Biodiesel
-
Upload
hendra-ardiant-pratama -
Category
Documents
-
view
17 -
download
0
description
Transcript of Biodiesel
BIODIESEL
PENDAHULUAN
Dalam mata kuliah proses industry kimia organic menitik beratkan pada konversi
perubahan suatu bahan (raw material) menjadi produk yang berguna atau mempunyai nilai-
tambah, serta produk tersebut dapat digunakan secara langsung oleh konsumen sebagai
pengguna akhir dan produk tersebut disebut dengan produk-akhir, selain itu produk dari
industri tersebut dapat juga digunakan sebagai bahan baku oleh industri lain, yang disebut
juga sebagai produk-antara. Proses konversi ini berlangsung dengan proses kimia (unit
proses) maupun proses fisika (unit operation). Salah satu konversi yang berlangsung
melalui proses kimia yang dipelajari mahasiswa adalah esterifikasi.
1.1. Definisi esterifikasi
Esterifikasi sendiri adalah reaksi pembentukan ester. Bisa dikatakan esterifikasi
adalah reaksi antara asam organic atau anorganic dengan alkohol (ester dibentuk oleh
kondensasi asam dan alkohol).
1.2. Penggolongan esterifikasi
Penggolongan esterifikasi berdasarkan pada zat-zat yang ikut ambil bagian dalam
proses esterifikasi :
1.1.1. Esterifikasi alcohol + asam
Dalam proses esterifikasi ini digunakan asam pekat supaya ionisasi H+ sukar. H
pembentuk H2O berasal dari alcohol dan OH berasal dari asam.
1.1.2. Esterifikasi turunan asam organic
Terbagi menjadi 4 jenis:
a. Asidolisa
Ester + Asam Ester baru + Asam baru
b. Interesterifikasi
Ester + Ester Ester baru + Ester baru
c. Alkoholisa
Ester + Alkohol Ester baru + Alkohol baru
d. Esterifikasi terhadap asam anhydride
Anhidrid + Alkohol Ester + Asam
Esterifikasi terhadap senyawa tak jenuh
Proses berlangsung secara adisi dan terbagi menjadi:
a. Acethylene
b. ketene
Esterifikasi terhadap asam anorganik
Sejumlah ester dibuat berasal dari asam anorganik seperti nitrat, sulfon dan
phosphor.
ESTERIFIKASI DALAM INDUSTRI
Esterifikasi dalam industry yang berkembang dengan pesat akhir-akhir ini adalah
esterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel. Bertambahnya jumlah populasi di dunia dan
meningkatnya jenis kebutuhan manusia seiring dengan berkembangnya zaman,
mengakibatkan kebutuhan akan energi semakin meningkat sehingga persediaan energi
(khususnya energi dari bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui) semakin menipis,
bahkan semakin lama akan habis. Untuk mengurangi ketergantungan pada sumber bahan
bakar fosil (minyak/gas bumi dan batu bara) sebagai sumber energi yang tidak terbarukan
dengan segala permasalahannya, Bahan bakar fosil mempunyai banyak kelemahan dalam
banyak segi terutama harga yang cenderung naik (price escalation) sebagai akibat dari
faktor-faktor seperti berkurangnya cadangan sementara permintaan terus meningkat serta
dampak lingkungan yang ditimbulkan olehnya yang mana sangat berpengaruh terhadap
pemanasan global (global warming). Indonesia dan beberapa negara kini berusaha untuk
mencari sumber-sumber energi lainnya sebagai bahan bakar alternatif. Alternatif ini harus
mengoptimalkan potensi sumber daya lokal supaya harganya lebih murah dan terjangkau.
2.1. Sejarah Biodiesel
Transesterifikasi minyak sayur dilakukan pada awal 1853 oleh ilmuwan E. Duffy
and J. Patrick, pada tahun sebelumnya mesin diesel ditemukan. Adalah mesin milik Rudolf
Diesel's yang dijadikan model utama, sebuah mesin berukuran 10 ft (3 m) silinder besi
dengan roda gaya pada bagian dasar, melaju pada saat pengoperasian pertama di Augsburg,
Germany, 10 Agustus 1893. Mesin ini dijadikan prototipe Diesel's vision karena
menggunakan tenaga minyak kacang tanah. Sebuah bahan bakar yang bukan termasuk
biodiesel, karena tidak diproses secara transesterifikasi. Tetapi karena penggunaan
petrodiesel dinilai lebih menguntungkan pada saat itu. Perkembangan biodiesel dari minyak
nabati kurang berkembang.
