Deskripsi

PROSES TRAN-ESTERIFIKASI BIJI TUMBUHAN KAMANDRAH

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL

Bidang Teknik Invensi

Invensi ini berhubungan dengan suatu proses tran-esterifikasi biji tumbuhan kamandrah

(Croton tiglium) untuk menghasilkan biodiesel.

Latar Belakang Invensi

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia namun sampai saat

ini masih mengimpor bahan bakar minyak (BBM) untuk mencukupi kebutuhan bahan bakar minyak

di sektor transportasi dan energi. Kenaikan harga minyak mentah dunia akhir-akhir ini memberi

dampak yang besar pada perekonomian nasional, terutama dengan adanya kenaikan harga BBM.

Kenaikan harga BBM secara langsung berakibat pada naiknya biaya transportasi, biaya produksi

industri dan pembangkitan tenaga listrik. Dalam jangka panjang impor BBM ini akan makin

mendominasi penyediaan energi nasional apabila tidak ada kebijakan pemerintah untuk

melaksanakan penganekaragaman energi dengan memanfaatkan energi terbaharukan dan lain-lain.

Bila dilihat dari konsumsi minyak solar di Indonesia tahun 2005 rata-rata per tahun mencapai

70.000 kilo liter per hari atau setara dengan 26 juta kilo liter per tahun. Pada kondisi konsumsi

seperti demikian padahal produksi minyak solar dalam negeri kurang dari 13 juta kilo liter per tahun,

sehingga diperlukan impor minyak solar. Mengingat konsumsi minyak solar, khususnya pada sektor

transportasi yang terus meningkat, maka diperkirakan volume impor minyak solar ini akan terus

meningkat bila tidak diimbangi dengan kebijakan penganekaragaman atau diversifikasi bahan bakar

alternatif.

Biodiesel adalah salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan, tidak mempunyai

efek terhadap kesehatan yang dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor dapat

menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel terbuat dari minyak nabati

yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui.

Dengan adanya Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional,

mentargetkan substitusi biofuel pada tahun 2024 adalah minimal 5% terhadap konsumsi energi

nasional, serta Inpres Nomor 1 Tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar

nabati (Biofuel) sebagai bahan bakar lain, menunjukkan keseriusan pemerintah dalam penyediaan

dan pengembangan bahan bakar nabati, diantaranya biodiesel.

Dalam rangka menunjang program pemerintah untuk pemanfaatan bahan bakar nabati

sebagai bahan alternatif pengganti BBM tetap berjalan maka diperlukan alternatif lain yang masih

berada dalam kolidur penggunaan minyak nabati yang berasal dari tumbuhan. Tumbuhan yang

selama ini berpotensi sebagai sumber biodiesel antara lain kelapa sawit, kelapa, kemiri, singkong,

dan jarak pagar. Bila yang digunakan kelapa sawit, kelapa, kemiri, dan singkong, maka terjadi

tumpang tindah pemanfaatan selain sebagai bahan pangan juga digunakan sebagai bahan baku

biodiesel sehingga akan terjadi gejolak harga. Alternatif lain menggunakan tanaman jarak pagar yang

merupakan salah satu tumbuhan penghasil bahan baku biodiesel yang trend selama.

Bila dilihat dari kendala permasalahan yang terkait dengan produktivitas hasil panen

tanaman ini merupakan issue sentral yang saat ini sedang ramai diperbincangkan, karena tanaman

ini membutuhkan ekologi tanah yang sesuai. Disamping itu rendemen minyaknya yang rendah dan

belum tersedianya berbagai varietas unggul yang bersifat spesifik untuk ekosistem tertentu. Bila

dipaksakan untuk ditanam tentu akan berakibat produktivitas dan kandungan minyaknya yang

kurang. Kejadian seperti ini yang terjadi saat ini sehingga nasip jarak pagar menjadi terkatung-

katung.

Bila program pemerintah tersebut dijalankan tanpa memperhatikan kondisi ekologi tanah

setempat sangat tidak mungkin upaya tersebut berjalan dengan baik, karena kesuburan lahan yang

tidak mendukung yang dapat mengakibatkan produktivitas dan rendemen minyak yang diperoleh

tidak sesuai dengan yang diharapkan. Maka dengan demikian perlu dicari alternatif lain yaitu

tanaman spesifik daerah antara lain adalah tumbuhan kamandrah.

Tumbuhan kamandrah merupakan tanaman semak, pohon kecil atau perdu, tinggi antara 5-

24 m. Batang tumbuhan kamandrah tegak, bulat, berambut dan berwarna hijau. Daun tumbuhan

dicirikan pada bagian pangkal daun tepinya bergerigi, berseling, lonjong, pada bagian ujung runcing,

pangkal membulat, berdaun tunggal, panjang daun 3-4,5 cm, lebar 1-3,5 cm, tangkai silendris,

panjang 2-2,5 cm, pertulangan menyirip dan berwarna hijau. Bunganya dicirikan berbentuk

majemuk, bentuk bulir, diujung batang, kelopak membulat, bertoreh, warna hijau, benang sari

banyak, putih kekuningan, kepala putik bulat, kuning, mahkota bentuk corong kuning. Buah

berbentuk kotak, bulat, dengan diameter 0,5 cm, dan berwarna hijau. Biji tanaman ini berbentuk

bulat telur, kecil, dan berwarna hitam. Akar termasuk akar tunggang, dan berwarna putih kotor.

Disamping tumbuhan ini merupakan tumbuhan yang dapat tumbuh disembarang tempat,

umur panen tumbuhan ini hanya 8 bulan dan berproduksi sepanjang tahun dengan tingkat produksi

.... ton/ha/setiap panen. Kelebihan lain dari biji tanaman ini mempunyai kandungan minyak

mencapai 29,1% jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan tanaman jarak pagar yang hanya 24%.

Dengan demikian biji kamandrah sangat berpotensi dan berpeluang digunakan sebagai bahan baku

biodiesel. Untuk memproduksi biodiesel dari biji kamandrah dapat dilakukan melalui suatu proses

kimia yang disebut transesterifikasi (transesterification) dimana reaksi antara senyawa ester dengan

senyawa alkohol (methanol). Proses ini menghasilkan dua produk yaitu metil ester (biodiesel) dan

gliserin.

Sejauh ini belum dilakukan penelitian tentang pemanfaatan biji kamandrah sebagai bahan

baku biofuel. Dari hasil penelusuran patent dan jurnal ternyata tidak ada patent dan jurnal

mengenai bahan baku biji kamandrah (Croton tiglium) yang digunakan sebagai bahan baku produk

biodiesel. Demikian juga tidak ada patent dan jurnal yang menghubungkan antara bahan bakar

alternatif dengan pembuatan produk biodiesel dari biji tumbuhan kamandrah. Hanya ada beberapa

yang telah ditemukan tentang ekstrak Croton, dari ke dua puluh patent dan jurnal tersebut hanya

ada 2 (020816 tgl 12 Desember 2001 dan 085848 tgl 27 Pebruari 2002) yang berisi ekstrak

Euphorbiaceae (antara lain Croton tiglium), tetapi khasiat dari produk yang ditelaah adalah sebagai

anti kanker.

Ringkasan Invensi

Penipisan cadangan bahan bakar minyak berbasis bahan bakar fosil berakibat pada

peningkatan harga BBM. Oleh karena itu, Indonesia perlu mencari sumber-sumber bahan bakar

alternatif yang bersifat terbarukan (renewable energy) yang mungkin dikembangkan di Indonesia.

Salah satu usaha tersebut melalui penggunaan biodiesel dengan bahan baku dari biji hasil tanaman

yang ketersediannya berkesinambungan.

Tanaman yang berpotensi sebagai sumber biodiesel antara lain kelapa sawit, kelapa, kemiri,

singkong, dan jarak pagar. Bila yang digunakan kelapa sawit, kelapa, kemiri, dan singkong, maka

terjadi tumpang tindah pemanfaatan selain sebagai bahan pangan juga digunakan sebagai bahan

baku biodiesel sehingga akan terjadi gejolak harga. Alternatif lain menggunakan tanaman jarak

pagar. Tanaman jarak pagar membutuhkan kesesuaian lahan, bila dipaksakan untuk ditanam tentu

akan berakibat produktivitas dan kandungan minyaknya yang kurang. Kejadian seperti ini yang

terjadi saat ini sehingga nasip jarak pagar menjadi terkatung-katung.

