BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH (WASTE COOKING OIL) SEBAGAI SOLUSI SUMBER ENERGI ALTERNATIF RAMAH LINGKUNGAN

Permintaan kebutuhan akan bahan bakar sebagai sumber penghasil energi khususnya bahan bakar minyak (BBM) terus meningkat. Peningkatan permintaan tersebut berdasarkan model OWEM (OPEC World Energy Model), permintaan minyak dunia pada periode jangka menengah (2002-2010) diperkirakan meningkat sebesar 12 juta barel per hari (bph) menjadi 89 juta bph atau tumbuh rata-rata 1,8% per tahun. Sedangkan pada periode berikutnya (2010-2020), permintaan naik menjadi 106 juta bph dengan pertumbuhan sebesar 17 juta bph. Pada tahun 2025, permintaan minyak mentah dunia masih akan meningkat hingga 115 juta bph dengan pertumbuhan sebesar 9 juta bph atau tumbuh rata-rata 1,7% pertahun pada periode 2010-2025. Meskipun permintaan minyak dunia masih didominasi oleh negara-negara maju, tetapi hampir 75% dari kenaikan sebesar 38 juta bph selama periode 2002-2025 tersebut diserap oleh negara-negara berkembang. Sampai saat ini pemenuhan kebutuhan energi tersebut masih mengandalkan sumber daya alam tak terbarukan yaitu energi fosil. Indonesia merupakan salah satu negara yang memproduksi bahan bakar minyak dan gas serta memiliki beberapa cadangan minyak yang tersebar baik di darat maupun di lepas pantai. Namun sumber bahan bakar ini terbatas jumlahnya, sehingga pada suatu saat akan habis dan Indonesia tidak mampu lagi untuk memenuhi kebutuhan energi di dalam negeri. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah sumber bahan bakar alternaif yang dapat menggantikan posisi dari sumber energi fosil tersebut.

Pada saat ini penelitian-penelitian guna mencari dan mendapatkan sumber energi terbarukan (renewable energy) tersebut sudah banyak dilakukan. Salah satu hasil yang mememuaskan dari penelitan tersebut adalah sumber energi hayati, biodiesel. Biodiesel adalah bahan bakar untuk mesin diesel yang dihasilkan dari sumber daya hayati. Biodiesel ini dapat dibuat dari beberapa bahan baku yang pada awalnya dikembangkan dari minyak biji kanola (Brassica napus). Lalu pada perkembangannya digunakan dari minyak kelapa sawit, minyak biji jarak (Jatropha curcas) sampai pada minyak jelantah (waste cooking oil). Minyak jelantah adalah limbah dari proses menggoreng, bila ditinjau dari komposisi kimianya minyak jelantah mengandung senyawa kimia yang bersifat karsinogenik (dapat memicu terjadinya kanker) yang terbentuk selama proses penggorengan. Sehingga penggunaan minyak jelantah secara berkelanjutan dapat merusak kesehatan manusia, menyebabkan kanker dan akibat selanjutnya akan menurunkan kecerdasan generasi muda yang mengkonsumsinya. Maka langkah penanganan minyak jelantah ini sangat tepat untuk dijadikan bahan baku pembuatan biodiesel karena akan mengurangi kerugian yang ditimbulkan dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan serta menambah manfaat yang ada dari minyak jelantah tersebut. Oleh karena itu sangatlah cocok untuk menjadikan biodiesel dari minyak jelantah sebagai solusi sumber energi alternatif yang ramah lingkungan.

Minyak jelantah dapat dijadikan bahan baku biodiesel karena merupakan minyak nabati turunan dari CPO (crude palm oil). Pembuatan biodiesel dari minyak jelantah menggunakan reaksi transesterifikasi seperti pembuatan biodiesel pada umumnya dengan melakukan pretreatment yang dilakukan guna menurunkan bilangan asam pada minyak jelantah. Tahapan perlakuan tersebut yaitu, pertama pemurnian dari pengotor-pengotor sisa penggorengan dan water content. Kedua, esterifikasi dari asam lemak bebas (free fatty acid) yang terdapat dalam minyak jelantah. Ketiga, trans esterifikasi molekul trigliserida ke dalam bentuk metil ester dan keempat, pemisahan dan pemurnian.

Reaksi kimia proses transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester menggunakan senyawa organik methanol adalah sebagai berikut:

Pembuatan Biodiesel

Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau lemak hewan yang memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel (Vicente et al. 2006) dan menurut Darnoko et al. (2000) biodiesel merupakan monoalkil ester yang dihasilkan dari minyak alami terbarukan. Metil ester atau etil ester merupakan senyawa yang relatif stabil, berwujud cair pada suhu ruang (titik leleh antara 4⁰-18⁰ C), titik didih rendah dan tidak korosif. Spesifikasi biodiesel menurut Standar Nasional Indonesia tahun 2006 adalah sebagai berikut :

Tabel 1. Spesifikasi biodiesel

Parameter	Satuan	Nilai
Masa jenis pada suhu 40º	Kg/m3	850-890
Viskositas kinematik pada 40º	Mm2/s (cst)	2,3-6,0
Angka setana		Min 51
Titik nyala (mangkok tertutup)	oC	Min 100
Titik kabut	oC	Maks 18
Korosi lempeng tembaga(3 jam pada suhu 50º)		Maks no.3
Residu karbon Dalam contoh asli Dalam 10% ampas distilasi	%-massa	Maks 0,05 Maks 0,30
Air dan sedimen	%-vol	Maks 0,05
Temperatur distilasi 90%	oC	Maks 360
Abu tersulfatkan	%-massa	Maks 0,02
Belerang	Ppm-m (kg/mg)	Maks 100
Fosfor	Ppm-m (kg/mg)	Maks 10
Angka asam	Mg-KOH/g	Maks 0,08
Gliserol bebas	%-massa	Maks 0,02
Gliserol total	%-massa	Maks 0,24
Kadar ester alkil	%-massa	Min 96,5
Kadar iodium	%-massa( g-12 /100g)	Maks 115
Uji harphen		Negatif

Proses pembuatan biodisel diawali dengan proses pretreatment yaitu dengan cara menyaring minyak jelantah dari sisa-sisa produk gorengan mengunakan saringan dari kasa dan dilakukan berulang kali dengan tingkatan mesh yang berbeda. Setelah itu diserap air yang ada dengan desikan, dapat berupa CaO, silika gel, CaCl₂, dll. Setelah itu disaring kembali guna mendapatkan minyak jelantah tanpa desikan tersebut. Tahapan selanjutnya yaitu proses tansesterifikasi. Transesterifikasi adalah proses reaksi senyawaan asam lemak bebas dengan methanol/ethnol (senyawaan gugus alkohol) menjadi ester. Untuk mempercepat terjadinya reaksi digunakan katalis yaitu KOH (kalium hidroksida) yang jumlahnya 1% dari jumlah trigliserida lalu dicampur dengan senyawaan dari gugus alkohol yaitu methanol atau ethanol dan dipanaskan pada suhu 58º-65º C agar terbentuk methil-ester/ethil-ester dari trigliserida yang terdapat dalam minyak jelantah. Bahan yang pertama kali dimasukan kedalam reaktor adalah minyak jelantah yang dipanskan hingga suhu 55º C. Reaktor sebaiknya dilengkapi dengan pemanas dan pengaduk, agar saat dipanaskan minyak dapat diaduk sehingga menjadi homogen. Setelah mencapai suhu 63º C campuran methanol dan KOH dimasukan, maka reaksi transesterifikasi pun berjalan lalu dipanaskan pada suhu 130º C selama 10 menit. Setelah itu didinginkan secara bertahap sampai 55º yang bertujuan untuk mencuci produk dari bahan-bahan lain seperti gliserol dan metanol. Gliserol dapat dialirkan dari bawah karena perbedaan berat jenis dimana gliserol berada dilapisan bawah dari methil-ester. Sedangkan metanol dapat dialirkan lewat atas karena sifatnya yang mudah menguap dibandingakan gliserol dan metil ester. Pencucian dilakukan sampai tiga kali sampai didapat pH normal (6,8-7,2). Setalah dicuci dilakukan pengeringan yang menggunakan aluminium silikat 100% dan konsentrasi terbaik adalah 10% (Erliza Hambali et al. 2008). Berikut merupakan diagram alir pembuatan biodiesel.

