5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kerosin dan Avtur

Sebelum mendefinisikan biokerosin, sangat diperlukan kajian tentang karakteristik dari

bahan yang menjadi target penggantian, yaitu kerosin dan avtur. Kerosin dan avtur adalah

campuran hidrokarbon yang tidak berwarna, mudah terbakar, dan memiliki rentang

temperatur pendidihan antara 150oC dan 320oC. Komponen kerosin dan avtur terutama

senyawa-senyawa hidrokarbon parafinik dan naftenik (sikloalkana) dalam rentang C10

sampai C15 dan dispesifikasikan sebanyak 15,9% aromatik, 52,8% naftenik (sikloalkana),

30,8% parafin, dan 0,5% alkena (wikipedia).

Avtur digunakan sebagai bahan bakar mesin jet, sedangkan kerosin banyak digunakan

sebagai bahan bakar memasak di banyak negara berkembang, seperti Indonesia. Namun,

di beberapa negara lain yang memiliki empat musim, kerosin juga digunakan sebagai

bahan bakar pemanas ruangan.

Tolok ukur terpenting mutu pembakaran kerosin dan avtur adalah titik asap, yakni tinggi

maksimum nyala yang masih bisa dihasilkan, pada lampu standar, tanpa menimbulkan

asap. Kerosin biasanya disyaratkan bertitik asap minimal 16 mm, sedangkan titik beku

kerosin hanya disyaratkan tidak membeku pada temperatur kamar. Avtur, karena

digunakan sebagai bahan bakar mesin jet, titik asapnya disyaratkan minimal 24 mm, dan

titik bekunya maksimal -40oC agar masih dapat mengalir/dipompa ketika pesawat sedang

terbang tinggi. Faktor yang paling berpengaruh pada titik asap kerosin maupun avtur

adalah kadar hidrogen di dalam bahan bakar dan grafik pada Gambar 2.1 [Bridge (1997)]

memperlihatkan kuat dan teraturnya pengaruh tersebut. Sebagai pelengkap, Gambar 2.1

menampilkan pula kadar-kadar hidrogen dalam hidrokarbon-hidrokarbon C10 dan C15.

Alkana (CnH2n+2) biasanya bertitik asap sangat baik/tinggi, sedangkan aromatik (CnH2(n-3))

sangat buruk/rendah. Alkana bercabang, naftena (sikloalkana) dan olefin biasanya adalah

yang optimal : titik asap cukup tinggi, titik beku relatif rendah (Soerawidjaja, 2006).

6

Kadar hidrogen (%-b) :

C10H22 : 15,6. C15H32 : 15,2. C10H20 : 14,38. C15H30 : 14,38. C10H18 : 13,13 C15H28 : 13,55. C15H26 : 12,71. C10H16 : 11,85. C15H24 : 11,85.

Gambar 2.1 Hubungan antara kadar hidrogen dengan titik asap kerosin (avtur) dan rumus molekul hidrokarbon C10 C15.

2.2 Biokerosin

Biokerosin adalah bahan bakar cair berasal dari tumbuhan yang memiliki viskositas dan

karakteristik pembakaran mirip kerosin, sehingga dalam penggunaannya tidak

membutuhkan penanganan atau modifikasi pada alat yang menggunakan kerosin sebagai

bahan bakarnya. Dengan demikian, konsumen kerosin akan mendapatkan kenyamanan

dalam menggunakan biokerosin.

Pada umumnya, senyawa hidrokarbon yang sering dijumpai dalam tumbuhan adalah

senyawa hidrokarbon golongan terpen. Kelompok senyawa terpen yang terdapat dalam

rentang hidrokarbon kerosin adalah kelompok monoterpen dan seskuiterpen. Dengan

demikian, tumbuhan-tumbuhan yang berpotensial menjadi sumber biokerosin adalah

tumbuhan-tumbuhan yang mengandung cukup banyak senyawa monoterpen dan

seskuiterpen. Walaupun demikian, monoterpen dan seskuiterpen tidak memiliki kualitas

pembakaran sebaik minyak tanah, karena titik asapnya tidak memenuhi syarat untuk

kerosin. Namun, kekurangan tersebut dapat diatasi dengan cara hidrogenasi untuk

meningkatkan kandungan hidrogen dalam monoterpen dan seskuiterpen, sehingga titik

asapnya dapat ditingkatkan. Dengan cara ini juga, kualitas pembakaran biokerosin dapat

ditingkatkan sampai memenuhi kualitas avtur. Hal ini menunjukkan bahwa selain

biokerosin dapat digunakan untuk menutupi kebutuhan lokal akan kerosin saat ini,

7

biokerosin juga memiliki potensial untuk memenuhi kebutuhan avtur di masa yang akan

datang.

2.2.1 Senyawa Monoterpen

Monoterpen adalah senyawa golongan terpen yang tersusun dari dua senyawa isopren.

Monoterpen memiliki rumus molekul C10H16. Struktur molekul monoterpen dapat berupa

rantai lurus maupun siklik. Monoterpen yang terdapat di dalam pittosporum adalah

myrcene, limonen, pinen, caren, dan sabinen.

Gambar 2.2 Struktur Molekul Mycrene

2.2.2 Senyawa Seskuiterpen

Seskuiterpen adalah senyawa golongan terpen yang tersusun dari tiga senyawa isoprena.

Monoterpen memiliki rumus molekul C15H24. Seperti monoterpen, struktur molekul

seskuiterpen dapat berupa rantai lurus maupun siklik, termasuk banyak struktur

kombinasi yang khas. Contoh dari senyawa seskuiterpen adalah zingiberen, cadinen,

copaen, dan lain-lain.

Gambar 2.3 Struktur Molekul Cadinen

2.3 Tumbuhan Potensial Sumber Biokerosin

Berdasarkan literatur dan hasil penelusuran, tanaman-tanaman yang berpotensial menjadi

sumber biokerosin adalah sebagai berikut,

1. Minyak dari buah pohon Pittosporum sp.,

2. Minyak rinu/kemukus (cubeb oil) dari buah rinu/kemukus (Piper cubeba),

8

3. Minyak keruing (gurjun balsam oil), dan

4. Minyak sindur.

Dari keempat tumbuhan di atas, yang paling berpotensial menjadi sumber biokerosin

adalah buah Pittosporum sp. Buah ini menghasilkan minyak yang dapat langsung

digunakan sebagai bahan bakar kompor minyak tanpa harus diolah lebih lanjut, karena

kualitasnya, baik viskositas maupun titik asapnya, sebanding dengan kerosin. Buah ini

juga yang akan digunakan sebagai bahan baku pada penelitian yang akan dilakukan.

Pada umumnya, tumbuhan anggota keluarga Pittosporum berupa pohon berkayu

berukuran sedang. Yang paling dikenal adalah Pittosporum resiniferum, dengan nama

lokal Hanga dan nama internasional Petroleum nut. Pohon ini banyak terdapat di

Filippina, dan sebagian kecil terdapat di Sulawesi Utara. Sudah sejak lama diketahui

bahwa buah dari pohon ini, yang hijau sekalipun, akan segera terbakar dan menyala

terang jika disulut api. Berbagai penelitian menunjukkan perolehan minyak sebesar 8%

10% dari berat buah dan bahwa minyaknya mengandung n-heptana (5 %), n-nonana (7

%), dan senyawa terpen seperti -pinen (60,2%), camphene (0,1%), sabinene (0,3%), -

pinen (8,9%), mycrene (1,3%), limonen (0,7%), dan sisanya adalah (E)--ocimen, -

caryophyllene, -humulene, germacrene [Bacon (1909), Garcia-Reyes (1937), Salgues

(1954), Nemethy dan Calvin (1982), serta Yaacob dan Ariffin (2000)]. Kehadiran alkana

seperti heptana dan nonana sangat bermanfaat karena meningkatkan mutu bakar (yaitu

titik asap) minyak sebagai pengganti kerosin. Handbook of Energy Crops

(http://www.hort.purdue.edu/newcrop/dukeenergy/Pittosporum_resiniferum.html)

menyatakan bahwa pohon Hanga berpotensi menghasilkan 1 ton minyak per hektar per

tahun. Asian Journal Online (http://asianjournal.com/cgi-bin/ view_info) melaporkan

bahwa Otorita Kelapa dan Kementerian Pertanian Filipina telah menganjurkan

penanaman pohon Hanga di bawah/antara pohon-pohon kelapa.

Berdasarkan penelusuran, tumbuhan anggota keluarga yang banyak terdapat di Indonesia

antara lain, Pittosporum ferrugineum (Ki Honje atau Kacombrangan), Pittosporum

ramiflorum (Wuru combrangan atau Mawuring), dan Pittosporum pentandrum

(Mamelis). Di antara ketiga pohon ini, yang disebutkan di dalam literatur memiliki

kandungan minyak cukup banyak adalah Pittosporum ferrugineum atau Ki Honje [Heyne,

1950]. Buah Ki Honje hanya terdiri atas kulit (berwarna kuning-coklat, 40 % dari berat

9

buah) dan biji (berwarna merah, 60 % dari berat buah) dan berdasarkan penelitian yang

telah lalu, baik biji maupun kulitnya mengandung minyak yang berwarna merah.

Gambar 2.4 Foto Buah Ki Honje (termasuk yang muda)

Gambar 2.5 Foto Kulit Buah Ki Honje

Gambar 2.6 Foto Biji Buah Ki Honje

2.4 Pengambilan/Penggondolan dan Uji Nyala Minyak Buah Ki Honje

Pada penelitian sebelumnya (Soerawidjaja,dkk., 2006), biokerosin yang berasal dari buah

Ki Honje diperoleh dengan cara ekstraksi menggunakan alat Soxhlet. Penggondolan

minyak buah Ki Honje juga pernah dilakukan dengan cara distilasi kukus tetapi gagal

memperoleh minyak. Bagian dari buah Ki Honje yang dijadikan bahan baku adalah

10

bagian kulit dan bagian bijinya. Perolehan minyak kulit buah Ki Honje dan minyak biji

buah Ki Honje, yang keduanya berwarna merah, setelah diekstraksi adalah sekitar 10 %-

berat dan 12%-berat. Ekstraksi dilakukan dengan menggunakan pelarut heksan.

2.4.1 Ekstraksi Padat-Cair Dengan Alat Soxhlet

Ekstraksi merupakan sebuah metode pemisahan yang memanfaatkan kelarutan suatu zat

dalam zat lain. Pada skala laboratorium, ekstraksi padat-cair biasanya dilakukan dengan

menggunakan alat soxhlet. Pada prinsipnya, senyawa hidrokarbon yang terkandung di

dalam buah Ki Honje diambil dengan jalan pengontakan dengan zat pelarut (solvent)

sambil dipanaskan pada titik didih normal pelarut. Skema alat soxhlet diperlihatkan pada

Gambar 2.7.

Keterangan,

1. Pengaduk

2. Labu bundar

3. Jalur uap (distillation path)

4. Selongsong

5. Padatan

6. Siphon top

7. Siphon exit

8. Penghubung

9. Kondensor

10. Air pendingin masuk

11. Air pendingin keluar

Gambar 2.7 Skema Alat Soxhlet

Alat ini didisain untuk mengekstraksi suatu senyawa yang terkandung dalam padatan

dengan menggunakan pelarut (solvent) cairan. Biasanya, Soxhlet digunakan untuk

ekstraksi lipid dari material padatan, namun saat ini Soxhlet juga digunakan untuk

ekstraksi pada lingkup yang luas. Dalam penggondolan minyak buah Ki Honje dengan

menggunakan alat Soxhlet, biji/kulit buah Ki Honje yang akan diekstraksi diletakkan di

dalam sebuah selongsong (nomor 4 pada Gambar 2.7), yang terletak di dalam menara

11

utama alat Soxhlet. Kemudian, bagian bawah alat Soxhlet dihubungkan dengan sebuah

labu bundar yang berisi pelarut cair, dan bagian atasnya dihubungkan dengan sebuah

kondensor. Pelarut diuapkan dan uapnya dibawa ke kondensor melalui distilation path

(nomor 3 pada Gambar 2.7). Sebagian uap pelarut akan mengembun di dalam kondensor

dan mengalir ke dalam selongsong dimana terdapat biji/kulit buah Ki Honje di dalamnya.

Semakin lama, selongsong tempat padatan akan terisi oleh pelarut hangat hingga padatan

terendam sepenuhnya oleh pelarut, dan sebagian senyawa yang diinginkan (monoterpen,

seskuiterpen dan heptan), yang terkandung di dalam biji/kulit buah Ki Honje, akan

terlarut ke dalam pelarut. Setelah ketinggian pelarut yang mengisi selongsong lebih tinggi

dari siphon top (nomor 6 pada Gambar 2.7), pelarut akan mengalir kembail ke dalam labu

bundar melalui siphon. Siklus ini terus berulang selama proses ekstraksi berlangsung.

Setelah sekian banyak siklus, maka senyawa yang diinginkan akan terkonsentrasi di

dalam pelarut. Setelah proses ekstraksi selesai, pelarut dipisahkan dengan menggunakan

distilasi. Ekstrak yang diperoleh yaitu minyak biji/kulit buah Ki Honje. Bagian biji/kulit

buah Ki Honje yang tidak terlarut di dalam pelarut tertinggal di dalam selongsong.

2.4.2 Distilasi Kukus

Distilasi kukus adalah metode distilasi khusus untuk memisahkan material yang sensitif

terhadap temperatur seperti senyawa aromatik organik. Metode ini menggunakan prinsip

bahwa tekanan total dari suatu campuran yang tidak saling larut merupakan penjumlahan

dari tekanan uap masing-masing komponennya. Jika tekanan total sama dengan tekanan

atmosfer, maka campuran tersebut akan mendidih. Dengan demikian, campuran memiliki

titik didih yang lebih rendah dari titik didih komponen-komponennya. Berdasarkan fakta

tersebut, penambahan uap air akan menyebabkan senyawa organik yang terkandung di

dalam bahan baku teruapkan pada temperatur yang lebih rendah dari titik didihnya.

Setelah disitilasi, uap yang dihasilkan akan terkondensasi di dalam kondensor dan

kondensat ditampung terlebih dulu di dalam dekanter sebelum diambil. Di dekanter akan

dihasilkan sistem dua fasa, yakni fasa air dan fasa senyawa organik. Dengan demikian,

pemisahan selanjutnya untuk memperoleh senyawa organik dapat dilakukan dengan

mudah. Skema alat distilasi diperlihatkan pada Gambar 2.8.

12

Gambar 2.8 Skema Alat Distilasi Kukus

2.4.3 Uji Nyala Minyak Buah Ki Honje

Pengujian yang pernah dilakukan adalah pengujian dengan menggunakan lampu minyak

sederhana. Kemudian, diamati dan dibandingkan kualitas nyala apinya dengan kerosin.

Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, secara kualitatif, kualitas nyala api dari

minyak buah Ki Honje lebih baik dibandingkan dengan kualitas nyala api dari kerosin.

Berikut ini adalah gambar yang menunjukkan bahwa kualitas nyala api dari minyak buah

Ki Honje lebih baik dari nyala api dari minyak tanah,

Gambar 2.9 Uji pembandingan nyala api kerosin (kiri) dengan nyala api minyak kulit

buah Ki Honje (kanan)

13

Gambar 2.10 Uji pembandingan nyala api kerosin (kiri) dengan nyala api minyak biji

buah Ki Honje (kanan)

Gambar 2.9 dan 2.10 mengisyaratkan bahwa minyak buah Ki Honje sangat berpotensial

untuk menggantikan kerosin. Dengan kualitas nyala yang lebih baik, maka penggunaan

minyak buah Ki Honje akan menjadi lebih hemat dan lebih efisien dari pada penggunaan

kerosin. Namun, pengujian lebih lanjut, meliputi standar kualitas, perlu dilakukan agar

minyak buah Ki Honje dapat menggantikan kerosin.