Dalam rangka menunjang program pemerintah untuk pemanfaatan bahan bakar nabati

sebagai bahan alternatif pengganti BBM (Inpres No.1/2006) tetap berjalan maka diperlukan

alternatif lain yang masih berada dalam kolidur penggunaan minyak nabati yang berasal dari

tumbuhan yang spesifik daerah. Salah satu tumbuhan yang dapat digunakan sebagai bahan baku

penghasil biodiesel yang spesifik daerah adalah tumbuhan kamandrah.

Disamping itu bila dilihat dari potensi kandungan minyak yang terdapat dalam biji

kamandrah mencapai 40,01% jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan tanaman jarak pagar yang

hanya 24%. Selama ini hanya digunakan masyarakat sebagai obat pencahar dan secara umum

dianggap sebagai tanaman pengganggu, maka dengan adanya invensi penggunaan biji kamandrah

sebagai bahan baku penghasil biodiesel ini merupakan salah satu invensi dalam pengembangan iptek

yang berdampak meningkatkan nilai tambah produk yang dihasilkan.

Tujuan invensi ini adalah suatu proses tran-esterifikasi untuk dapat menghasilkan produk

biodiesel yang memenuhi standar dari hasil ekstraksi bertingkat biji kamandrah.

Uraian Singkat Gambar

Gambar 1 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk minyak kasar dari bahan

baku biji kamandrah melalui proses ekstraksi bertingkat.

Gambar 2 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk metil ester dari minyak biji

kamandrah melalui proses esterifikasi.

Gambar 3 adalah suatu diagram alir proses memperoleh produk biodiesel dari minyak biji

kamandrah melalui proses tran-esterifikasi.

Uraian Lengkap Invensi

Memperoleh minyak kasar dari biji kamandrah dilakukan dengan melakukan ekstraksi

bertingkat yaitu dengan cara pengepresan menggunakan alat pngepres hidrolik dan ampas yang

tersisa dilakukan maserasi menggunakan pelarut heksana.

Ekstraksi adalah proses pemisahan komponen-komponen terlarut dari campuran komponen

tidak terlarut dengan menggunakan pelarut yang sesuai. Ekstraksi dengan pelarut dilakukan dengan

melarutkan bahan ke dalam suatu pelarut organik, sehingga komponen pembentuk bahan akan

terlarut ke dalam pelarut. Ekstraksi merupakan proses pemisahan dengan pelarut yang melibatkan

perpindahan zat terlarut ke dalam pelarut. Proses perpindahan komponen bioaktif dari dalam bahan

ke pelarut dapat dijelaskan dengan teori difusi. Proses difusi merupakan pergerakan bahan secara

spontan dan tidak dapat kembali (irreversible) dari fase yang memiliki konsentrasi lebih tinggi

menuju ke fase dengan konsentrasi yang lebih rendah. Proses ini akan terus berlangsung selama

komponen bahan padat yang akan dipisahkan menyebar diantara kedua fase dan akan berakhir bila

kedua fase berada dalam kesetimbangan. Kesetimbangan akan terjadi bila seluruh zat terlarut

sudah larut semuanya di dalam zat cair dan konsentrasi larutan yang terbentuk menjadi seragam.

Memperoleh minyak kasar dari biji kamandrah dilakukan menggunakan ekstraksi bertingkat

yaitu dengan cara pengepresan dan maserasi menggunakan pelarut heksana yang mengacu pada

Gambar 1.

Biji kamandrah dikupas kulitnya sehingga yang tersisa bagian karnel dari biji sebanyak 84 %,

sedangkan kulit biji hanya sebanyak ...%. Karnel yang bebas dari kulit yang tersisa kemudian

dilakukan pengepresan sehingga diperoleh minyak kasar ....%. Ampas yang tersisa dari hasil

pengepresan kemudian dilakukan maserasi yaitu dengan cara merendam ampas dalam pelarut

heksana PA dengan perbanding ampas dan pelarut 1 : 4. Setelah dilakukan perendaman selama 4

hari, kemudian dilakukan penyaringan. Minyak yang masih tercampur dengan pelarut heksana dari

hasil penyaringan selanjutnya dipisahkan menggunakan rotavapor pada suhu 65oC sampai pelarut

heksana menguap semuanya sehingga yang tersisa adalah minyak kasar. Sedangkan heksana yang

menguap pada peralatan rotavapor dapat diambil dan dimanfaatkan kembali berulang kali.