Gambar 1. Proses pembuatan biodiesel

Penggunaan Biodiesel Pada Kendaraan Diesel

Beberapa keuntungan menggunakan biodiesel dari minyak jelantah adalah bahan baku dapat diperbarui (renewable), emisi karbonnya rendah sehingga pemanasan global dapat dikurangi, selain itu dapat mengurangi penggunaan kembali minyak jelantah yang dapt membahayakan tubuh maunusia karena mengandung banyak kolesterol dan dpat memicu terjadinya penyakit jantung koroner. berikut merupakan hasil analisis biodiesel dari minyak jelantah:

Tabel 2. Perbandingan biodiesel dengan solar

Analisis Laboratorium Sifat - sifat Biodiesel dari

Minyak Jelantah

Sifat fisik	Unit	Hasil	ASTM Standar (Solar)
Flash point	°C	170	Min.100
Viskositas (40°C)	cSt.	4,9	1,9-6,5
Bilangan setana	-	49	Min.40
Cloud point	°C	3,3	-
Sulfur content	% m/m	<<>	0.05 max
Calorific value	kJ/kg	38.542	45.343
Density (15°C)	Kg/l	0,93	0,84
Gliserin bebas	Wt.%	0,00	Maks.0,02

Secara keseluruhan, parameter fisik yang ditampilkan dari tabel tersebut masih berada dalam batasan standar dari ASTM, kecuali harga Calorific Value yang sedikit lebih kecil dibandingkan harga solar. Saat membandingkan biodiesel dengan solar, hal yang perlu diperhatikan juga adalah pada tingkat emisi bahan baker. Biodiesel menghasilkan tingkat emisi hidrokarbon yang lebih kecil, sekitar 30% dibanding dengan solar; Emisi CO juga lebih rendah, -sekitar 18%-, emisi particulate molecul lebih rendah 17%; sedang untuk emisi NO_x lebih tinggi sekitar 10%; sehingga secara keseluruhan, tingkat emisi biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan solar, sehingga lebih ramah lingkungan

Gambar 2. Diagram alir biodiesel

sumber : disini

KEMIRI SUNAN: SUMBER BIO-DIESEL

Sungguh mengejutkan tanaman kemiri sunan. Mengapa tidak? Selain produksi minyak relatif lebih tinggi dari tanaman penghasil bio-diesel lainnya, untuk memproses minyak kasarnya menjadi bio-diesel juga lebih efesien.

Banyak tanaman yang buahnya dapat diolah menghasilkan bio-diesel, seperti kelapa sawit, jarak pagar dsb. Namun keberadaan kemiri sunan sebagai sumber bahan baku bahan bakar nabati adalah sesuatu yang baru. Hampir bisa dikatakan tanaman ini belum dibudidayakan secara intensif. Namun kemiri sunan sangat menjanjikan untuk dijadikan sebagai bahan baku bahan bakar nabati.

Gambar. Buah Tanaman Kemiri Sunan

Tanaman ini banyak tumbuh di pulau Jawa khususnya di wilayah Jawa Barat. Kemiri Sunan banyak dijumpai di Bandung, Sumedang, Majalengka, Garut dan Cirebon. Bahkan di Garut tanaman ini dianggap tanaman keramat, sehingga masyarakat di wilayah tersebut enggan mengambil buahnya. Diperkirakan tanaman masuk ke Indonesia sejak abad ke -19 oleh pedagang asal Cina.

Dari pertanaman Kemiri Sunan setiap 1 ha bisa diperoleh 10 ton minyak kasar/ tahun. Hasil ini jauh lebih tinggi dari kelapa sawit yakni sekitar 6 ton/ha/tahun minyak kasar. Tentu hasil ini jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan jarak pagar.

Hal ini dimungkinkan karena rendemen dari biji kemiri sunan bisa mencapai 50 persen. Menariknya lagi, dari minyak kasar bisa diperoleh 88 persen bio-diesel dan 12 persen Gliserol. Sehingga dapat disimpulkan kemiri sunan relatif cukup efisien sebagai bahan baku bahan bakar nabati. Disamping itu minyak kasar kemiri sunan bisa digunakan untuk memproduksi sabun, briket, pupuk organik, biopestisida, cat, resin, pelumas, kampas, dll



Produksi buah kemiri sunan bisa mencapai 50 – 289 kg/pohon/tahun. Tanaman mulai berbuah sejak umur 5 – 25 tahun. Dengan rendemen minyak mencapai 50 persen. Namun dengan pemuliaan tanaman diperkirakan bisa dihasilkan tanaman dengan masa panen yang lebih cepat kurang dari 5 tahun. Mengingat saat ini Balittri masih dalam proses pemilihan blok penghasil tinggi.

Disamping sebagai tanaman sumber bahan baku bio-diesel kemiri sunan juga cocok digunakan sebagai tanaman konsevasi. Hal ini dukung dengan daunnya yang lebat lebat, lebih dari 80.000 helai/phn. Sehingga mampu mengikat CO2 dalam jumlah besar untuk kemudian menghasilkan O2. Disamping itu tanaman kemiri sunan juga memiliki perkaran yang kuat dan dalam. Dalam 4 tahun pajang akar bisa mencapai 4 meter. Cocok ditanam di tanah kritis.

Tanaman ini sudah diusulkan agar menjadi komoditas binaan Direktorat Jenderal Perkebunan. Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Aneka Tanaman Industri (Balittri) masih melakukan observasi dan penelitian untuk menentukan tanaman terpilih yang nanti bisa ditetapkan sebagai blok penghasil tinggi. Diharapkan kemiri sunan bisa menjadi salah satu alternatif harapan bahan baku bahan bakar bio-diesel di Indonesia.

Sumber : disini

Teknologi Ultrasonik untuk Biodiesel

DENGAN SUARA ULTRA BIODIESEL DAPAT DIPRODUKSI

Pudji Untoro

Peneliti Senior

Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir

Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)

            Suara indah dapat dinikmati dan bahkan dapat menghasilkan milyaran rupiah oleh para penyanyi kita, dapat menimbulkan pertentangan dan dengan suara pula dapat pula dihasilkan berbagai macam produk diantaranya bahan bakar nabati (biofuel) atau yang saat ini telah dipasarkan pertamina yaitu biodiesel. Biodiesel yang kita kenal saat ini sebenarnya merupakan campuran biofuel dengan solar dengan perbandingan tertentu. B10 artinya solar 90% dicampur biofuel 10% yang berasal dari minyak nabati seperti CPO, jarak pagar, kelapa dsb.

    Biofuel sendiri dibuat dari suatu proses reaksi minyak nabati dengan alkohol (metanol atau etanol) dengan bahan katalis asam, basa atau jenis enzim tertentu. Dengan proses transesterifikasi minyak akan diubah menjadi alkhyl ester yang telah dikenal dengan nama biofuel dan hasil samping glycerol. Proses transesterifikasi sebenarnya merupakan proses transformasi secara kimia dari satu ester ke bentuk ester yang lain.

Hasil reaksi transesterifikasi dicuci dengan air untuk menghilangkan bahan lain yang tidak dikehendaki dan kemudian diendapkan. Fase organik berupa ester, dikeringkan dengan vakum dan fase air yang terdiri dari sisa alkohol, katalis dan air direkoveri alkoholnya untuk dipakai kembali dalam proses transesterifikasi. Proses pembuatan biodiesel dari minyak nabati, melalui proses :reaksi metanolat, transesterifikasi, pencucian, pengeringan, dan distilasi fraksinasi.  Sebagai pemanas dapat digunakan uap air (steam ) dari boiler yang dilengkapi dengan alat kontrol, sehingga pengoperasian peralatan juga sudah terkontrol.