Pada akhir tahun 1970-an minyak nabati di Eropa telah digunakan sebagai bahan
bakar motor diesel menggantikan minyak solar. Namun karena masalah teknis yang sulit
diatasi, sekalipun dengan memodifikasi motor yang akhirnya hanya menambah biaya,
minyak nabati kemudian diolah menjadi biodiesel dan mulai dikembangkan sejak
pertengahan tahun 1980-an. Terutama di Jerman dan Austria, biodiesel diproduksi dari
minyak rapeseed. Akan tetapi, sampai pertengahan tahun 1990-an produksi biodiesel dari
rapeseed di Jerman dinilai masih belum ekonomis. Tanpa subsidi dari pemerintah,
biodiesel di Jerman tidak mampu bersaing dengan minyak solar (yang sebenarnya sudah
dikenai pajak hampir 200%). Sejak itu, mulailah dikembangkan biodiesel dari minyak
goreng jelantah (used frying oil) dan dari sisa lemak hewani.
Saat ini biodiesel dari minyak goreng jelantah telah di produksi di negara Eropa,
Amerika dan Jepang. Biodiesel dari minyak goreng jelantah di Austria dikenal dengan
nama AME (Altfett Methyl Ester), sedang di Jerman selain dikenal dengan AME juga
mendapat nama Fritten diesel, sedangkan di Jepang dikenal dengan e-oil. Berikut dapat
dilihat grafik presentase konsumsi biodiesel dunia.
Indonesia dengan keanekaragaman sumber daya alamnya memiliki potensi yang
sangat tinggi dalam memenuhi pasokan biodiesel dunia. Dan sebagai penghasil minyak
sawit terbesar kedua setelah Malaysia dengan produksi CPO sebesar 8 juta ton pada tahun
2002 dan akan menjadi penghasil CPO terbesar di dunia pada tahun 2012. Dengan
mempertimbangkan aspek kelimpahan bahan baku, teknologi pembuatan, dan independensi
Indonesia terhadap energi diesel, maka selayaknya potensi pengembangan biodiesel
merupakan potensi pengembangan biodiesel sebagai suatu alternatif yang dapat dengan
cepat diimplementasikan.
Meskin terkesan masih lambat tapi jelas terlihat upaya pemerintah dalam
menangani sector industry biodiesel. Hal ini dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 1. Rencana investasi industry biodiesel di Indonesia, 2007- 2008.
Perusahaan Kapasitas(MT/tahun)
EW Group 120.000
Platinum Resin Industri 50.000
Indo Biofuels Energy 160.000
Energi Alternatif Industri 300
Ganesha Energy 5.000
Wilmar Bioenergi 700.000
Sumi Asih Group 200.000
Musim Mas 300.000
Multi Kimia 5.000
Jumlah 1.540.300
Sumber: Asosiasi Produsen Biodiesel Indonesia (2007).
2.2. Spesifikasi biodiesel
Biodiesel berbentuk cairan berwarna kuning cerah sampai kuning kecoklatan.
Biodiesel tidak dapat bercampur dengan air, mempunyai titik didih tinggi dan mepunyai
tekanan uap yang rendah. biodiesel terdiri dari senyawa campuran methyl ester dari rantai
panjang asam-asam lemak dari minyak tumbuh-tumbuhan yang memiliki flash point 150
°C (300 °F), density 0.88 g/cm³,dibawah density air. Biodiesel tidak memiliki senyawa
toksik dan tidak mengandung sulfur serta biodegradable, sehingga penanganannya jauh
lebih mudah dan lebih sederhana dibandingkan bahan solar minyak bumi. Dapat dilihat
dengan lebih spesifik pada tabel berikut:
2.3. Keuntungan menggunakan biodiesel diantaranya adalah :
a. Merupakan sumber energy biodegradable dan ketersediaan bahan bakunya terjamin.
b. Cetane number tinggi (bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar
berdasar sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin).
c. Memiliki viscositas tinggi sehingga mempunya sifat pelumasan yang lebih baik dari solar,
hal ini dapat membantu memperpanjang umur mesin.
d. Dapat diproduksi secara local dan skala kecil.
e. Mempunyai kandungan sulfur yang rendah
f. Menurunkan tingkat opasiti asap
g. Menurunkan emisi gas buang
h. Pencampuran dengan petroleum diesel mampu meningkatkan biodegrability petroleum
diesel sampai 500%.
i. Minyak nabati sebagai sumber bahan baku dapat dipenuhi oleh berbagai jenis tumbuhan.
2.4. Proses pembuatan Biodiesel
Metil 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
55-60 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 tahap-tahap reaksi
transesterifikasi :
trigliserida alkohol digliserida ester
digliserida alkohol monogliserida ester
monogliserida alkohol gliserin ester
Secara keseluruhan reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut :
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 lain-lain.
