BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. BiodieselBiodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumber daya hayati yang berupa minyak lemak nabati atau lemak hewani.Senyawa utamanya adalah ester. Ester mempunyai rumus bangun sebagai berikut :

Gambar 1. Rumus bangun esterBiodiesel merupakan salah satu sumber energi alternatif pengganti bahan bakar mesin diesel yang bersifat non-toxic, renewable, biodegradable, tidak mengemisikan karbon terhadap atmosfer serta mempunyai beberapa keunggulan dari segi lingkungan apabila dibandingkan dengan petroleum diesel. Biodiesel atau methyl ester diperoleh dari proses methanolisis minyak atau lemak. Biodiesel di produksi menggunakan reaksi trans-esterifikasi ataupun esterifikasi dengan katalis basa atau asam dan metanol.Baru-baru ini, biodiesel diproduksi melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati seperti kacang kedelai dan minyak nabati (Lam et al, 2010) atau transesterifikasi asam lemak.Asam lemak dari minyak lemak nabati direaksikan dengan alkohol menghasilkan ester dan produk samping berupa gliserin.Hasil pencucian dan pengeringan menghasilkan biodiesel yang siapa dipakai. Dari 1 kilogram bahan baku bisa menghasilkan sedikitnya 1 liter biodiesel. Sedang distilasi limbahnya menghasilkan gliserol dan metanol yang dapat digunakan kembali.Meski hanya sekitar 10 persen, gliserol menjadi produk sampingan yang juga bernilai ekonomis.Biodiesel telah banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar.Selain CPO masih ada lebih dari 40 jenis minyak nabati yang potensial sebagai bahan baku biodiesel di Indonesia, misalnya minyak jarak pagar, minyak kelapa, minyak kedelai, dan minyak kapok. Meskipun tidak menghasilkan minyak sebesar kelapa sawit, pengembangan biodiesel dapat menyesuaikan potensi alam atau dapat pula bergantung pada sumber daya alam yang dimiliki suatu negara. Seperti contohnya: 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 lain-lain.2.1.1. Keuntungan Biodiesel1. Dihasilkan dari sumber daya energi terbarukan dan ketersediaan bahan bakunya terjamin 1. Cetane number tinggi (bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasar sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin) 1. Viskositas tinggi sehingga mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik daripada solar sehingga memperpanjang umur pakai mesin.1. Mempunyai kandungan sulfur yang rendah.1. Dapat diolah secara local.1. Menurunkan tingkat opasiti asap, menurunkan emisi gas buang dan tidak menambah efek rumah kaca seperti halnya petroleum diesel karena karbon yang dihasilkan masuk dalam siklus karbon.1. Pencampuran biodiesel dengan petroleum diesel dapat meningkatkan biodegradibility petroleum diesel sampai 500 %.2.2. Minyak Kelapa SawitMenurut sejarahnya, kelapa sawit berasal dari Afrika. Namun, pendapat lain mengatakan bahwa kelapa sawit berasal dari Amerika Latin. Sebagian kelapa sawit yang ada di Indonesia merupakan keturunan dari Bourbon (Mauritus) yang dikirim ke Kebun Raya Bogor. Pembenihan selanjutnya dilakukan di Deli, Sumatera Utara pada tahun 1870-an. Dari sinilah populasi kelapa sawit mulai tersebar di seluruh wilayah Indonesia. Kelapa sawit (Elaeis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel). Minyak kelapa sawit diperoleh dari pengolahan buah kelapa sawit (Elaeis guinensis JACQ). Kelapa sawit berbentuk pohon. Tingginya dapat mencapai 24 meter. Akar serabut tanaman kelapa sawit mengarah ke bawah dan samping. Selain itu juga terdapat beberapa akar napas yang tumbuh mengarah ke samping atas untuk mendapatkan tambahan aerasi. Seperti jenis palma lainnya, daunnya tersusun majemuk menyirip. Daun berwarna hijau tua dan pelepah berwarna sedikit lebih muda. Tumbuhan ini mirip dengan tanaman salak, hanya saja dengan duri yang tidak terlalu keras dan tajam. Secara garis besar buah kelapa sawit terdiri dari serabut buah (pericarp) dan inti (kernel). Serabut buah kelapa sawit terdiri dari tiga lapis yaitu eksoskarp, mesoskarp dan endoskarp adalah cangkang pelindung inti. Inti sawit merupakan endosperma dan embrio dengan kandungan minyak inti berkualitas tinggi. Minyak kelapa sawit umumnya seperti minyak nabati lainnya merupakan senyawa yang tidak larut dalam air, sedangkan komponen penyusunnya yang utama adalah trigliserida dan nontrigliserida.Terdapat dua jenis minyak sawit yang dapat dibuat dari kelapa sawit, misalnya Crude Palm Oil (CPO) yang di dapat dari daging buah kelapa sawit, yang merupakan minyak kelapa sawit mentah berwujud semi padat dan berwarna kemerahan alami karena tingginya kandungan beta carotene sedangkan Crude Palm Kernel Oil yang di dapat dari inti biji kelapa sawit, dimana minyak kernel ini didapatkan dari mengekstrak inti biji kelapa sawit. Namun CPO mempunyai komposisi asam lemak bebas yang cukup tinggi sehingga apabila digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel, dimana sebelum tahap transesterifikasi perlu dilakukan tahap konversi FFA terlebih dahulu yang dinamakan dengan tahap esterifikasi. Selain dari dua jenis minyak sawit yang telah disebutkan diatas, terdapat juga fraksi minyak sawit turunan CPO yang sudah dimurnikan yaitu Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO). Perbedaannya adalah pada RBDPO kandungan asam lemak bebas sudah sangat kecil. 2.3. Minyak NabatiMinyak nabati sebagai sumber utama biodiesel dapat dipenuhi oleh berbagai macam jenis tumbuhan tergantung pada sumber daya utama yang banyak terdapat di suatu tempat. Indonesia mempunyai banyak sumber daya untuk bahan baku biodiesel. Beberapa sumber minyak nabati yang potensial sebagai bahan baku biodiesel:Tabel 2.3.1.. Tabel Bahan Baku Biodiesel di IndonesiaNama LokalNama LatinSumberMinyakIsi% Berat Kering