2.5 Penelitian Lebih Lanjut Tentang Biokerosin

2.5.1 Pengaruh Pemilihan Pelarut Pada Ekstraksi Minyak Buah Ki Honje

Terhadap Titik Asap

Pada penelitian sebelumnya oleh Soerawidjaja dan mahasiswanya (2006), ekstraksi buah

Ki Honje dilakukan dengan menggunakan pelarut heksan. Dari uji nyala yang telah

dilakukan, terdapat kemungkinan terkandungnya senyawa heptan dalam minyak buah Ki

Honje, yang menjadikan minyak Ki Honje memiliki titik asap yang memuaskan. Oleh

karena itu, dengan penggunaan pelarut heksan akan mempengaruhi kualitas minyak buah

Ki Honje.

Heksan memiliki titik didih normal 69 oC, sedangkan heptan memiliki titik didih normal

98,4 oC. Saat proses ekstraksi selesai, maka dilanjutkan dengan proses pemisahan pelarut,

yakni dengan cara menguapkan pelarut dan menyisakan senyawa ekstrak. Karena

dekatnya titik didih heksan, sebagai pelarut, dengan heptan yang terkandung dalam

minyak buah Ki Honje, maka terdapat kemungkinan teruapkannya heptan saat proses

14

pemisahan pelarut berlangsung. Dengan demikian, titik asap minyak buah Ki Honje akan

berkuarang dari yang seharusnya karena berkurangnya jumlah heptan. Penelitian lebih

lanjut perlu dilakukan untuk mengetahui sampai sejauh mana kualitas sebenarnya minyak

buah Ki Honje. Oleh karena itu, penggunaan pelarut lain yang memiliki titik didih yang

jauh lebih rendah dari titik didih heptan perlu dipertimbangkan. Selain heksan, pelarut

yang berpotensial untuk digunakan dalam estraksi minyak buah Ki Honje adalah

dikhlorometana (T.d. 39,8 oC), dietil eter (T.d 34,6 oC), dan aseton (T.d. 56,5 oC).

2.5.2 Uji Titik Asap dan Titik Beku Minyak Buah Ki Honje

Seperti yang didefinisikan sebelumnya, bahwa biokerosin adalah bahan bakar minyak

dari tumbuhan yang memiliki karakteristik mirip kerosin, maka perlu dilakukan penelitian

lebih lanjut mengenai karakteristik minyak buah Ki Honje, untuk membuktikan bahwa

minyak buah Ki Honje memiliki karakteristik mirip minyak tanah. Dengan demikian,

dapat diketahui bahwa minyak buah Ki Honje memiliki prospek ke depan untuk

menggantikan minyak tanah tanpa harus mengubah cara penggunaannya, yaitu

menggunakan kompor minyak biasa (yang sudah ada/dimiliki konsumen). Selain itu,

dengan biaya produksi yang tidak terlalu mahal, minyak buah Ki Honje dapat dibeli

konsumen dengan harga lebih murah. Pengujian karakteristik minyak buah Ki Honje

yang akan dilakukan meliputi, pengujian titik asap dan pengujian titik beku.

Pengujian titik asap merupakan parameter penting yang menunjukkan bahwa minyak

buah Ki Honje memiliki kualitas bakar yang setara dengan minyak tanah. Untuk hasil

yang lebih teliti, pengujian titik asap akan dilakukan dengan metode standar, yaitu ASTM

D1322 menggunakan lampu titik asap. Sampel minyak dibakar di dalam lampu dan

diukur tinggi api tanpa menyebabkan asap (prosedur pengujian dapat dilihat di Lampiran

B).

Pengujian titik beku dilakukan untuk mengetahui potensial minyak buah Ki Honje untuk

dijadikan bioavtur, karena syarat avtur harus memiliki titik beku maksimal -40oC agar

masih dapat mengalir/dipompa ketika pesawat sedang terbang tinggi. Pengujian

dilakukan juga dengan menggunakan metode standar, yaitu ASTM D2386 (prosedur

pengujian dapat dilihat di Lampiran B).

15

Gambar 2.11 Lampu Uji Titik Asap (ASTM D1322)

Gambar 2.12 Alat Uji Titik Beku (ASTM D2386)