(iii) Flow chart proses pembuatan biodiesel
Proses diawalin dengan esterifikasi 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 pengotor-pengotor, 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.
(iv) Contoh proses produksi esterifikasi
Salah satu factor keunggulan biodiesel, selain dapat diproses dalam skala industry
besar juga dapat diproses dalam skala kecil/ industry kecil. Untuk mempermudah proses
pemahaman dalam hal ini kami mengambil contoh pengolahan minyak jelantah menjadi
biodiesel.
a. Tambahkan bleaching earth ke dalam minyak jelantah sebanyak 5% dari berat minyak,
kemudian aduk hingga merata. Tunggu sekitar 1 jam hingga kotoran minyak jelantah
mengendap, kemudian saring minyak jelantah dengan kertas saring. Fungsi darii bleaching
earth adalah sebagai koagulan, sehingga kotoran mudah mengendap.
b. Timbang NaOH padat sebanyak 1% dari berat minyak jelantah . NaOH berfungsi sebagai
katalis reaksi trans esterifikasi.
c. Ukur volume methanol yang akan digunakan sebesar 30% dari volume minyak jelantah.
d. Reaksikan methanol dengan NaOH, dan diaduk hingga merata.
e. Reaksikan methanol+NaOH dengan minyak jelantah dan dijaga suhunya sekitar 60-65 C
selama 1 jam,aduk secara cepat dengan menggunakan magnetic stirrer/mixer selama reaksi
berlangsung agar reaksinya homogen. Suhu operasi jangan sampai melebihi 70 C karena
reaksi yang terjadi bukan lagi reaksi trans esterifikasi melainkan reaksi penyabunan.
f. Setelah reaksi terjadi akan terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas adalah Fatty acid methyl ester
(FAME) atau biodiesel, sedangkan lapisan bawah adalah gliserin. Pisahkan kedua lapisan
dengan menggunakan corong pemisah.
g. Cuci biodiesel dengan menggunakan air untuk menghilangkan ekses methanol, kemudian
pisahkan di dalam corong pemisah.
2.5. Tinjauan thermodinamika
Selama proses esterifikasi dan transesterifikasi reaksi berlangsung dalam kondisi
endotherm. Karena membutuhkan panas dari luar, selama proses digunakan heater dan
turbin pengaduk pada reactor.
2.6. Tinjauan kinetika reaksi
• 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.
• Katalis asam berguna untuk mempercepat reaksi
• Semakin tinggi suhu yang diterima akan semakin mempercepat reaksi. Tetapi batas suhu
maksimum yang diperbolehkan hanya sampai 700C, sebab apabila suhu pada saat reaksi
melebihi 700C. yang terbentuk bukan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi, melainkan
reaksi penyabunan.
KESIMPULAN
Cara mengolah minyak nabati menjadi biodiesel melalui proses esterifikasi dan
transesterifikasi. Proses tersebut selain menghasilkan metal ester/ biodiesel juga
menghasilkan hasil sampingan glyiserin yang juga memiliki nilai ekonomis yang tinggi.
Alur proses bisa didahului dengan esterifikasi lalu transesterifikasi ataupun sebaliknya.
Produk yang dihasilkan yaitu biodiesel merupakan produk yang sangat
menjanjikan dibandingkan dengan solar. Selain memiliki keunggulan lebih juga yang
paling penting bahan bakar ini lbih ramah lingkungan. Hal ini sangat mengusung gerakan
go green dan mengenai isu-isu lingkungan yang sedang digalakkan diseluruh dunia.
Indonesia memiliki potensi yang sangat besar sebagai penghasil biodiesel. Jika
hal ini berhasil diimplementasikan dan diterapkan. Hal ini akan mampu menjadi salah satu
pendongkrak ekonomi negara kita.
DAFTAR PUSTAKA
1. Diktat Proses industry kimia organic, Dr,Ir, Ismiyati, MT, 2011.
2. Pra perancangan pembuatan biodiesel berbahan baku limbah padatdan limbah cair kelapa
sawit, Meutia Nurfahasdi, Universitas Sumatera Utara, 2009.
3. Status pengembangan industry biodiesel September 2006, symposium Biodiesel Indonesia.
4. Biodiesel, http://en.wikipedia.org, 05-05-2008
5. Biodiesel, http://biodieselindonesia.com
6. Gambaran sekilas industry kelapa sawit di Indonesia, www.kemenperin.go.id/.../Paket-
Informasi-Komoditi-Minyak-Kelapa..
7. Biodiesel, Prawito, http://chemical-engineer.digitalzones.com/biodiesel.html
8. Esterifikasi, http://en.wikipedia.org/wiki/Esterification#Preparation
9. Reaksi pengesteran (esterifikasi), http://www. Chem-Is-Try.Org