TINJAUAN PUSTAKA

Karet (Hevea brasiliensis)

Karet alam merupakan salah satu komoditas utama sektor perkebunan. Pada

tahun 2006 luas areal tanaman karet di Indonesia 3,34 juta hektar dan menempati

areal perkebunan terluas ketiga setelah kelapa sawit dengan luas 6,59 juta Ha dan

kelapa dengan luas 3,78 juta Ha (Deptan 2007).

Gambar 1 Tanaman karet (Hevea brasiliensis)

Sejak dulu tanaman karet lebih banyak dikenal masyarakat sebagai tanaman

penghasil karet alam (lateks) karena pada batangnya banyak mengandung getah.

Tinggi tanaman dewasa bisa mencapai 15-25 m. Daun tanaman karet berwarna

hijau yang terdiri dari tangkai daun dan tangkai anak daun. Bunga karet terdiri

dari bunga jantan dan bunga betina. Buah tanaman karet memiliki 36 ruang yang

berbentuk setengah lingkaran. Di dalam ruang tersebut terdapat masing-masing 1

buah biji karet. Sama halnya seperti biji jarak, jika buah sudah matang maka buah

tanaman akan pecah dengan sendirinya. Ukuran biji karet lebih besar dari biji

jarak pagar dan kulitnya lebih keras.

Tanaman karet tumbuh baik pada daerah yang beriklim tropis. Suhu

lingkungan untuk tanaman karet rata-rata 25-30 oC. Pada ketinggian antara 1600

mdpl, curah hujan rata-rata 20002500 mm/tahun dengan sinar matahari yang

cukup melimpah, dan pH tanah berkisar 5-6 merupakan kondisi yang cocok untuk

pertumbuhan tanaman karet (Tim Penulis PS 1999).

6

Menurut Haris et al (1995), beberapa faktor yang mempengaruhi produksi

biji karet antara lain klon, umur tanaman, perubahan musim, dan adanya serangan

penyakit daun. Di sebelah utara khatulistiwa musim produksi biji karet pada bulan

JuliJanuari sedangkan di bagian selatan pada bulan JanuariApril. Namun,

berdasarkan hasil pengamatan di lapangan puncak musim produksi biji karet

tidak sama tiap tahunnya. Sumber biji karet yang potensial dapat diperoleh di

perkebunan besar mengingat perkebunan besar memiliki tanaman dengan kondisi

terawat, topografi yang relatif datar, kebun yang bersih dari gulma sehingga

mudah dalam pengumpulan biji karet.

Tanaman karet yang berumur 10 tahun lebih dapat menghasilkan 1500

buah/pohon. Setiap pohon diperkirakan dapat menghasilkan sekitar 5000 butir

biji/tahun/ha dengan jumlah biji 200 biji/kg (TOH & Chia 1987 di dalam

Aritonang 1986).

Bagian biji karet sekitar 50-60 % kernel mengandung 40-50 % minyak

(Ramadhas et al. 2005). Berdasarkan hasil penelitian di Balai Penelitian

Perkebunan Bogor, kandungan minyak dalam biji karet sekitar 4550 %. Minyak

biji karet mengandung asam lemak jenuh 1722 % yang terdiri dari asam palmitat,

asam stearat, dan asam arakhidat. Sekitar 7782 % berupa asam lemak tidak jenuh

yang terdiri dari asam lemak oleat, linoleat, dan linolenat (Hardjosuwito &

Hoesnan 1976; Ikwuagwu et al. 2000).

Komposisi asam lemak minyak biji karet yang paling dominan adalah asam

lemak linoleat. Tabel 1 dan Tabel 2 adalah komposisi asam lemak dan sifat fisika-

kimia minyak biji karet.

Tabel 1 Komposisi asam lemak minyak biji karet

Asam lemak Gugus alkil Komposisi (% berat) Asam palmitat 16 : 0 7 8 Asam stearat 18 : 0 9 - 10 Asam oleat 18 : 1 28 30 Asam linoleat 18 : 2 33 - 35 Asam linolenat 18 : 3 20 - 21 Asam arakhidat 20 : 0 0,5

Sumber : Mittelbach dan Remschmidt 2006

7

Tabel 2 Sifat fisika-kimia minyak biji karet

Sifat fisika-kimia Nilai Densitas pada 15 oC (g/cm3) 0,918 Viskositas pada 30 oC (mm2/s) Kadar abu sulfat [%( mm/mm)]

37,85 0,02

Bilangan asam (mg KOH/g) 1 Bilangan iod (g Iod/100 g) Flash point (oC) Cloud point (oC)

142,6 290 -1,0

Sumber : Ikwuagwu et al. 2000

Jika dibandingkan dengan minyak biji jarak pagar, minyak biji karet mempunyai

nilai viskositas yang lebih rendah. Hal ini dipengaruhi oleh komposisi asam lemak

yang terdapat di dalam minyak biji karet.