Tujuan transesterifikasi untuk menurunkan viskositas minyak nabati dan meningkatkan daya pembakarannya sehingga mendekati sifat-sifat solar dapat digunakan langsung  sebagai pengganti  minyak diesel sesuai dengan standar tertentu untuk mesin-mesin dan kendaraan bermotor.

           

Suara Ultra yang Bermanfaat

Suara dapat digunakan untuk mempercepat dan mengoptimalkan proses transesterifikasi tanpa dengan pemanasan, sehingga dapat dihasilkan produk biofuel yang lebih berkualitas karena disebabkan proses yang lebih sempurna dan dihasilkan hasil biofuel yang lebih besar. Suara yang dapat kita dengar mempunyai rentang frekuensi antara 16Hz s/d 18kHz, sedangkan suara yang dapat digunakan untuk proses kimia yang dikenal dengan gelombang ultrasonik dengan rentang frekuensi antara 20kHz s/d 100 kHz. Medan ultrasonik akan menghasilkan efek kimia dan fisika yang diakibatkan oleh meledaknya gelembung kavitasi mikro yang disebabkan getaran ultrasonik, sehingga efek tersebut yang berdampak terjadinya proses sonokimia.

            Proses sonokimia telah diketahui dan diterapkan di berbagai proses kimia di beberapa industri dan beberapa industri baru bahkan telah menggunakannya sebagai alternatif proses baru yang sangat menguntungkan. Untuk proses pembuatan biodiesel penggunaan ultrasonik selain untuk proses transesterifikasi juga dapat digunakan untuk proses pemisahannya.

Proses Reaksi Biodiesel 

Proses reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan berkelanjutan tiga tahap dengan persamaan reaksi berikut ini :

Trigliserida + 3ROH  =  3 Metil Ester + Glyserol

Proses tersebut terjadi dengan pemanasan sekitar 60 °C selama 1 sampai dengan 6 jam tergantung dari bahan baku yang digunakan. Secara stokiometri perbandingan molar alcohol dengan minyak adalah 3:1 agar reaksi dapat terjadi, tetapi dalam praktek biasanya menggunakan alkohol yang lebih banyak untuk mempercepat dan menyempurnakan proses reaksi dan di industri saat ini biasanya menggunakan perbandingan 6:1. Glyserol yang dihasilkan sebagai hasil samping mempunyai banyak sekali manfaatnya, sehingga bisa dikatakan bahwa produksi biodiesel menghasilkan limbah yang sangat sedikit. Setelah proses reaksi biasanya memerlukan proses pengendapan yang memerlukan waktu yang lama sehingga didapatkan hasil yang terpisah antara minyak dan glyserol yang terlihat jelas seperti pada gambar dibawah ini.      

 

Biodiesel dari bahan minyak goring bekas

KONDISI	KONVENSIONAL	IRADIASI SUARA
Waktu Reaksi Agitasi % Methanol % Katalis	1-6 jam Perlu 15-20 wt-% 1.5-3.0 wt-%	5-10 menit Tidak perlu 12.5-15 wt-% 0.5-1.5 wt-%

Tabel 1 : Perbandingan proses konvensional dengan iradiasi suara

           

Dari hasil penelitian saat ini (Tabel 1) menunjukkan bahwa dengan suara pembuatan biodiesel akan mempunyai banyak keuntungan diantaranya : proses pembuatan menjadi lebih cepat, bahan baku yang digunakan lebih sedikit dan menggunakan energi yang lebih kecil. Sehingga secara keseluruhan akan berdampak pada proses pembuatan yang lebih ekonomis

            Dengan adanya inovasi teknologi untuk proses yang ekonomis pembuatan biodiesel diharapkan dapat diimplementasikan secara langsung pada proses produksi, sehingga manfaat tersebut dapat langsung dirasakan masyarakat khususnya pada saat ini untuk pengganti solar pada pembangkit listrik tenaga diesel dimana pemadaman bergilir sudah dilakukan di berbagai daerah. 

sumber : disini

Potensi Jarak Pagar sebagai Tanaman Energi di Indonesia

Konsumsi energi global saat ini mencapai sekita 400 EJ pertahun. Konsumsi ini akan terus meningkat hingga tahun tahun mendatang seiring dengan peningkatan populasi penduduk dan serta pertumbuhan ekonomi global. Menurut laporan International Energy Agency (IEA), disampaikan bahwa pada tahun 2025 pertumbuhan enegi akan meningkat hingga 50 persen dari total kebutuhan enegrgi pada saat ini. Peningkatan kebutuhan energi terbesar terjadi banyak di negara berkembang seperti china dan india yang memang sedang memacu produksi industrinya untuk meningkatkan perekonomian. Sebagian besar kebutuhan energi ini di pasok oleh energi fosil yaitu minyak dan batubara. Ketidakstabilan harga minyak hingga mencapai 100 U$ per barel menyebabkan merupakan persoalan yang dihadapi dunia beberapa tahun terakhir ini. Kenaikan tersebut diperkirakan akan terus berlanjut dikarenakan cadangan energi ini semakin menipis, sehingga ketersediaannya tinggal menunggu waktu.

Persoalan lain dari penggunaan energi fosil ini adalah menjadi penyebab perubahan iklim dan pemanasan global. Gas rumah kaca seperti karbon dioksida dari hasil pembakaran bahan bakar fosil, dilepaskan ke atmosfir. Keberadaannya akan menghalangi panas yang akan meninggalkan bumi sehingga akan meningkatkan temperature bumi. Perubahan iklim yang terjadi disebabkan oleh gas rumah kaca seperti disebutkan diatas juga methane (CH4) dan nitrous oksida (N2O). Pada pembakaran biomassa sebenarnya menghasilkan CO2 tetapi karbon dioksida yang di hasilkan akan distabilisasi dengan penyerapan kembali oleh tumbuhan, sehingga tidak ada penimbuan karbon dioksida dalam atmosfer dan keberadaannya terus seimbang.

Sejak era revolusi industri terjadi hingga beberapa dekade terakhir, Temperatur rata-rata bumi meningkat secara tajam. Hal ini disebabkan oleh gas rumah kaca yang keberadaannya menghalangi panas yang keluar dari atmosfer. Peningkatan sebesar 0.3 derajat celcisus menjadi masalah yang sangat krusial. Tahun 1998 merupakan tahun dimana terjadi peningkatan terbesar temperature rata-rata ini. peningkatan ini akan menyebabkan pencairan es di kutub, baik utara maupun selatan sehingga volume lautan meningkat 10 sampai 25 cm, bahkan di prediksi kan tahun 2100 temperatur akan meningkat secara tajam hingga mencapai 6 derajat celcius (Daugherty, E.C, 2001).

Dampak yang terjadi di Indonesisa akibat dari Lonjakan harga minyak dunia adalah berkaitan erat dengan pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta/barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta/barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang. Bila hal ini terus berlanjut tanpa mempetimbangkan energi alternatif maka akan terjadi permasalahan yang krusial bagi ekonomi bangsa Indonesia.

2. KEBIJAKAN PEMERINTAH

Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak pemerintah berperan aktif untuk menanggulangi masalah harga minyak yang makin meningkat dan cadangan yang makin menipis. Kebijakan pemerintah dalam pengembangan biofuel dengan membentu tim nasional pengembangan bahan bakar nabati (BBN) sebagai upaya untuk mendukung pengembangan bahan bakar nabati dengan menerbitkan blue print dan road map untuk mewujudkan pengembangan BBN tersebut.

Selain itu, pemerintah telah menerbitkan Peraturan presiden republik Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak. Ditambah dengan penerbitan Instruksi Presiden No 1 tahun 2006 tertanggal 25 januari 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati (biofuels), sebagai energi alternatif .

