BAB II

TINJAUAN PUSTAKA2.1 Bahan Baku

Tamanan penghasil biodiesel yang telah diketahui hingga kini, diantaranya adalah alga, kemiri sunan, tamanan nyamplung, jarak, dan sawit. Tanaman-tanaman penghasil biodiesel tersebut memiliki bagian tertentu yang digunakan sebagai penghasil biodiesel.Selain tanaman-tanaman yang tersebut diatas, biodiesel juga dapat dihasilkan oleh organisme bakteri. Bakteri yang kita kenal sebagai bakteri merugikan, menyebabkan penyakit penyakit, kini bisa dimanfaatkan dalam pembuatan biofuel. Bakteri ikut berperan dalam menghasilkan biofuel tersebut adalah Eschericia coli atau yang sering di sebut sebagai bakteri E. coli. Namun E. coli tidak digolongkan dalam kingdom Plantae, tetapi animalia, maka berikut ini hanya akan diuraikan beberapa contoh tanaman penghasil biodiesel.

a. Jarak Pagar (Jatropha curcas)

Minyak jarak (Jatropha oil) akhir-akhir ini mulai banyak diperkenalkan sebagai energi alternatif biodiesel. Biodiesel tersebut dihasilkan dari minyak yang diperoleh dari biji tanaman jarak (inti biji 40-60%) yang banyak tumbuh di daerah tropis seperti Indonesia. Dan dalam berbagai penelitian tentang minyak yang dihasilkan oleh tanaman ini, tampaknya dapat menjadi substitusi bahan bakar diesel. Biji jarak pagar berbentuk bulat lonjong dan berwarna cokelat kehitaman. Biji inilah yang banyak mengandung minyak dengan rendemen sekitar 30 - 50 % dan mengandung toksin sehingga tidak dapat dimakan.b. Kemiri Sunan (Reutealis trisperma B)

Ternyata di wilayah Indonesia masih banyak tanaman yang berpotensi untuk menghasilkan biodiesel, salah satunya adalah kemiri sunan (Reutealis trisperma Blanco), inti biji (40-73%). Produksi biji kemiri sunan pada umur sepuluh tahun dapat mencapai 250 kg/ pohon atau 25 ton/ ha, dengan kandungan minyak mencapai 52% dan persentase dari minyak mentah ke biodiesel mencapai 88%, maka dalam satu hektar pertanaman akan dihasilkan sekitar 10 ton biodiesel. bandingkan dengan jarak pagar yang hanya 3 ton/ ha dan sawit 6 ton/ ha.c. Tanaman Nyamplung (Calophyllum inophyllum)

Buah/biji pohon nyamplung merupakan sumber bahan cair nabati yang merupakan anternatif pengganti kerosene dan minyak solar Tanaman Nyamplung (Calophyllum inophyllum) mampu menghasilkan biodiesel, di mana bagian atau sumber tanaman yang digunakan adalah inti biji (40-73%). Secara tradisional, biji buah nyamplung merupakan sumber obat-obatan tradisional (obat gatal, koreng, penumbuh rambut, dsb). Kayunya mengandung Calannolide A dan B yang merupakan senyawa anti virus HIV.Calophyllum inophyllum tumbuh di pantai yang berudara panas sampai ketinggian 200 meter dari permukaan laut. Penanaman dapat dilakukan pada batasan hutan dengan desa, tepi sungai, tepi bendungan dan waduk, sekitar mata air, sebagai tanaman pengisi, tanaman tepi serta sebagai turus jalan pada alur-alur yang ada dalam hutan. Biji tanaman nyamplung berbentuk bulat, tebal, keras, warna coklat, pada inti terdapat minyak berwarna kuning.

d. Tanaman Alga (Algae ganggang)

Secara teoritis, produksi biodiesel dari alga dapat menjadi solusi yang realistik untuk mengganti solar. Hal ini karena tidak ada feedstock lain yang cukup memiliki banyak minyak sehingga mampu digunakan untuk memproduksi minyak dalam volume yang besar.Semua jenis alga memiliki komposisi kimia sel yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak (fatty acids) dan nucleic acids. Prosentase keempat komponen tersebut bervariasi tergantung jenis alga. Ada jenis alga yang memiliki komponen fatty acids lebih dari 40%. Dari komponen fatty acids inilah yang akan diekstraksi dan diubah menjadi biodiesel.Biodiesel dari alga hampir mirip dengan biodiesel yang diproduksi dari tumbuhan penghasil minyak (jarak pagar, sawit, dll) sebab semua biodiesel diproduksi menggunakan triglycerides (biasa disebut lemak) dari minyak nabati/alga.Alga memproduksi banyak polyunsaturates, dimana semakin tinggi kandungan lemak asam polyunsaturates akan mengurangi kestabilan biodiesel yang dihasilkan. Di lain pihak, polyunsaturates memiliki titik cair yang lebih rendah dibandingkan monounsaturates sehingga biodiesel alga akan lebih baik pada cuaca dingin dibandingkan jenis bio-feedstock yang lain. Diketahui kekurangan biodiesel adalah buruknya kinerja pada temperatur yang dingin sehingga biodiesel alga mungkin akan dapat mengatasi masalah ini.Pengambilan minyak dari alga masih merupakan proses yang mahal sehingga masih harus dipertimbangkan untuk menggunakan alga sebagai sumber biodiesel. Terdapat beberapa metode terkenal untuk mengambil minyak dari alga, antara lain:1. Pengepresan (Expeller/Press),

2. Hexane solvent oil extraction,

3. Supercritical Fluid Extraction.

Pada metode Pengepresan (Expeller/Press), alga yang sudah siap panen dipanaskan dulu untuk menghilangkan air yang masih terkandung di dalamnya. Kemudian alga dipres dengan alat pengepres untuk mengekstraksi minyak yang terkandung dalam alga. Dengan menggunakan alat pengepres ini, dapat diekstrasi sekitar 70 75% minyak yang terkandung dalam alga.Hexane solvent oil extraction. Minyak dari alga dapat diambil dengan menggunakan larutan kimia, misalnya dengan menggunakan benzena dan eter. Namum begitu, penggunaan larutan kimia heksana lebih banyak digunakan sebab harganya yang tidak terlalu mahal. Larutan heksana dapat digunakan langsung untuk mengekstaksi minyak dari alga atau dikombinasikan dengan alat pengepres. Cara kerjanya sebagai berikut: setelah minyak berhasil dikeluarkan dari alga dengan menggunakan alat pengepres, kemudian ampas (pulp) alga dicampur dengan larutan cyclo-hexane untuk mengambil sisa minyak alga. Proses selanjutnya, ampas alga disaring dari larutan yang berisi minyak dan cyclo-hexane.Untuk memisahkan minyak dan cyclo-hexane dapat dilakukan proses distilasi. Kombinasi metode pengepresan dan larutan kimia dapat mengekstraksi lebih dari 95% minyak yang terkandung dalam alga. Sebagai catatan, penggunaan larutan kimia untuk mengekstraksi minyak dari tumbuhan sangat beresiko. Misalnya larutan benzena dapat menyebabkan penyakit kanker, dan beberapa larutan kimia juga mudah meledak.

e. Kelapa Sawit (Elaeis guineensis)

Kelapa sawit (Elaeis guineensis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak masak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel, sumber : daging buah (45-70%)). Perkebunannya menghasilkan keuntungan besar sehingga banyak hutan dan perkebunan lama dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Indonesia adalah penghasil minyak kelapa sawit kedua dunia setelah Malaysia. Di Indonesia penyebarannya di daerah Aceh, pantai timur Sumatra, Jawa, dan Sulawesi. Minyak dihasilkan oleh buah. Kandungan minyak bertambah sesuai kematangan buah. Setelah melewati fase matang, kandungan asam lemak bebas (FFA, free fatty acid) akan meningkat dan buah akan rontok dengan sendirinya.1) TrigliseridaTrigliserida adalah triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu asam asam karboksilat beratom karbon 6 sampai dengan 30. Trigliserida banyak terkandung dalam minyak dan lemak. Trigliserida merupakan komponen terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida.2) Asam Lemak BebasAsam lemak bebas adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati.3) AlkoholAlkohol 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.4) KatalisSeperti reaksi kimia pada umumnya, pada reaksi esterifikasi dan transesterifikasi ditambahkan katalis untuk mempercepat laju reaksi dan meningkatkan perolehan.a) Katalis Reaksi EsterifikasiReaksi 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.b) Katalis Reaksi TransesterifikasiKatalis 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 . Natium hidroksida dan natrium metoksida merupakan katalis yang paling banyak digunakan. Natrium metoksida lebih efektif dibandingkan natrium hidroksida 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.2.2 Tahapan Proses

Tahapan Proses Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut :1) PemurnianPada pembuatan biodiesel, sebelum bahan baku (trigliserida) ditransesterifikasi dilakukan beberapa tahap pemurnian (refining). Tahap ini dimaksudkan untuk menghilangkan berbagai bahan yang tidak diinginkan seperti fosfatida, asam lemak bebas, lilin, tokoferol, zat warna dan zat pengotor lainnya yang dapat memperlambat reaksi. Tahap pemurnian ini terdiri atas proses degumming, netralisasi, pemucatan (bleaching) dan deodorasasi.Proses degumming dimaksudkan untuk menghilangkan getah atau lendir yang terdiri atas fostatida, protein, residu, karbohidrat dan air tetapi tidak dapat mengurangi jumlah asam lemak bebas dalam minyak. Fostatida pada minyak kelapa sawit (CPO) sebesar 0,60 persen. Fosfatida akan membuat minyak menjadi gelap (turbid) selama penyimpanan dan mengakibatkan berkumpulnya air pada produk ester. Biasanya pemisahan ini dilakukan dengan menambah air pada suhu 60-90 derajat Celsius dan diikuti sentrifugasi (pemusingan), kemudian ditambahkan larutan asam seperti asam fospat.Deasidifikasi dilakukan untuk memisahkan asam lemak bebas dari minyak atau lemak, dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dengan basa sehingga membentuk sabun. Proses ini dimaksudkan untuk mencagah bau tengik pada produk.Pemucatan (bleaching) dan deodorisasi untuk menghilangkan zat warna dan bahan berbau dari bahan berlemak. Pemucatan dilakukan dengan mencampurkan minyak dengan sejumlah kecil adsorben, seperti tanah pemucat (bleaching earth), bentonit, lempung aktif, arang aktif atau dapat juga menggunakan bahan kimia. Pemucatan ini merupakan cara konvensional dan proses pemurnian secara fisik. Pada proses pemucatan menggunakan adsorben, akan menyerap zat warna dari senyawa karoten, karotenoid, xantrofil dan klorofil.Selain itu, pemucatan dapat mengurangi zat pengotor baik yang berasal dari minyak itu sendiri seperti protein, sterol, tokoferol, hidrokarbon, asam lemak bebas, peroksida dan sebagainya maupun zat pengotor akibat dari proses ekstraksi minyak dari tumbuhan. Pemucatan yang sering digunakan adalah gabungan dua adsorben seperti arang aktif dan bentonit dengan perbandingan 1:0 sampai 1:20. Sedangkan untuk proses penghilangan bau atau deodorisasi dapat dilakukan dengan cara distilasi uap.2) Reaksi EsterifikasiReaksi 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 bebasalkoholester 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.

3) TransesterifikasiProses transesterifikasi meliputi dua tahap. Transesterifikasi I yaitu pencampuran antara kalium hidroksida (KOH) dan metanol (CH30H) dengan minyak sawit. Reaksi transesterifikasi I berlangsung sekitar 2 jam pada suhu 58-65C. Bahan yang pertama kali dimasukkan ke dalam reaktor adalah asam lemak yang selanjutnya dipanaskan hingga suhu yang telah ditentukan. Reaktor transesterifikasi dilengkapi dengan pemanas dan pengaduk. Selama proses pemanasan, pengaduk dijalankan. Tepat pada suhu reaktor 63C, campuran metanol dan KOH dimasukkan ke dalam reaktor dan waktu reaksi mulai dihitung pada saat itu. Pada akhir reaksi akan terbentuk metil ester dengan konversi sekitar 94%. Selanjutnya produk ini diendapkan selama waktu tertentu untuk memisahkan gliserol dan metil ester. Gliserol yang terbentuk berada di lapisan bawah karena berat jenisnya lebih besar daripada metil ester. Gliserol kemudian dikeluarkan dari reaktor agar tidak mengganggu proses transesterifikasi II. Selanjutnya dilakukan transesterifikasi II pada metil ester. Setelah proses transesterifikasi II selesai, dilakukan pengendapan selama waktu tertentu agar gliserol terpisah dari metil ester. Pengendapan II memerlukan waktu lebih pendek daripada pengendapan I karena gliserol yang terbentuk relatif sedikit dan akan larut melalui proses pencucian.4) Pencucian

Pencucian hasil pengendapan pada transesterifikasi II bertujuan untuk menghilangkan senyawa yang tidak diperlukan seperti sisa gliserol dan metanol. Pencucian dilakukan pada suhu sekitar 55C. Pencucian dilakukan tiga kali sampai pH campuran menjadi normal (pH 6,8-7,2). Pengeringan Pengeringan bertujuan untuk menghilangkan air yang tercampur dalam metil ester. Pengeringan dilakukan sekitar 10 menit pada suhu 130C. Pengeringan dilakukan dengan cara memberikan panas pada produk dengan suhu sekitar 95C secara sirkulasi. Ujung pipa sirkulasi ditempatkan di tengah permukaan cairan pada alat pengering.

5) Filtrasi

Tahap akhir dari proses pembuatan biodiesel adalah filtrasi. Filtrasi bertujuan untuk menghilangkan partikel- partikel pengotor biodiesel yang terbentuk selama proses berlangsung, seperti karat (kerak besi) yang berasal dari dinding reaktor atau dinding pipa atau kotoran dari bahan baku. Filter yang dianjurkan berukuran sama atau lebih kecil dari 10 mikron.

2.3 Rangkaian Peralatan dan Fungsi

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan biodiesel diantaranya :

a. Destilasi

Destilasi merupakan teknik pemisahan yang didasari atas perbedaan perbedaan titik didik atau titik cair dari masing-masing zat penyusun dari campuran homogen. Dalam proses destilasi terdapat dua tahap proses yaitu tahap penguapan dan dilanjutkan dengan tahap pengembangan kembali uap menjadi cair atau padatan. Atas dasar ini maka perangkat peralatan destilasi menggunakan alat pemanas dan alat pendingin. Alat ini berfungsi untuk memurnikan alcohol sesuai dengan yang diinginkan.

b. Mixer 01Mixer 01 berfungsi sebagai tempat menghomogenkan campuran methanol fresh dengan methanol recycle.c. Mixer 02Mixer 02 berfungsi sebagai tempat menghomogenkan campuran dari mixer 01 dengan NaOH.d. Reaktor 01Reaktor adalah alat yang berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi kimia, yaitu mereaksikan bahan baku CPO dengan methanol dan dengan penambahan katalis NaOH sehingga diperoleh produk methyl ester yang diinginkan

e. SettlerAlat ini berfungsi untuk memisahkan produk utama methyl ester dengan produk samping gliserin berdasarkan massa jenis. Tipe setel yang digunakan adalah vertical settlerf. SentrifugalAlat ini berfungsi untuk memisahkan Na3PO4 hasil reactor 02 dengan produk samping glycerol. Alat ini untuk memisahkan zat cair berdasarkan berat jenis. Dengan sentrifugal pemisahan cepat dilakukan.