sepuluh.
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 3/8
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
PagarSaga Utan Kapok Kasumba Nyamplung
Elaesis
guineensis
Jatropha
curcas
Adenanthera
pavonina
Ceiba
Pentandra
Carthamus
tinctorius
Calophyllum
inophyllum
Bagian sumber
minyakSabut Inti biji Daging biji Inti biji Inti biji Inti biji
Kandungan minyak4570 4060 1428 2440 3050 4073
(%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 pengotorpengotor lainnya. Di antara kandungankandungan 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.
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 4/8
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 (K3PO4) 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 348 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
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 5/8
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 5560 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 tahaptahap reaksi
transesterifikasi :
trigliserida alkohol digliserida ester
digliserida alkohol monogliserida ester
monogliserida alkohol gliserin ester
Secara keseluruhan reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut :
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 6/8
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 lainlain.
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.
RuteRute 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 ruterute 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
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 7/8
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 pengotorpengotor 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 pengotorpengotor, 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
8/15/2015 Biodiesel
http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html 8/8
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.
prawito@gmail.com
Home | Process | Calculation | Design | Link | Contact Us
Copyright © chemical engineersdesigned by Templatesbox