3. ENERGI TERBAHARUKAN

Indonesia memiliki beberapa sumber energi terbarukan yang berpotensi besar, antara lain energi hidro dan mikrohidro, energi geotermal, energi biomassa, energi surya dan energi angin. Kelebihan energi terbaharukan diatas dibandingkan dengan energi fosil, selain memang sifatnya yang dapat diperbaharui secara terus menerus, juga lebih ramah terhadap lingkungan. Emisi yang dikeluarkan lebih rendah, terutama gas karbondioksida sehingga mampu mengurangi efek rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global.

Membudidayakan dan memanfaatkan biomassa menjadi sumber energi atau biasa disebut dengan energi hijau, dapat diperoleh melalui proses yang lebih sederhana dan nilai investasi lebih murah. Hal itulah yang menjadi kelebihan dari energi biomassa bila dibandingan energi terbaharukan diatas. Proses energi biomassa sendiri memanfaatkan energi matahari untuk merubah energi panas menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis dengan menyerap karbon dioksida dari atmosfer. Proses pelepasan karbon dioksida terjadi saat pembakaran biomassa, sehingga terjdi keseimbangan jumlah karbon diatmosfer. Sebenarnya manusia telah memanfaatkan enegi biomassa sejak lama sebelum ditemukannya bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batubara. Secara sederhana, biomassa berupa kayu atau yang lainnya dibakar secara langsung.

Sebagai negara agraris beriklim tropis, Indonesia memiliki lahan pertanian yang luas dan bahan baku biomassa yang melimpah. Potensi ini dapat dijadikan dasar sebagai upaya untuk pengembangan energi terbaharukan dari biomassa.

4. JARAK PAGAR (JATROPHA CURCAS)

Jarak pagar (Jatropha curcas Linn) atau juga disebut juga physic nut merupakan tanaman yang sudah tidak asing lagi bagi masyarakat, saat zaman penjajahan jepang. Minyak jarak pagar dipergunakan sebagai bahan pelumas dan bahan bakar pesawat terbang. Sesuai dengan namanya, tanaman ini memang dimanfaatkan masyarakat sebagai tanaman pagar serta sebagai obat tradisional, disamping sebagai bahan bakar dan minyak peluas. Perkembangan jarak pagar sangat luas, awalnya dari amerika tengah, kemudian menyebar ke Afrika dan Asia. Luasnya perkembangan jarak pagar disebabkan oleh kemudahan dalam pertumbuhannya. Menurut Hambali. E, dkk (2007), Jarak pagar dapat hidup dan berkembang dari dataran rendah sampai dataran tinggi, curah hujan yang rendah maupun tinggi (300 - 2.380 ml/tahun), rentang suhu 20 - 26 oC. Karena sifat tersebut tanaman jarak pagar mampu tumbuh pada tanah berpasir, bebatu, lempung ataupun tanah liat, sehingga jarak pagar dapat dikembangkan pada lahan kritis .

Jarak pagar memiliki buah yang terdiri dari daging buah, cangkang biji dan inti biji. Inti merupakan sumber bagian yang menghasilkan minyak sebagai bahan bakar biodiesel dengan proses awal ekstraksi. Kandungan minyak yang terdapat dalam biji baik cangkang maupun buah berkisar 25-35 % berat kering biji Prihandana, R(2007), jarak pagar mampu menghasilkan 7,5 - 10 ton /ha/tahun tergantung dari kualitas benih, agroklimat, tingkat kesuburan tanah dan pemeliharaan, (Hambali. E, 2007). Sebagai perhitungan kasar produksi minyak jarak mentah, cruide jatropha oil (CJO), dari 25 % /biji kering maka dapat diperoleh minyak hasil ekstraksi sebesar 1,875 - 2,5 ton minyak /ha/tahun

Proses ekstraksi jarak pagar menjadi minyak dilakukan secara mekanik menggunakan mesin press, baik sederhana dengan skala kecil maupun skala produksi industri. Jenis alat pres dibedakan menjadi dua macam yaitu press hidrolik dan press ulir masing masing memiliki kelemahan dan keungulan masing masing, biasanya disesuaikan dengan tingkat produksi minyak. Setelah biji jarak di keringkan dan disortir berdasarkan kualitas, biji jarak pagar dimasukan kedalam mesin press mekanik. Hasil pengepresan diperoleh minyak mentah atau cruide jatropha oil (CJO) dan bungkil berupa sisa ampas. Untuk memurnikan Cruide jatropha oil (CJO) selanjutnya dilakukan penyaringan dan diperoleh limbah berupa sludge. Minyak jarak pagar mentah ini bias dijadikan bahan bakar pengganti minyak tanah. Pemakaiannya dapat diterapkan langsung pada kompor modifikasi atau dicampur dengan minyak tanah. Untuk memperoleh bahan bakar biodiesel, minyak mentah hasil penyaringan dilakukan proses transesterifikasi dan esterifikasi. Proses transesterifikasi adalah proses penurunan kandungan asam lemak bebas. Bila kadar lemak bebas terlalu tinggi maka perlu dilakukan proses esterifikasi terlebih dahulu setelah itu dilanjutkan proses transesterifikasi.

5. KONVERSI JARAK PAGAR

Jarak pagar seperti disebutkan diatas merupakan potensi yang sangat besar dari proyeksi strategis pemerintah. Konversi jarak pagar kedalam energi terbaharukan akan menghasilkan produk berupa bahan bakar padat, cair dan gas. Masing-masing produk diambil dari bagian jarak pagar yaitu cangkang dan limbah untuk bahan bakar padat. inti biji untuk cair dengan pemerasan, sedangkan gas melalui proses anaerobic digestion ketiganya ditambah dengan daging buah dan menghasilkan gas methane.

a. Bahan bakar cair (liquid biofuels)

Bahan bakar cair merupakan produk utama dari jarak pagar yang terdiri dari cruide jatropha oil (CJO), minyak jarak murni atau pure plant oil (PPO)dan biodiesel. Untuk menghasilkan beberapa bahan bakar diatas dibutuhkan inti biji dari jarak pagar. Beberapa industri pengolahan bahan bakar cair mengikutkan cangkang inti biji untuk proses, sehingga tidak diperlukan proses pengelupasan cangkang dari inti buah.

Ekstraksi minyak jarak dari inti buah atau inti buah dan cangkang dilakukan dengan menggunakan alat pengepresan bisa menggunakan press tipe hidrolik (hydraulic pressing) maupun press tipe ulir (expeller pressing). Masing masing jenis press memiliki kelebihan dan kekurangan. Seperti kapasitas, jumlah rendeman dan inti buah murni atau campuran. Inti buah jarak yang telah kering dimasukan kedalam mesin press, produknya berupa minyak cair dan membutuhkan penyaringan untuk menghilangkan sludge dari hasil ekstraksi. Hasil dari press dan penyaringan berupa minyak mentah jarak pagar atau CJO (cruide jatropha oil). Minyak CJO dapat diaplikasikan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah,. Dapat di bakar langsung dengan spesifikasi kompor tertentu atau dicampur dengan minyak tanah untuk menurunkan viskositasnya.


Melalui proses pemurnian dengan menggunakan esterifikasi dan transesteriikasi akan dihasilkan bahan bakar cair berupa biodiesel. Sedangkan melalalui proses deasifikasi atau penetralan akan dihasilkan minyak jarak murni atau pure plant oil (PPO). Produk pendamping dari proses ini adalah bungkil dan sludge yang akan diproses kembali menjadi bahan bakar padat ataupun gas.

b. Bahan bakar padat (solid biofuels)

Dalam bagian biji jarak pagar yang terdiri dari inti biji dan cangkang memiliki kandungan minyak 25 - 35 % sehingga masih menyisakan bagian limbah yaitu sludge dan bungkil sebesar 75 - 65 %. Limbah tersebut dapat diproses menjadi bahan bakar pada dengan proses densifikasi, baik karbonisasi maupun non-karbonisasi. Pada proses karbonisasi, sebelum limbah diproses densifikasi, dimasukan kedalam reaktor karbonisasi untuk menghilangkan moisture (kandungan air), volatile mater (zat terbang) serta tar. Sedangkan proses non-karbonisai limbah hasil proses ekstraksi langsung dilakukan densifikasi dibentuk briket menggunakan alat press tipe hidrolik maupun ulir.Hasil densifikasi berupa briket yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar padat. Briket langsung dibakar kedalam tungku atau kompor .


c. Bahan bakar gas (anerobic digestion)

Proses anaerobic igestion yaitu proses dengan melibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen dalam suatu digester. Proses ini menghasilkan gas produk berupa metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas yang jumlahnya kecil, seperti H2, N2, dan H2S. Proses ini bisa diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu anaerobic digestion kering dan basah. Perbedaan dari kedua proses anaerobik ini adalah kandungan biomassa dalam campuran air. pada anaerobik kering memiliki kandungan biomassa 25 - 30 % sedangkan untuk jenis basah memiliki kandungan biomassa kurang dari 15 % (Sing dan Misra, 2005).

Limbah jarak pagar, bungkil dan sludge selain dapat dijadikan bahan bakar padat dengan densification seperti diatas, juga dapat di konversi kedalam bahan bakar gas melalui proses anaerobic digestion. Selain itu, daging buah jarak pagar dapat juga dimasukan kedalam digester untuk menghasilkan biogas.

5. KESIMPULAN

Harga bahan bakar minyak yang makin meningkat dan ketersediaannya yang makin menipis serta permasalahan emisi gas rumah kaca merupakan masalah yang dihadapi oleh masyarakat global. Upaya pencarian akan bahan bakar yang lebih ramah terhadap lingkungan dan dapat diperbaharui merupakan solusi dari permasalahan energi tersebut. Untuk itu indonesia yang memiliki potensi luas wilayah yang begitu besar, diharapkan untuk segera mengaplikasi bahan bakar nabati. Jarak pagar sebagai tanaman penghasil energi yang dapat tumbuh pada berbagai kondisi areal merupakan potensi besar untuk dijadikan sebagai tanaman penghasil energi.

Semua potensi tersebut tidak bernilai tanpa adanya dukungan dan political will dari pemerintah serta masyarakat luas. Pembentukan tim nasional pengembangan bahan bakar nabati (BBN) dengan menerbitkan blue print dan road map bidang energi untuk mewujudkan pengembangan BBN merupakan langkah yang strategis sehingga dapat dicapai kemandirian energi melalui pengembangan jarak pagar. Peran serta masyarakat akan sangat membantu dalam pengimplemetasian pengembangan tanaman penghasil bioenergi tersebut, sehingga pada akhirnya bangsa ini mampu keluar dari krisis energi dengan pasokan energi bahan bakar nabati yang berkelanjutan


sumber : disini

Pengukuran kualitas pembuatan Biodiesel

Setelah mengulas karakteristik umum, bahan baku, dan teknik produksi biodiesel, Bagian ke-3 dari seri Mengenal Biodiesel ini akan mengulas beberapa parameter penting yang seringkali dipergunakan sebagai tolok ukur kualitas bahan bakar biodiesel. Beberapa parameter tersebut adalah: angka cetane, viskositas, sifat bahan bakar pada temperatur rendah (cloud point, pour point), angka iodine, penyimpanan dan stabilitas, serta efek pelumasan (lubricant).
Angka Cetane
Angka cetane menunjukkan seberapa cepat bahan bakar mesin diesel yang diinjeksikan ke ruang bakar bisa terbakar secara spontan (setelah bercampur dengan udara). Angka cetane pada bahan bakar mesin diesel memiliki pengertian yang berkebalikan dengan angka oktan pada bahan bakar mesin bensin, karena angka oktan menunjukkan kemampuan campuran bensin-udara menunggu rambatan api dari busi (spark ignition).
Semakin cepat suatu bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar, semakin baik (tinggi) angka cetane bahan bakar tersebut. Cara pengukuran angka cetane yang umum digunakan, seperti standard dari ASTM D613 atau ISO 5165, adalah menggunakan hexadecane (C₁₆H₃₄, yang memiliki nama lain cetane) sebagai patokan tertinggi (angka cetane, CN=100), dan 2,2,4,4,6,8,8 heptamethylnonane (HMN yang juga memiliki komposisi C16H34) sebagai patokan terendah (CN=15) (Knothe, 2005). Dari standard tersebut bisa dillihat bahwa hidrokarbon dengan rantai lurus (straight chain) lebih mudah terbakar dibandingkan dengan hidrokarbon yang memiliki banyak cabang (branch). Angka cetane berkorelasi dengan tingkat kemudahan penyalaan pada temperatur rendah (cold start) dan rendahnya kebisingan pada kondisi idle (Environment Canada, 2006). Angka cetane yang tinggi juga diketahui berhubungan dengan rendahnya polutan NO_x (Knothe, 2005).
Secara umum, biodiesel memiliki angka cetane yang lebih tinggi dibandingkan dengan solar. Biodiesel pada umumnya memiliki rentang angka cetane dari 46 – 70, sedangkan (bahan bakar) Diesel No. 2 memiliki angka cetane 47 – 55 (Bozbas, 2005). Panjangnya rantai hidrokarbon yang terdapat pada ester (fatty acid alkyl ester, misalnya) menyebabkan tingginya angka cetane biodiesel dibandingkan dengan solar (Knothe, 2005). Azam dkk. (2005) membuat persamaan untuk menghitung angka cetane (CN) fatty acid methyl ester/biodiesel sebagai fungsi dari angka iodine (IV) dan saphonifikasi (SN) sebagai berikut:

(1)
Untuk menghitung Persamaan (1) di atas, angka iodine dan saphonifikasi bisa didapatkan dari harga eksperimen atau persamaan berikut ini:

(2)

(3)
Dengan Ai adalah kosentrasi komponen ke-i, dan Mwi adalah berat molekul komponen ke-i (penyusun fatty acid methyl ester). Sedangkan D berarti jumlah ikatan ganda yang terdapat pada senyawa.
Azam dkk. (2005) menemukan bahwa Persamaan (1) – (3) di atas sesuai untuk digunakan pada biodiesel.
Viskositas
Viskositas merupakan sifat intrinsik fluida yang menunjukkan resistensi fluida terhadap aliran. Hubungan antara tegangan geser dinding dengan viskositas untuk fluida Newtonian bisa dilihat pada persamaan berikut ini:

(4)
dengan taww adalah tegangan geser dinding [Pa], miuadalah viskositas fluida [Pa.s], dan (dp/dy)_y=0 adalah gradien kecepatan fluida pada dinding [1/s].
Sedangkan hubungan antara tegangan geser dinding dengan penurunan tekanan (pressure drop) adalah sebagai berikut:

(5)
dengan D adalah diameter pipa [m], delta p adalah penurunan tekanan [Pa], dan L adalah panjang pipa yang ditinjau [m].
Dari Persamaan (4) dan (5) dapat dilihat bahwa viskositas fluida berpengaruh langsung terhadap besarnya penurunan tekanan yang dialami oleh fluida tersebut. Penurunan tekanan (pressure drop) fluida berkaitan dengan energi pengaliran fluida sebagai berikut:

(6)
dengan P adalah daya [Watt], Q adalah debit fluida [m³/s].
Persamaan (4) – (6) menunjukkan bahwa fluida dengan viskositas tinggi lebih sulit untuk dialirkan dibandingkan dengan fluida dengan viskositas rendah. Bila energi pengaliran yang tersedia tetap, maka fluida dengan viskositas tinggi akan mengalir dengan kecepatan lebih rendah. Di Bagian 1 seri tulisan ini telah dijelaskan tingginya harga viskositas SVO (straight vegetable oil) atau refined fatty oil. Hal inilah yang mendasari perlu dilakukannya proses kimia, transesterifikasi, untuk menurunkan harga viskositas minyak tumbuhan sehingga mendekati viskositas solar. Perbedaan viskositas antara minyak mentah/refined fatty oil dengan biodiesel juga bisa digunakan sebagai salah satu indikator dalam proses produksi biodiesel (Knothe, 2005).
Kecepatan alir bahan bakar melalui injektor akan mempengaruhi derajad atomisasi bahan bakar di dalam ruang bakar. Selain itu, viskositas bahan bakar juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan bahan bakar tersebut bercampur dengan udara. Dengan demikian, viskositas bahan bakar yang tinggi, seperti yang terdapat pada SVO, tidak diharapkan pada bahan bakar mesin diesel. Oleh karena itulah penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel menuntut digunakannya mekanisme pemanas bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar (Bernardo, 2003).
Cloud point dan Pour point
Cloud point adalah temperatur pada saat bahan bakar mulai tampak “berawan” (cloudy). Hal ini timbul karena munculnya kristal-kristal (padatan) di dalam bahan bakar. Meski bahan bakar masih bisa mengalir pada titik ini, keberadaan kristal di dalam bahan bakar bisa mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa, dan injektor. Sedangkan pour point adalah temperatur terendah yang masih memungkinkan terjadinya aliran bahan bakar; di bawah pour point bahan bakar tidak lagi bisa mengalir karena terbentuknya kristal/gel yang menyumbat aliran bahan bakar. Dilihat dari definisinya, cloud point terjadi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan pour point.
Pada umumnya permasalahan pada aliran bahan bakar terjadi pada temperatur diantara cloud dan pour point; pada saat keberadaan kristal mulai mengganggu proses filtrasi bahan bakar. Oleh karena itu, digunakan metode pengukuran yang lain untuk mengukur performansi bahan bakar pada temperatur rendah, yakni Cold Filter Plugging Point (CFPP) di negara-negara Eropa (standard EN 116) dan Low-Temperature Flow Test (LTFT) di Amerika Utara (standard ASTM D4539) (Knothe, 2005).
Pada umumnya, cloud dan pour point biodiesel lebih tinggi dibandingkan dengan solar. Hal ini bisa menimbulkan masalah pada penggunaan biodiesel, terutama, di negara-negara yang mengalami musim dingin. Untuk mengatasi hal ini, biasanya ditambahkan aditif tertentu pada biodiesel untuk mencegah aglomerasi kristal-kristal yang terbentuk dalam biodiesel pada temperatur rendah. Selain menggunakan aditif, bisa juga dilakukan pencampuran antara biodiesel dan solar. Pencampuran (blending) antara biodiesel dan solar terbukti dapat menurunkan cloud dan pour point bahan bakar (Environment Canada, 2006).
Teknik lain yang bisa digunakan untuk menurunkan cloud dan pour point bahan bakar adalah dengan melakukan “winterization” (Knothe, 2005). Pada metode ini, dilakukan pendinginan pada bahan bakar hingga terbentuk kristal-kristal yang selanjutnya disaring dan dipisahkan dari bahan bakar. Proses kristalisasi parsial ini terjadi karena asam lemak tak jenuh memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan dengan asam lemak jenuh. Maka proses winterization sejatinya merupakan proses pengurangan asam lemak jenuh pada biodiesel. Di sisi lain, asam lemak jenuh berkaitan dengan angka cetane. Maka proses winterization bisa menurunkan angka cetane bahan bakar.
Namun demikian, karakteristik biodiesel pada temperatur rendah ini tidak terlalu menjadi masalah untuk negara dengan temperatur tinggi sepanjang tahun, seperti India (Azzam dkk., 2005).
Penyimpanan dan stabilitas
Biodiesel bisa mengalami degradasi bila disimpan dalam waktu yang lama disertai dengan kondisi tertentu. Degradasi biodiesel pada umumnya disebabkan oleh proses oksidasi. Beberapa faktor yang mempengaruhi degradasi biodiesel antara lain keberadaan asam lemak tak jenuh, kondisi penyimpanan (tertutup/terbuka, temperatur, dsb.), unsur logam, dan peroksida. Leung dkk. (2006) menemukan bahwa temperatur tinggi (40^oC) yang disertai dengan keberadaan udara terbuka menyebabkan degradasi yang sangat signifikan pada penyimpanan biodiesel hingga 50 minggu. Konsentrasi asam meningkat pada biodiesel yang telah terdegradasi; hal ini disebabkan oleh putusnya rantai asam lemak metil ester menjadi asam-asam lemak. Mereka menemukan bahwa faktor keberadaan air tidak terlalu signifikan mempengaruhi proses degradasi. Namun demikian, keberadaan air (yang terpisah dari biodiesel) bisa membantu pertumbuhan mikroorganisme (Environment Canada, 2006). Temperatur tinggi (40^oC) yang tidak disertai dengan keberadaan udara terbuka; dan sebaliknya udara terbuka tanpa keberadaan temperatur tinggi, tidak menyebabkan degradasi yang signifikan pada biodiesel yang disimpan dalam waktu lama (hingga 50 minggu). Dalam penelitiannya, Leung dkk. (2006) menggunakan rapeseed oil sebagai bahan baku biodiesel.
Kontak antara biodiesel dengan logam dan elastomer selama proses penyimpanan juga bisa mempengaruhi stabilitas biodiesel (Environment Canada, 2006). Ditemukan bahwa logam tembaga (copper) memiliki efek katalis oksidasi yang paling kuat untuk biodiesel (Knothe, 2005). Oksidasi pada biodiesel bisa menyebabkan terbentuknya hidroperoksida yang selanjutnya terpolimerisasi dan membentuk gum; hal ini bisa menyebabkan penyumbatan pada filter atau saluran bahan bakar mesin diesel (Environment Canada, 2006). Standard Eropa, EN 14214, mengatur uji stabilitas biodiesel terhadap oksidasi, yakni dengan cara memanaskan biodiesel pada 110^oC selama tak kurang dari 6 jam (menggunakan metode Rancimat) (Knothe, 2005).
Harga viskositas biodiesel juga bisa dijadikan sebagai ukuran terjadi-tidaknya proses degradasi pada biodiesel. Conceicao (2005) menemukan bahwa biodiesel minyak Castor yang digunakannya bisa mengalami degradasi, dicirikan dengan kenaikan viskositas yang sangat tinggi, bila dikenai temperatur yang sangat tinggi (210^oC) dalam jangka waktu lebih dari 10 jam. Degradasi ini terjadi diduga karena terjadinya proses oksidasi dan polimerisasi pada biodiesel.
Angka Iodine
Angka iodine pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidakjenuhan senyawa penyusun biodiesel. Di satu sisi, keberadaan senyawa lemak tak jenuh meningkatkan performansi biodiesel pada temperatur rendah, karena senyawa ini memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah (Knothe, 2005) sehingga berkorelasi pada cloud dan pour point yang juga rendah. Namun di sisi lain, banyaknya senyawa lemak tak jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi dengan oksigen di atmosfer dan bisa terpolimerisasi membentuk material serupa plastik (Azam dkk., 2005). Oleh karena itu, terdapat batasan maksimal harga angka iodine yang diperbolehkan untuk biodiesel, yakni 115 berdasar standard Eropa (EN 14214). Di samping itu, konsentrasi asam linolenic dan asam yang memiliki 4 ikatan ganda masing-masing tidak boleh melebihi 12 dan 1% (Azzam dkk., 2005). Sebuah penelitian yang dilakukan di Mercedez-Benz (Environment Canada, 2006) menunjukkan bahwa biodiesel dengan angka iodine lebih dari 115 tidak bisa digunakan pada kendaraan diesel karena menyebabkan deposit karbon yang berlebihan. Meski demikian, terdapat studi lain yang menghasilkan kesimpulan bahwa angka iodine tidak berkorelasi secara signifikan terhadap kebersihan dan pembentukan deposit di dalam ruang bakar (Environment Canada, 2006).
Efek Pelumasan Mesin
Sifat pelumasan yang inheren pada solar menjadi berkurang manakala dilakukan desulfurisasi (pengurangan kandungan solar) akibat tuntutan standard solar di berbagai negara. Berkurangnya sifat pelumasan bahan bakar bisa menimbulkan permasalahan pada sistem penyaluran bahan bakar, seperti pompa bahan bakar dan injektor (Knothe, 2005). Meski berkurangnya sifat pelumasan tersebut muncul akibat proses desulfurisasi, terdapat hasil penelitian yang menunjukkan bahwa berkurangnya sifat pelumasan tersebut bukan akibat berkurangnya konsentrasi sulfur itu sendiri, namun karena berkurangnya komponen-komponen non-polar yang terikut dalam proses desulfurisasi (Knothe, 2005).
Hu dkk. (2005) meneliti sifat pelumasan biodiesel menggunakan beberapa macam bahan baku minyak tumbuhan, yakni minyak bunga matahari (sun flower), minyak jagung, minyak kedelai, dan minyak canola. Mereka melakukan pengukuran ketahanan aus (wear performance) menggunakan metode HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) pada solar yang dicampurkan dengan beberapa jenis biodiesel, baik unrefined biodiesel ataupun refined biodiesel (FAME murni). Hu dkk. (2005) menemukan bahwa unrefined biodiesel memiliki sifat pelumasan yang lebih baik dibandingkan dengan refined biodiesel. Dari analisis efek senyawa penyusun biodiesel terhadap sifat pelumasan bahan bakar, Hu dkk. (2005) menyimpulkan bahwa ester metil dan monodigliserida adalah dua komponen yang paling berpengaruh terhadap sifat pelumasan biodiesel secara signifikan.
Karena memiliki sifat pelumasan yang baik, biodiesel dapat digunakan sebagai aditif untuk meningkatkan sifat pelumasan solar berkadar sulfur rendah (low-sulfur petrodiesel fuel). Penambahan 1 – 2% biodiesel bisa mengembalikan sifat pelumasan solar berkadar sulfur rendah ke tingkat semula (yakni setara dengan solar berkadar sulfur normal) (Knothe, 2005). Penggunaan biodiesel sebagai aditif pelumasan pada solar berkadar sulfur rendah memiliki keuntungan dibandingkan dengan aditif lain, karena biodiesel sekaligus merupakan bahan bakar mesin diesel.
Pustaka
1. Bernardo, A., Howard-Hildige, R., O’Connel, A., Nichol, R., Ryan, J., Rice, B., Roche, E., Leahy, J. J., “Camelina oil as a fuel for diesel transport engines”, Industrial Crops and Products, 17, 191 – 197 (2003)
2. Bozbas, K., “Biodiesel as an alternative motor fuel: Production and policies in the European Union”, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 1 – 12 (2005)
3. Conceição, M. M., Candeia, R. A., Dantas, H. J., Soledade, L. E. B., Fernandes, Jr., V. J., Souza, A. G., “Rheological Behavior of Castor Oil Biodiesel”, Energy & Fuels, 19, 2185 – 2188 (2005)
4. Environment Canada, “A critical review of biodiesel as transportation fuel in Canada”, http://www.ec.gc.ca/transport/publications/biodiesel/biodiesel4.htm
5. Hu, J., Du, Z., Li, C., Min, E., “Study on the lubrication properties of biodiesel as fuel lubricity enhancers”, Fuel, 84, 1601 – 1606 (2005)
6. Knothe, G., “Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters”, Fuel Processing Technology, 86, 1059 – 1070 (2005)
7. Leung, DYC., Koo, BCP., Guo, Y., “Degradation of biodiesel under different storage conditions”, Bioresource Technology, 97, 250 – 256 (2006)