Jarak Pagar (Jatropha curcas)

Tanaman jarak pagar (Jatropha curcas) merupakan famili Euphorbiaceae.

Tanaman ini satu famili dengan tanaman karet dan ubi kayu. Jarak pagar

merupakan tanaman perdu dengan tinggi 17 m. Batang tanaman berbentuk

silinder. Daun tanaman ini merupakan daun tunggal yang memiliki sudut 3 atau

5. Bunga tanaman merupakan bunga majemuk berumah satu dan berwarna kuning

kehijauan. Umur tanaman bisa mencapai 20 tahun lebih. Tanaman jarak pagar

memiliki buah berbentuk bulat dengan diameter 2-4 cm.

Gambar 2 Tanaman jarak pagar (Jatropha curcas)

Buah jarak pagar ketika masih muda berwarna hijau dan berwarna kuning

setelah masak. Pada bagian dalamnya terdapat tiga ruang dan masing-masing

8

ruang terdapat 1 biji. Biji jarak pagar bebentuk bulat lonjong. Kulit biji berwarna

coklat kehitaman dan warna biji jarak pagar putih kecoklatan (Hambali et al.

2006). Bagian biji jarak pagar terdiri dari 60% berat kernel (daging biji), dan 40%

berat kulit. Kandungan minyak di dalam kernel sekitar 50% (Singh et al. 2008).

Tanaman jarak pagar dapat tumbuh pada daerah dataran rendah hingga

ketinggian 1800 mdpl. Tanaman jarak pagar menghendaki curah hujan 250-3000

mm/tahun serta suhu lingkungan 20-26 oC, pH tanah 56,5 (Foidl et al. 1996;

Hambali et al. 2006).

Daerah dengan suhu lingkungan terlalu tinggi (>35 oC) atau terlalu rendah

(

9

mekanik sekitar 2127 %. Sebagai bahan baku untuk biodiesel, minyak jarak

pagar terlebih dahulu dimurnikan.

Pemurnian minyak bertujuan untuk mengurangi kandungan senyawa-

senyawa pengotor seperti gum, residu, protein, karbohidrat, dan asam lemak

bebas. Cara untuk menghilangkan gum pada minyak dengan proses degumming.,

sedangkan untuk pemisahan asam lemak bebas dilakukan proses netralisasi

(Hambali et al. 2006).

Komposisi asam lemak pada minyak jarak pagar akan mempengaruhi

karakteristik biodiesel yang dihasilkan seperti cloud point, titik nyala, viskositas,

indeks setana, dan bilangan iod. Tabel 3 adalah komposisi asam lemak minyak

jarak pagar dan Tabel 4 merupakan sifat fisika-kimia minyak jarak pagar.

Tabel 3 Komposisi asam lemak minyak jarak pagar

Asam lemak Gugus alkil Komposisi (% berat) Asam palmitat 16 : 0 14 15 Asam palmitoleat 16 : 1 1 Asam stearat 18 : 0 7 Asam oleat 18 : 1 34 45 Asam linoleat 18 : 2 31-43 Asam linolenat 18 : 3 0,2

Sumber : Mittelbach dan Remschmidt 2006

Tabel 4 Sifat fisika-kimia minyak jarak pagar

Sifat fisika-kimia Nilai Densitas pada 15 oC (g/cm3) 0,9177 Viskositas pada 30 oC (mm2/s) 49,15 Residu karbon [%(mm/mm)] 0,34 Kadar abu sulfat [%( mm/mm)] 0,007 Pour point (oC) -2,5 Kadar air (ppm) 935 Kadar sulfur (ppm) < 1 Bilangan asam (mg KOH/g) 4,75 Bilangan iod (g Iod/100 g) *Flash point (oC) *Cloud point (oC)

96,5 240 16

Sumber : Hambali et al. 2006; *Ramesh et al. 2009

10

Biodiesel

Mesin diesel memerlukan proses pembakaran yang bersih dan bahan bakar

yang stabil. Saat ini biodiesel merupakan satu-satunya bahan bakar alternatif yang

dapat digunakan secara langsung oleh mesin diesel tanpa modifikasi yang

signifikan karena biodiesel memiliki karakter yang hampir sama dengan solar dari

minyak bumi (Baharta 2007).