Selanjutnya untuk memperoleh biodiesel dari minyak kasar yang diperoleh dilakukan proses

esterifikasi dan tran-esterifikasi yang mengacu seperti pada Gambar 2.

Proses esterifikasi dilakukan dengan menimbang minyak, kemudian menambahkan

methanol dengan perbandingan stokiometri. Dengan memanaskan minyak sampai 50oC, kemudian

dimasukkan H2SO4 (2,25 ml H2SO4/100 gr minyak). Suhu dinaikkan sampai 65oC dan dipertahankan

suhu pada 65oC. Waktu reaksi 3 – 5 jam, reaksi dihentikan jika angka asam tidak berubah lagi ketika

sampel diambil. Dekantasi, terjadi 2 (dua) fasa yaitu fasa methanol dan fasa metil ester. Kemudian

kedua fasa tersebut dipisahkan untuk mengambil metil ester yang dicirikan fasa metanol bagian atas

dan fasa metil ester bagian bawah. Bila angka asam hasil reaksi kurang dari 3, maka langsung

dilakukan tran-esterifikasi.

Proses tran-esterifikasi dilakukan dengan menimbang minyak dan dipanaskan sampai suhu

60oC. Kemudian ditambah KOH-metanol untuk reaksi 1 (80 % katalis) sambil diaduk selama 1-2 jam.

Dekantasi, terjadi 2 fasa yaitu fasa biodiesel dan fasa gliserol. Kemudian kedua fasa tersebut

dipisahkan dimana fasa gliserol berada pada bagian bawah dan fasa biodiesel berada pada bagian

atas. Selanjunya fasa biodiesel direaksikan kembali dengan memanaskan biodiesel kembali sampai

suhu 60oC. Kemudian dengan menambahkan KOH-metanol untuk reaksi 2 (20 % katalis) sambil

diaduk selama 1-2 jam. Dekantasi, terjadi 2 fasa kembali dan dipisahkan gliserolnya dari biodiesel.

Biodiesel yang diperoleh kemudian dicuci dengan air (10 %/V minyak) beberapa kali sampai pH air

cucian netral (pH 7). Selanjutnya biodiesel yang diperoleh dikeringkan menggunakan vakum selama

1 jam atau sampai biodieselnya jernih.

Dari hasil produk biodiesel yang dihasilkan melalui proses produk diatas berada pada

standar batas nilai biodiesel yang ditentukan, yang dicirikan dengan produk biodiesel berwarna

jernih dengan massa jenis pada 40oC 879 kg/m3 (batas nilai 850-890 kg/m3) viskositas kinematik pada

40oC 4,562 mm2/s (batas nilai 2,3 – 6,0 mm2/s) , gliserin total 0,099 %-massa (batas nilai maksimum

0,24), angka Iodium 108,77 %-massa (batas nilai maksimum 115 %-massa) dan angka penyabunan

188,5 mg KOH/gr.

Klaim

1. Suatu proses ekstraksi bertingkat biji kamandrah untuk menghasilkan minyak croton.

2. Proses ekstraksi bertingkat seperti diklaim pada klaim 1, yang dimulai dari pengepresan hidrolik,

ampas yang tersisa dimaserasi menggunakan pelarut heksana, kemudian disaring dan

dikeringkan dengan rotavapor untuk memisahkan minyak dan heksana.

3. Proses yang di klaim pada klaim 1 dan 2, dimana minyak yang terdapat dalam biji kamandrah

akan terambil semuanya dan pelarut heksana yang telah digunakan dapat dipakai kembali

berulang-ulang.

4. Proses seperti pada klaim 3, dimana minyak yang diperoleh dari hasil pengepresan dan maserasi

kemudian di esterifikasi menggunakan KOH-metanol dan H2SO4 pada suhu T=65oC selama t=3-5

jam, setelah dilakukan dekantasi diperoleh metil ester yang dicirikan dengan angka asam 33,26

mg KOH/g, angka sabun 197,706 mg KOH/g, dan angka Iodium 105,899 g I2/100g.

5. Proses seperti pada klaim 4, dimana metil ester yang diperoleh kemudian di tran-esterifikasi

dengan menambahkan KOH-metanol pada suhu 60oC, selama t=1-2 jam sehingga diperoleh fasa

gliserol dan fasa biodiesel.

6. Proses seperti pada klaim 5, dimana fasa biodisel yang diperoleh dilakukan pencucian dengan air

(10 %/V minyak) beberapa kali sampai pH air cucian netral dan dikeringkan selama 1 jam yang

dicirikan biodieselnya jernih.

7. Produk seperti diklaim dalam klaim 5, dicirikan dengan produk biodiesel berwarna jernih dengan

massa jenis pada 40oC 879 kg/m3, viskositas kinematik pada 40oC 4,562 mm2/s, gliserin total

0,099 %-massa, angka Iodium 108,77 5-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr.

Abstrak

PROSES TRAN-ESTERIFIKASI BIJI TUMBUHAN KAMANDRAH

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL

Suatu proses ekstraksi bertingkat untuk menghasilkan minyak biji kamandrah (Croton

tiglium). Proses ekstraksi bertingkat yang dimulai dari pengepresan hidrolik, ampas yang tersisa

dimaserasi menggunakan pelarut heksana, kemudian disaring dan dikeringkan dengan rotavapor

untuk memisahkan minyak dan heksana. Dengan menggunakan proses ekstraksi bertingkat minyak

yang terdapat dalam biji kamandrah akan terambil semuanya dan pelarut heksana yang digunakan

dapat digunakan kembali untuk melakukan ekstraksi berikutnya secara berulang-ulang. Minyak yang

diperoleh dari hasil pengepresan dan maserasi kemudian di esterifikasi menggunakan KOH-metanol

dan H2SO4 pada suhu T=65oC selama t=3-5 jam, setelah dilakukan dekantasi diperoleh metil ester.

Metil ester yang diperoleh kemudian di tran-esterifikasi dengan menambahkan KOH-metanol pada

suhu 60oC, selama t=1-2 jam sehingga diperoleh fasa gliserol dan fasa biodiesel. Dimana fasa

biodisel yang diperoleh dilakukan pencucian dengan air beberapa kali sampai pH 7, selanjutnya

dikeringkan selama 1 jam sampai biodiesel yang diperoleh menjadi jernih. Kualitas biodiesel yang

diperoleh memiliki Angka asam 0,538 mg KOH/gr minyak, massa jenis pada 40oC 879 kg/m3,

viskositas kinematik pada 40oC 4,562 mm2/s, gliserin total 0,099 %-massa, angka Iodium 108,77 5-

massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr. Kualitas biodiesel yang diperoleh dari biji

kamandrah telah memenuhi syarat karena berada pada batas nilai massa jenis (850-890 kg/m3),

viskositas kinematik (2,3-6,0 mm2/s), gliserin total dibawah batas maksimal 0,24 %-massa, angka

Iodium berada dibawa 115 %-massa dan angka penyabunan 188,5 mg KOH/gr.

Biji kamandrah

(Croton tiglium)

Pengupasan Kulit

Karnel

Pengepresan

Minyak Croton I Ampas

(…%)

Maserasi

(pelarut Heksana)

Minyak Croton II Heksana

(…%)

Kulit Biji

Saring Ampas

(…%)

Minyak Kasar

Pemisahan

(Rotavapor)

T=…oC, ,t=…

Gambar 1

Esterifikasi

T=65oC, t=3-5 jam

Metil Ester

Angka asam < 3

Minyak Croton KOH-metanol

H2SO4

Dekantasi/

Pemisahan

Fasa Methanol Fasa Metil Ester

A

Gambar 2

Tran-Esterifikasi

T=60oC, t=1-2 jam

KOH-metanol

Fasa Biodiesel Fasa Gliserol

Dekantasi/

Pemisahan

Dipanaskan

T=60oC, t=1-2 jam

KOH-metanol

Dekantasi/

Pemisahan

Fasa Biodiesel Fasa Gliserol

Pencucian Berulang

Sampai pH 7

Biodiesel

Gambar 3

A