Disalin dari sini

Proses Produksi Biodiesel

Bagian kedua dari tulisan ini membahas proses produksi yang umum digunakan dalam pembuatan asam lemak metil ester (biodiesel). Transesterifikasi menggunakan katalis kimiawi (asam/basa), baik langsung ataupun didahului dengan praesterifikasi, merupakan proses yang banyak digunakan saat ini untuk menghasilkan biodiesel. Beberapa teknik baru, seperti penggunaan katalis biologis (biocatalyst) dan transesterifikasi tanpa katalis juga dibahas dalam tulisan ini.

Proses Produksi Biodiesel
Refined fatty oil yang memiliki kadar asam lemak bebas (free fatty oil) rendah, sekitar 2% bisa langsung diproses dengan metode transesterifikasi menggunakan katalis alkalin untuk menghasilkan metil ester dan gliserol. Namun bila kadar asam minyak tersebut masih tinggi, maka sebelumnya perlu dilakukan proses praesterifikasi terhadap minyak tersebut. Kandungan air dalam minyak tumbuhan juga harus diperiksa sebelum dilakukan proses transesterifikasi.

Esterifikasi dua tahap
Transesterifikasi merupakan metode yang saat ini paling umum digunakan untuk memproduksi biodiesel dari refined fatty oil. Metode ini bisa menghasilkan biodiesel (FAME) hingga 98% dari bahan baku minyak tumbuhan (Bouaid dkk., 2005). Bila bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang mengandung kadar asam lemak bebas (free fatty acid – FFA) tinggi (yakni lebih dari 2% – Ramadhas dkk. (2005)), maka perlu dilakukan proses praesterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%. Ramadhas dkk. (2005) melakukan dua tahap esterifikasi untuk memproses minyak biji karet mentah (unrefined rubber seed oil) menjadi biodiesel. Kedua proses tersebut adalah:
1. Esterifikasi asam: Ini merupakan proses pendahuluan menggunakan katalis asam untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%. Asam sulfat (sulphuric acid) 0.5 wt% dan alkohol (umumnya methanol) dengan molar rasio antara alkohol dan bahan baku minyak sebesar 6:1 terbukti memberikan hasil konversi yang baik.
2. Esterifikasi alkalin: Selanjutnya dilakukan proses transesterifikasi terhadap produk tahap pertama di atas menggunakan katalis alkalin. Sodium hidroksida 0.5 wt% dan alkohol (umumnya methanol) dengan rasio molar antara alkohol dan produk tahap pertama sebesar 9:1 digunakan dalam proses transesterifikasi ini.
Kedua proses esterifikasi di atas dilakukan pada temperatur 40 – 50oC. Esterifikasi dilakukan di dalam wadah berpengaduk magnetik dengan kecepatan konstan. Keberadaan pengaduk ini penting untuk memastikan terjadinya reaksi di seluruh bagian reaktor. Produk esterifikasi alkalin akan berupa metil ester di bagian atas dan gliserol di bagian bawah (akibat perbedaan densitas). Setelah dipisahkan dari gliserol, metil ester tersebut selanjutnya dicuci dengan air distilat panas (10 vol%). Karena memiliki densitas yang lebih tinggi dibandingkan metil ester, air pencuci ini juga akan terpisahkan dari metil ester dan menempati bagian bawah reaktor. Metil ester yang telah dimurnikan ini selanjutnya bisa digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.
Selain untuk menurunkan kadar asam, pada proses praesterifikasi juga perlu dilakukan pengurangan kadar air. Pada prinsipnya, pengurangan kadar air bisa dilakukan dengan dua cara, separasi gravitasi atau separasi distilasi. Separasi gravitasi mengandalkan perbedaan densitas antara minyak dengan air: air yang lebih berat akan berposisi di bagian bawah untuk selanjutnya dapat dipisahkan. Sedangkan separasi distilasi mengandalkan titik didih air sekitar 100^oC dan pada beberapa kasus digunakan pula tekanan rendah untuk memaksa air keluar dan terpisah dari minyak.
Zullaikah dkk. (2005) menggunakan proses katalis-asam dua tahap untuk menghasilkan biodiesel dari minyak dedak/bekatul beras (rice bran oil) yang memiliki kadar asam tinggi. Proses tahap pertama dilakukan pada temperatur 60^oC dan tekanan atmosfer. Rasio molar antara methanol dan asam lemak bebas (FFA) diset pada 5:1. Temperatur di dalam wadah/reaktor dijaga dengan cara mencelupkannya ke dalam fluida (oil) dengan temperatur tertentu (oil bath with temperature controller). Pengaduk magnetik digunakan untuk memastikan terjadinya reaksi kimia di seluruh bagian wadah. Asam sulfat (sulphuric acid) 2 wt% dicampurkan terlebih dahulu dengan methanol untuk selanjutnya dimasukkan ke dalam wadah/reaktor. Setelah 2 jam, proses dihentikan dan campuran di dalam reaktor didinginkan hingga mencapai temperatur ruang. Produk dipisahkan dan dibersihkan menggunakan air. Fasa organik kemudian dipisahkan dari air dan dikeringkan dengan teknik tekanan rendah (vakum). Produk akhir tahap pertama ini kemudian diproses lagi menggunakan katalis asam yang sama, asam sulfat, dengan konsentrasi asam sulfat 2 wt% dan rasio molar antara methanol dan minyak sebesar 9:1. Reaksi dilakukan dalam wadah tertutup pada temperatur 100^oC dan kecepatan pengaduk sebesar 300 rpm (putaran per menit). Sekitar 96% metil ester bisa dihasilkan menggunakan proses katalis-asam dua tahap ini setelah 8 jam menggunakan minyak dedak/bekatul beras yang semula memiliki kadar asam lemak bebas (FFA) sebesar 76%.
Transesterifikasi
Bila bahan baku minyak yang digunakan merupakan minyak yang telah diproses (refined fatty oil) dengan kadar air dan asam lemak bebas yang rendah, maka proses esterifikasi dengan katalis alkalin bisa langsung dilakukan terhadap minyak tersebut. Transesterifikasi pada dasarnya terdiri atas 4 tahapan, yakni:
1. Pencampuran katalis alkalin (umumnya sodium hidroksida atau potassium hidroksida) dengan alkohol (umumnya methanol). Konsentrasi alkalin yang digunakan bervariasi antara 0.5 – 1 wt% terhadap massa minyak. Sedangkan alkohol diset pada rasio molar antara alkohol terhadap minyak sebesar 9:1.
2. Pencampuran alkohol+alkalin dengan minyak di dalam wadah yang dijaga pada temperatur tertentu (sekitar 40 – 60^oC) dan dilengkapi dengan pengaduk (baik magnetik ataupun motor elektrik) dengan kecepatan konstan (umumnya pada 600 rpm – putaran per-menit). Keberadaan pengaduk sangat penting untuk memastikan terjadinya reaksi methanolisis secara menyeluruh di dalam campuran. Reaksi methanolisis ini dilakukan sekitar 1 – 2 jam.
3. Setelah reaksi methanolisis berhenti, campuran didiamkan dan perbedaan densitas senyawa di dalam campuran akan mengakibatkan separasi antara metil ester dan gliserol. Metil ester dipisahkan dari gliserol dengan teknik separasi gravitasi.
4. Metil ester yang notabene biodiesel tersebut kemudian dibersihkan menggunakan air distilat untuk memisahkan zat-zat pengotor seperti methanol, sisa katalis alkalin, gliserol, dan sabun-sabun (soaps). Lebih tingginya densitas air dibandingkan dengan metil ester menyebabkan prinsip separasi gravitasi berlaku: air berposisi di bagian bawah sedangkan metil ester di bagian atas.
Katalis biologis (biocatalyst)
Beberapa kritik yang ditujukan terhadap proses transesterifikasi kimiawi adalah tingginya konsumsi energi proses serta masih terikutnya senyawa-senyawa pengotor dalam metil ester, seperti [mono, di] gliserida, gliserol, air, dan katalis alkalin yang dipergunakan (Salis dkk., 2005; Han dkk, 2005; Toda dkk, 2006). Pemurnian metil ester terhadap senyawa-senyawa pengotor tersebut memerlukan tambahan energi dan material dalam proses transesterifikasi minyak menjadi biodiesel.
Salis dkk. (2005) mengajukan teknik katalisasi biologis (biocatalysis) untuk memproduksi biodiesel, oleic acid alkyl ester (dalam hal ini butil oleat), dari triolein menggunakan beberapa macam katalis biologis, yakni Candida Antarctica B, Rizhomucor Miehei, dan Pseudomonas Cepacia. Karena mahalnya harga katalis biologis dibandingkan katalis kimiawi, maka penggunaan katalis biologis tersebut dilakukan dengan cara immobilisasi pada katalis. Teknik ini sekaligus memungkinkan dilakukannya proses kontinyu dalam produksi biodiesel. Dari hasil pengujian yang dilakukan Salis dkk. (2005), ditemukan bahwa Pseudomonas Cepacia merupakan katalis biologis yang paling baik dalam menghasilkan 100% butil oleat (oleic acid ethyl ester) dalam waktu 6 jam. Temperatur optimum reaksi ini adalah 40^oC.
Toda dkk (2006) juga menggunakan jalur katalis biologis untuk memproduksi biodiesel dari minyak tumbuhan. Mereka membuat katalis padat (solid catalyst) dari gula dengan cara melakukan pirolisis terhadap senyawa gula (D-glucose dan sucrose) pada temperatur di atas 300oC. Proses ini menyebabkan karbonisasi tak sempurna terhadap senyawa gula dan terbentuknya lembar-lembar karbon aromatik polisiklis (polycyclic aromatic carbon sheets). Asam sulfat (sulphuric acid) kemudian digunakan untuk mensulfonasi cincin aromatik tersebut sehingga menghasilkan katalis. Katalis padat yang dihasilkan dengan cara ini disebutkan memiliki kemampuan mengkonversi minyak tumbuhan menjadi biodiesel lebih tinggi dibandingkan katalis asam sulfat cair ataupun katalis asam padat lain yang telah ada sebelumnya.
Transesterifikasi tanpa katalis
Han dkk. (2005) melakukan proses transesterifikasi pada minyak kedelai (soybean oil) menggunakan methanol superkritik dan co-solvent CO₂. Tidak adanya katalis pada proses ini memberikan keuntungan tidak diperlukannya proses purifikasi metil ester terhadap katalis yang biasanya terikut pada produk proses transesterifikasi konvensional menggunakan katalis asam/basa. Han dkk. (2005) melakukan perbaikan pada proses transesterifikasi menggunakan methanol superkritik dengan menambahkan co-solvent CO₂ yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur operasi proses transesterifikasi. Hal ini berkorelasi langsung pada lebih rendahnya energi yang diperlukan dalam proses transesterifikasi menggunakan methanol superkritik. Namun demikian, temperatur yang terlibat dalam proses yang dilakukan Han dkk (2005) masih cukup tinggi, yakni sekitar 280^oC.
Pustaka
1. Bouaid, A., Diaz, Y., Martinez, M., Aracil, J., “Pilot plant studies of biodiesel production using Brassica Carinata as raw material”, Catalysis Today, (2005)
2. Han, H., Chao, W., Zhang, J., “Preparation of biodiesel from soybean oil using supercritical methanol and CO2 as co-solvent”, Process Biochemistry, 40, 3148 – 3151 (2005)
3. Ramadhas, A. S., Mulareedharan, C., Jayaraj, S., “Performance and emission evaluation of e diesel engine fueled with methyls esters of rubber seed oil”, Renewable Energy, 30, 1789 – 1800 (2005)
4. Salis, A., Pinna, M., Monduzzi, M., Solinas, V., “Biodiesel production from triolein and short chain alcohols through biocatalysis” Journal of Biotechnology, 119, 291 – 299 (2005)
5. Toda, M., Takagaki, A., Okamura, M., Kondo, JM., Hayashi, S., Domen, K., Hara, M., “Biodiesel made with sugar catalyst”, Nature, 438, 178 (2005)
6. Zullaikah, S., Lai, C. C., Vali, S. R., Ju, Y.-H., “A two-step acid-catalyzed for the production of biodiesel from rice bran oil”, Bioresource Technology, 96, 1889 – 1886 (2005)

sumber dari sini