Biodiesel merupakan bioenergi yang berasal dari minyak nabati ataupun

lemak hewan (Ayhan 2007; Lou et al. 2008). Pada dasarnya biodiesel dihasilkan

dari proses transesterifikasi dengan mereaksikan minyak atau lemak dan alkohol

serta alkali sebagai katalis (Saraf & Thomas 2007; Issariyakul et al. 2008;

Paraschivescu et al. 2008; Phalakornkule et al. 2009).

Minyak nabati sebagai bahan baku biodiesel berasal dari minyak/lemak

tumbuhan seperti kelapa sawit, jarak pagar, biji karet, kedelai, kacang tanah,

kelapa, dan jenis tanaman lain yang menghasilkan minyak/lemak. Lemak dan

minyak terdiri dari trigliserida campuran yang merupakan ester dari gliserol dan

asam lemak rantai panjang. Trigliserida dapat berwujud padat atau cair tergantung

komposisi asam lemak penyusunnya (Ketaren 2008).

Minyak nabati yang memiliki kadar asam lemak bebas (FFA) rendah,

kurang dari 5% bisa langsung diproses dengan metode transesterifikasi

menggunakan katalis alkali untuk menghasilkan metil ester dan gliserol. Namun

bila kadar asam lemak bebas minyak tersebut > 5 %, maka sebelumnya perlu

dilakukan proses esterifikasi terhadap minyak tersebut.

Proses esterifikasi bertujuan untuk menurunkan kadar FFA minyak/lemak

yang akan digunakan. Pada proses esterifikasi katalis yang digunakan adalah

asam. Hasil dari proses esterifikasi ini adalah metil ester kasar dan metanol sisa

(Hambali et al. 2008). Metil ester kasar yang diperoleh kemudian diproses lagi

melalui tahapan transesterifikasi guna mendapatkan metil ester murni.

Proses transesterifikasi pada pembuatan biodiesel merupakan proses kimia

yang mengubah satu ester pada gliserol yang terkandung di dalam minyak

menjadi bentuk ester lain seperti monoester alkil yang merupakan penyusun dari

biodiesel. Pada proses ini minyak direaksikan dengan alkohol dan alkali sebagai

11

katalis sehingga menghasilkan gliserol dan biodiesel (Peterson et al. 1996;

Canakci & Gerpen 1999; Saraf & Thomas 2007).

Biodiesel dari minyak biji karet maupun minyak jarak pagar dihasilkan dari

reaksi trigliserida dengan alkohol melalui proses transesterifikasi yang

sebelumnya diesterifikasi terlebih dahulu. Selama proses esterifikasi dan

transesterifikasi ada beberapa faktor yang akan mempengaruhi rendemen

biodiesel yaitu; rasio molar antara alkohol dan minyak, jenis katalis yang

digunakan, suhu selama reaksi, waktu selama reaksi, kandungan asam lemak

bebas (Hambali et al. 2006; Ayhan 2009).

Konsentrasi katalis yang digunakan sekitar 0,51 %berat dan alkohol sekitar

10-20 %berat. Suhu selama proses ini berkisar pada 55 - 60 oC (Hambali et al.

2006) yang merupakan selang dari titik didih alkohol. Berdasarkan hasil penelitian

Yudono dan Oktaviani (2007), rendemen maksimum biodiesel diperoleh pada

suhu 65 oC dengan perbandingan minyak dan metanol 4:1. Menurut Paraschivescu

et al. (2008), ratio molar metanol dan minyak biasanya 6:1.

Gambar 3 merupakan reaksi transesterifikasi trigliserida dan metanol

sehingga menghasilkan biodiesel dan gliserol. Tujuan proses transesterifikasi

untuk menurunkan viskositas dan meningkatkan daya pembakaran sehingga dapat

digunakan sebagai minyak diesel kendaraan bermotor (Indartono 2006).

Gambar 3 Reaksi proses transesterifikasi (Hambali et al. 2008)

Pada tahap transesterifikasi satu mol trigliserida bereaksi dengan tiga mol

alkohol menjadi satu mol gliserol dan tiga mol alkil ester. Molekul trigliserida

diubah secara bertahap menjadi digliserida, monogliserida, dan kemudian menjadi

gliserol. Masing-masing tahapan menggunakan satu mol alkohol dan melepaskan

satu mol ester (Mittelbach & Remschmidt 2006).

Metil ester dari tahap transesterifikasi masih berupa biodiesel kasar yang

mengandung pengotor seperti sisa metanol, sisa katalis, gliserol, sabun, dan air

12

karena itu perlu dilakukan pemurnian. Pemurnian bisa dilakukan dengan water

washing ataupun dry washing.

Pemurnian biodiesel dengan teknik water washing dilakukan dengan

menambahkan air hangat ke dalam biodiesel kemudian dilakukan pengandukan

dan pemisahan. Pencucian dilakukan berulang-ulang hingga dihasilkan air cucian

yang jernih. Selanjutnya dilakukan pengeringan untuk membuang sisa metanol

dan air dalam biodiesel. Menurut Canakci & Gerpen (2003), yang melakukan

penelitian pembuatan biodiesel dari minyak kedelai menyatakan bahwa

pemurnian biodiesel secara water washing dengan air hangat lebih efektif

dibandingkan dengan air dingin untuk memisahkan sabun dan gliserol bebas yang

masih ada dalam biodiesel.

Pemurnian dengan teknik dry washing menggunakan cleaning agent sebagai

adsorben. Cleaning agent menyerap pengotor-pengotor yang ada di dalam

biodiesel (SBRC 2008). Salah satu adsorben yang digunakan adalah bentonit.

Alkohol dan Katalis

Alkohol yang biasa digunakan dalam pembuatan biodiesel antara lain

metanol, etanol, propanol, butanol, dan amyl alkohol. Alkohol yang biasa

digunakan pada proses transesterifikasi adalah metanol. Metanol (CH3OH)

memiliki berat molekul paling ringan dibandingkan etanol (C2H5OH) (Ma &

Hanna 1999; Susilo 2006; Ramesh et al. 2009). Waktu reaksi metanol lebih cepat

dibandingkan etanol (Joshi et al. 2010). Metanol merupakan jenis alkohol yang

biasa digunakan dalam pembuatan biodiesel dibandingkan jenis alkohol lain

karena harganya ekonomis (Zhang et al. 2003; Vicente et al. 2007; Ramesh et al.

2009; Joshi et al. 2010).

Ratio molar optimum antara metanol dan minyak tergantung pada katalis

yang digunakan. Katalis yang digunakan adalah asam dan alkali. Katalis alkali

yang biasa digunakan adalah sodium hidroksida atau NaOH, sodium metoksida

atau CH3ONa, dan potasium hidroksida atau KOH. Sedangkan katalis asam yang

biasa digunakan adalah asam sulfat, asam klorida, dan asam sulfonat. Pada proses

transesterifikasi, waktu reaksi menggunakan katalis sodium lebih cepat

dibandingkan katalis potassium (Vicente et al. 2004). NaOH lebih mudah

diperoleh dan lebih ekonomis (Susilo 2006; Wikipedia 2010).

13

Keuntungan menggunakan katalis basa pada proses transesterifikasi

dibandingkan menggunakan katalis asam adalah waktu reaksi yang pendek.

Penggunaan katalis basa juga akan mengurangi pemakaian jumlah alkohol

(Mittelbach & Remschmidt 2006).

Kemurnian biodiesel dipengaruhi oleh konsentrasi katalis, ratio molar

alkohol dan minyak, serta suhu (Vicente et al. 2007). Sedangkan rendemen

biodiesel sangat dipengaruhi oleh konsentrasi katalis dan suhu reaksi selama

proses transesterifikasi (Vicente et al. 2007; Bouaid et al. 2007; Ayhan 2008).

Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Karet dan Minyak Jarak Pagar

Sifat-sifat penting bahan bakar mesin diesel antara lain viskositas, bilangan

cetana, pour point, flash point, carbon residu (CCR) dan nilai kalor (Agustian

2005). Beberapa parameter biodiesel seperti densitas, bilangan setana, dan

kandungan sulfur dipengaruhi oleh jenis minyak yang digunakan. Parameter lain

seperti flash point dipengaruhi oleh kandungan metanol sedangkan viskositas

dipengaruhi oleh trigliserida yang tidak bereaksi selama proses transesterifikasi

(Mittelbach 1996).

Bilangan setana adalah ukuran kualitas penyalaan bahan bakar diesel dalam

keadaan terkompresi. Bilangan setana minyak diesel konvensional dipengaruhi

oleh struktur molekul hidrokarbon penyusun. Bilangan setana biodiesel sangat

bervariasi. Metil ester dari asam lemak palmitat dan stearat mempunyai bilangan

setana hingga 75, sedangkan bilangan setana untuk linoleat hanya mencapai 33.

Bilangan setana berkaitan dengan kandungan asam lemak tak jenuh di dalam

minyak (Knothe et al. 2003; Ayhan 2009; Ramos et al. 2009). Semakin rendah

bilangan setana semakin rendah pula kualitas penyalaannya.

Viskositas yang terlalu tinggi dapat mempersulit proses pembentukan butir-

butir cairan/kabut saat penyemprotan/atomisasi (Ayhan 2009). Viskositas bahan

bakar yang terlalu rendah mengakibatkan kebocoran pada pompa injeksi bahan

bakar. Kedua hal yang ekstrim ini dapat menimbulkan kerugian, sehingga salah

satu persyaratan bahan bakar mesin diesel adalah nilai viskositas standar bahan

bakar mesin diesel.

Titik nyala atau flash point adalah suhu terendah dimana bahan bakar dalam

campurannya dengan udara akan menyala. Bila nyala tersebut terjadi secara terus

14

menerus maka suhu tersebut dinamakan titik bakar (fire point). Titik nyala yang

terlampau tinggi dapat menyebabkan keterlambatan penyalaan, sementara apabila

titik nyala terlampau rendah akan menyebabkan timbulnya detonasi yaitu ledakan-

ledakan kecil yang terjadi sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga

dapat meningkatkan resiko bahaya pada saat penyimpanan.

Sisa karbon atau carbon residu yang tertinggal pada proses pembakaran

akan menyebabkan terbentuknya endapan sehingga menyumbat saluran bahan

bakar. Hal ini dapat menyebabkan terhambatnya operasi mesin secara normal

serta menyebabkan bagian-bagian pompa injeksi bahan bakar cepat menjadi aus.

Semakin rendah nilai sisa karbon semakin baik efisiensi motor tersebut.

Beberapa hasil penelitian sebelumnya yang telah dilakukan untuk produksi

biodiesel dari minyak biji karet dan minyak biji jarak pagar terdapat parameter-

parameter biodiesel dari kedua bahan baku yang belum memenuhi standar SNI

ataupun ASTM. Hasil penelitian sebelumnya mengenai karakteristik biodiesel dari

minyak bij karet dan minyak jarak pagar ditampilkan pada Tabel 5.

Tabel 5 Karakteristik biodiesel biji karet dan biodiesel jarak pagar

Parameter Satuan (a)Biodiesel biji

karet (b)Biodiesel jarak pagar

Berat jenis pada 15 oC g/cm3 0,885 0,879 Viskositas kinematik (40 oC) cSt 4,77* 8,52*** Bilangan setana - 44,81 51-52 Flash point oC 103* 191 Cloud point Pour point Residu karbon Kadar abu

oC oC

% berat % berat

0,4 -8 -

0,01

5** 31 0,01

0,013 Kadar sulfur % berat -

15

Tabel 6 Standar biodiesel SNI 04-7182-2006

Parameter Satuan Nilai Berat jenis pada 40 oC g/cm3 0,85-0,89 Viskositas kinematik (40 oC) cSt 2,3 6,0 Bilangan setana - 51 Flash point oC 100 Cloud point Residu karbon - dalam contoh asli - dalam 10% ampas distilasi

oC % berat

18

0,05 0,3

Abu tersulfatkan Kadar belerang

% berat mg/kg

0,02 100

Kadar air dan sedimen Bilangan asam Bilangan iod Kandungan ester alkil Gliserol total Gliserol bebas Kadar fosfor

% volume mgKOH/g mgI2/100g

% berat % berat % berat mg/kg

0,05* 0,80 115 96,5 0,24 0,02 10,0

*dapat diuji terpisah dengan ketentuan kandungan sedimen maks 0,01%-volume. Sumber : SNI 04-7182-2006

Tabel 7 Standar biodiesel internasional ASTM D 6751 (2003)

Parameter Satuan Nilai Berat jenis pada 15 oC g/cm3 - Viskositas kinematik (40 oC) cSt 1,9 6,0 Bilangan setana - 47 Flash point oC 130 Cloud point Pour point Residu karbon

oC oC

% berat

- -

0,05 Kadar abu sulfat Kadar sulfur

% berat mg/kg

0,02 500

Kadar air dan sedimen Bilangan asam Bilangan iod Kandungan ester Gliserol total Gliserol bebas Kadar fosfor

% volume mgKOH/g

mgI2/g % berat % berat % berat mg/kg

0,05 0,80

- -

0,24 0,02 10,0

Sumber : Mittelbach & Remschmidt 2006