Jarak PagarJatropha CurcasInti biji40-60

Jarak KalikiRiccinus CommunisBiji45-50

Kacang SuukArachis HypogeaBiji35-55

RanduCeiba PantandraBiji24-40

KaretHevea BrasiliensisBiji40-50

KecipirPsophocarpus TetragBiji15-20

KelapaCocos NuciferaInti biji60-70

KelorMoringa OleiferaBiji30-49

KemiriAleurites MoluccanaInti biji57-69

KusambiSleichera TrijugaSabut55-70

NimbaAzadiruchta IndicaInti biji40-50

Saga UtanAdenanthera PavoninaInti biji14-28

SawitElais SuincencisSabut dan biji45-70

NyamplungCallophyllum LanceatumInti biji40-73

Randu AlasBombax MalabaricumBiji18-26

SirsakAnnona MuricataInti biji20-30

SrikayaAnnona SquosaBiji15-20

(Sumber: Chem-is-try)2.4. Kandungan Bahan Baku Biodiesel2.4.1. TrigliseridaMinyak 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. Panjang rantai asam lemak pada trigliserida yang terdapat secara alami dapat bervariasi, namun panjang yang paling umum adalah 16, 18, dan 20 atom karbon. Rumus kimia trigliserida adalah CH2COOR-CHCOOR'-CH2-COOR". Adapun struktur kimia trigliserida disajikan pada Gambar 2.4.1.1.

Gambar 2.4.1.1. Rumus bangun trigliseridaR1, R2, dan R3 merupakan rantai hidrokarbon yang berupa asam lemak dengan jumlah atom C lebih besar dari sepuluh. Senyawa inilah yang akan dikonversi menjadi ester melalui reaksi transesterifikasi. 2.4.2. Asam Lemak Bebas Selain mengandug trigliserida, minyak lemak nabati juga mengandung asam lemak bebas (free fatty acid), fosfolipid, sterol, air, odorants, dan pengotor lainnya. Diantara kandungan 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 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.2.4.3. 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 digunakan sebagai umpan dalam reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi dalam jumlah berlebih untuk mendapatkan konversi maksimum. Pemakaian alkohol yang berlebih tentu saja menambah biaya produksi pembuatan biodiesel.2.5. Reaksi Pembuatan Biodiesel2.5.1. Reaksi EsterifikasiReaksi esterifikasi merupakan tahap konversi dari asam lemak menjadi ester. Reaksi esterifikasi mereaksikan antara asam lemak bebas dengan alkohol yang membentuk ester dan air. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi endoterm, sehingga memerlukan pasokan kalor dari luar. Temperatur untuk pemanasan tidak terlalu tinggi yaitu 55-60oC. Secara umum reaksi esterifikasi adalah sebagai berikut :

Asam Lemak Bebas Alkohol Ester Alkil Air Reaksi eksterifikasi berjalan baik jika dalam suasa basa selain itu 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%). Pada tahap ini, FFA akan dikonversikan menjadi metil ester. Dengan reaksi esterifikasi, kandungan asam lemak bebas dapat dihilangkan dan diperoleh tambahan ester. Tahap esterifikasi bisa diikuti dengan tahap transesterifikasi. Namun, sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap selanjutnya yaitu tahap transestrifikasi, air yang dikandungharus dipisahkan terlebih dahulu.2.5.2. Reaksi Trans EsterifikasiReaksi Transesterifikasi sering disebut reaksi alkoholisis, yaitu tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol dan menghasilkan ester dan produk samping yaitu gliserol. Dalam transesterifikasi, satu mol trigliserida bereaksi dengan tiga mol alkohol untuk membentuk satu mol gliserol dan tiga mol alkil ester.:

Trigliserida 3 (Alkohol)Gliserin3 (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 lain-lain.2.6. Hal-hal yang Mempengaruhi Reaksi Transesterifikasi Pada intinya, tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut :2.6.1. Pengaruh Air dan Asam Lemak Bebas Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (