BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Jarak Pagar (Jatropha curcas)

Tanaman jarak pagar ini berasal dari Amerika Tengah, mulai banyak ditanam di Indonesia semenjak masa penjajahan Jepang, bijinya digunakan untuk bahan bakar bagi pesawat tempur Jepang (Nurcholis.M, 2007 ) Istilah tumbuhan ini dikenal dengan berbagai nama di Indonesia sesuai dengan daerahnya antara lain : jarak kosta, jarak budge (Sunda); jarak gundul, jarak pager (Jawa); kalekhe paghar (Madura) ; jarak pager (Bali) ; lulu mau, paku kase, jarak pageh (Nusa Tenggara); kuman nema (Alor); jarak kosta, jarak wolanda, bindalo, bintalo, tondo utomene (Sulawesi); ai huwa kama, balacai, kadoto (Maluku)

Gambar 2.1. Pohon Jarak Pagar Tanaman (Jatropha curcas) Jarak pagar berupa pohon kecil atau perdu, umurnya dapat mencapai 50 tahun, tinggi tanaman 1,5 – 5 meter. Jarak pagar tumbuh

pada kondisi

lingkungannya sesuai, dengan curah hujan 300 –700 mm/tahun (Bramasto.Y, 2003), meskipun demikian, jarak pagar tahan

hidup didaerah sangat kering

dengan curah hujan 48-200 mm/tahun. Jarak pagar dapat tumbuh pada daerah

Universitas Sumatera Utara

8

ketinggian 0 – 800 m diatas permukaan laut, dengan suhu rata-rata 20 oC – 35oC PH tanah yang sesuai untuk tanaman ini adalah 5,0 – 6,2 ( Hamdi.A, 2005) Jarak pagar dapat digunakan sebagai penahan erosi tanah oleh air dan deflasi pasir di bukit pasir (wind barrier). Produksi biji sangat beragam, mulai dari 0,4 ton/ha/tahun

sampai

lebih dari 12,5 ton/ha/tahun. Faktor yang dapat

mempengaruhi produktivitas antara lain varietas, umur tanaman, pengairan, iklim dan tanah.

Gambar 2.2. Buah/Biji Pohon Jarak Pagar Tanaman Jarak pagar mudah dibudidayakan dan dapat tumbuh

dengan cepat.

Kandungan minyak pada jarak pagar sebanyak 25 % – 35 % pada bijinya dan 50% – 60% pada dagingnya. Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Zat pada Biji Jarak Pagar Tanaman Kandungan Zat air Protein Lemak karbohidrat serat abu 2.2

Komposisi (dalam %) 20 18 38 17 15,5 5,3

Bioenergi Bioenergi adalah bahan bakar alternatif terbarukan yang prospektif untuk

dikembangkan, tidak hanya karena harga minyak bumi dunia melonjak naik seperti sekarang ini, tetapi juga karena terbatasnya produksi minyak bumi Indonesia saat ini, sehingga pengembangan bioenergi semakin mendesak untuk


9

segera dilaksanakan. Ketersediaan energi fosil yang diramalkan tidak akan berlangsung lama lagi memerlukan solusi yang tepat, yakni dengan mencari sumber energi alternatif. Sekarang ini tersedia beberapa jenis energi pengganti minyak bumi yang ditawarkan, antara lain tenaga baterai (fuel cells), panas bumi (geo-thermal), tenaga laut (ocean power), tenaga matahari (solar power), tenaga angin (wind power), batu bara, nuklir, gas, fusi dan biofuel. Di antara jenis-jenis energi alternatif tersebut, bioenergi dirasa cocok untuk mengatasi masalah energi karena beberapa kelebihannya. Kelebihan bioenergi, selain bisa diperbaharui, adalah bersifat ramah lingkungan, dapat terurai, mampu mengeliminasi efek rumah kaca, dan kontinuitas bahan bakunya terjamin. Bioenergi dapat diperoleh dengan cara yang cukup sederhana, yaitu melalui budi daya tanaman penghasil biofuel dan memelihara ternak. Tabel 2.2 Potensi Energi Terbarukan di Indonesia Jenis Sumber Potensi Kapasitas terpasang Energi Hidro 75,67 GW 4200 MW Mikrohidro 712 MW 206 MW Geotermal 27 MW 807 MW Biomassa 49,81 GW 302,4MW 2 Surya 4,8 kW/m /hari 6 MW Angin 3-6 m/detik 0,6 MW Sumber : Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2004 Bioenergi dapat diperoleh dengan cara yang cukup sederhana, yaitu melalui budi daya tanaman penghasil biofuel dan memelihara ternak. Hal ini berbeda dengan jenis energi alternatif lainnya, beberapa jenis energi alternatif seperti berikut : 

Tenaga baterai yang terbilang mahal dan rumit



Batubara yang memiliki efek gigaton karbon berbahaya dan bersifat tidak terbarukan



Gas yang memerlukan investasi besar



Panas bumi yang tidak sederhana dan tidak murah



Energi laut yang walaupun potensial di Indonesia sebagai negara maritim tapi masih dalam tahap percobaan dan penelitian


10



Energi angin yang hanya cocok di daerah yang berangin kencang (kecepatan minimum angin rata-rata 4 m/s)



Energi surya yang dibilang energi gratis tapi masih mahal



Energi fusi yang merupakan energi masa depan yang supermahal, dan



Energi nuklir yang masih kontroversial

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, bioenergi bertransformasi menjadi bentuk yang lebih modern. Bioenergi yang kita kenal sekarang mempunyai dua bentuk, yaitu tradisional dan modern. Bioenergi tradisional yang sering kita temui yaitu kayu bakar, sedangkan bioenergi yang lebih modern di antaranya bioetanol, biodiesel. Biofuel adalah bahan bakar dari sumber hayati (renewable energy). Biofuel apabila diartikan untuk pengganti BBM maka biofuel merupakan salah satu bentuk energi dari biomassa dalam cair. 2.3

Bioetanol Salah satu fungsi alkohol adalah sebagai ocyane booster, artinya alkohol

mampu menaikkan nilai oktan dengan dampak positif terhadap efisiensi bahan bakar dan menyelamatkan mesin. Fungsi lain ialah oxigenating agent, yakni mengandung oksigen sehingga menyempurnakan pembakaran bahan bakar dengan dampak meminimalkan pencemaran udara. Alkohol bahkan berfungsi sebagai fuel extender, yaitu menghemat bahan bakar fosil. Penggunaan alkohol sebagai bahan bakar mobil sebenarnya telah lama dikenal. Pada tahun 1880 an Henry Ford membuat mobil qudricycle dan menyusul pada tahun 1908 muncul mobil Ford dengan alkohol sebagai bahan bakarnya. Namun seperti halnya biodiesel yang terbuat dari minyak kacang tanah (Arachis hipogaea) yang diperagakan tahun 1898 oleh Rudolf Diesel, penggunaan biofuel kurang ditanggapi pada dekade lalu karena petrofuel yang murah dan melimpah. Namun kini, tampaknya kita harus meningkatkan fungsi fuel extender dari biofuel termasuk penggunaan alkohol, karena kandungan petrofuel yang semakin menyusut. Etanol sintesis (sering disebut metanol atau metil alkohol atau alkohol kayu) terbuat dari etilen, salah satu derivat minyak bumi atau batu bara. Bahan ini diperoleh dari proses sintesa kimia yang disebut hidrasi, sedangkan bioetanol


11

direkayasa dari biomassa (tanaman) melalui proses biologi (enzimatik dan fermentasi). Bioetanol adalah etanol yang dibuat dari biomassa yang mengandung komponen pati atau selulosa, seperti singkong dan tetes tebu. Dalam dunia industri, etanol umumnya digunakan sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk minuman keras (seperti sake atau gin), serta bahan baku farmasi dan kosmetika. Berdasarkan kadar alkoholnya, etanol terbagi menjadi tiga grade sebagai berikut. - Grade Industri dengan kadar alkohol 90 – 94%. - Netral dengan kadar alkohol 96 – 99,5%, umumnya digunakan untuk minuman keras atau bahan baku farmasi. - Grade bahan bakar dengan kadar alkohol di atas 99,5%. Bioetanol diperoleh dari hasil fermentasi bahan yang mengandung gula. Tahap inti produksi bioetanol adalah fermentasi gula, baik yang berupa glukosa, sukrosa, maupun fruktosa oleh ragi (yeast) terutama Saccharomyces sp atau bakteri Zymomonas mobilis. Pada proses ini, gula akan dikonversi menjadi etanol dan gas karbondioksida. Bahan baku bioetanol bisa diperoleh dari berbagai tanaman yang menghasilkan gula (seperti jagung, singkong, dan sagu). Pada tahap persiapan, bahan baku berupa padatan harus dikonversi terlebih dahulu menjadi larutan gula sebelum akhirnya difermentasi untuk menghasilkan etanol, sedangkan bahan-bahan yang sudah dalam bentuk larutan gula (seperti molase) dapat langsung

difermentasi,

mengandung

oksigen

sehingga

menyempurnakan

pembakaran bahan bakar. 2.4

Minyak Nabati Bioetanol Pengertian ilmiah paling umum dari istilah ‘biodiesel’ mencakup

sembarang (dan semua) bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumber daya hayati atau biomassa. Sekalipun demikian, menganut definisi yang pengertiannya lebih sempit tetapi telah diterima luas di dalam industri, yaitu bahwa “biodiesel adalah bahan bakar mesin/motor diesel yang terdiri atas ester alkil dari asam-asam lemak” (Soerawidjaja.T.H, 2006). Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabati


12

maupun lemak hewan, namun yang paling umum digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah minyak nabati. Semua minyak nabati dapat digunakan sebagai pengganti

bahan bakar

namun dengan proses-proses pengolahan tertentu. Tabel 2.3 menunjukkan berbagai macam tanaman penghasil minyak nabati serta produktivitasnya. Tabel 2.3 Tanaman Penghasil Minyak Nabati serta Produktivitasnya Nama Indonesia

Nama Inggris

Sawit Kelapa Alpokat K.Brazil K.Makadam Jarak Pagar Jojoba K.Pekan Jarak Kaliki Zaitun Kanola Opium

Oil palm Coconut Avocado Brazil nut Macadamia nut Physic nut Jojoba Pecan nut Castor Olive Rapeseed Poppy

Nama Latin

Kg/ha/tahun

Elaeis guineensis 5000 Cocos nicifera 2260 Persea americana 2217 Bertholletia excelsa 2010 Macadamia ternif 1887 Jatropha curcas 1590 Simmondsia califor 1528 Carya pecan 1505 Ricinus communis 1188 Olea europea 1019 Brassica napus 1000 Papaver 978 somniferum Sumber: Soerawidjaja .T.H, 2006

Semua Minyak nabati dan biodiesel tergolong ke dalam kelas besar senyawa-senyawa organik yang sama, yaitu kelas ester asam-asam lemak. Akan tetapi, minyak nabati adalah triester asam-asam lemak dengan gliserol, atau trigliserida, sedangkan biodiesel adalah monoester asam-asam lemak dengan metanol. Perbedaan wujud molekuler ini memiliki beberapa konsekuensi penting dalam penilaian keduanya sebagai kandidat bahan bakar mesin diesel : 1.

Minyak nabati (yaitu trigliserida) berberat molekul besar, jauh lebih besar dari biodiesel (yaitu metal ester). Akibatnya, trigliserida relatif mudah mengalami perengkahan (cracking) menjadi aneka molekul kecil, jika terpanaskan tanpa kontak dengan udara (oksigen)

2.

Minyak nabati memiliki kekentalan (viskositas) yang jauh lebih besar dari minyak diesel/solar maupun biodiesel, sehingga pompa penginjeksi bahan bakar di dalam mesin diesel tak mampu menghasilkan pengkabutan


13

(atomization) yang baik ketika minyak nabati disemprotkan ke dalam kamar pembakaran 3.

Molekul minyak nabati relatif lebih bercabang dibanding metil ester asam lemak. Akibatnya, angka setana minyak nabati lebih rendah daripada angka setana metal ester. Angka setana adalah tolok ukur kemudahan menyala/terbakar dari suatu bahan bakar di dalam mesin diesel

Di luar perbedaan yang memiliki tiga konsekuensi penting di atas, minyak nabati dan biodiesel sama-sama berkomponen penyusun utama (≥ 90 % berat) asam lemak. Pada kenyataannya, proses transesterifikasi minyak nabati menjadi meti ester asam-asam lemak, memang bertujuan memodifikasi minyak nabati menjadi produk (yaitu biodiesel) yang berkekentalan mirip solar, berangka setana lebih tinggi. 2.4.1 Komposisi Dalam Minyak Nabati Komposisi yang terdapat dalam minyak nabati terdiri dari trigliseridatrigliserida asam lemak (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati, mencapai sekitar 95%), asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau biasa disingkat dengan FFA), monogliserida dan digliserida, serta beberapa komponen-komponen lain seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur. Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel adalah (Mittelbach, 2004): a.

Trigliserida-trigliserida, yaitu komponen utama aneka lemak dan minyak lemak.

b.

Asam-asam lemak, yaitu produk samping industri pemulusan (refining) lemak dan minyak-lemak.

2.4.2 Monogiliserida, Digliserida, Trigliserida dan Total Gliserol Trigliserida adalah triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu asam-asam karboksilat beratom karbon 6 s/d 30. Trigliserida banyak dikandung dalam minyak dan lemak, merupakan komponen terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida. Struktur molekul dari ketiga macam gliserida tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3.


14

Gambar 2.3 . Struktur molekul monogliserida, digliserida dan trigliserida Kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida yang diperbolehkan  0,80%,  0,20 % dan  0,20 % (mol/mol) dan total maksimum dari gliserol adalah  0,25% (mol/mol). Total gliserol disini adalah jumlah total gliserol yang terikat pada monogliserida, digliserida dan trigliserida (Frisda.R, 2005). Biodiesel yang memiliki kandungan monogliserida, digliserida dan trigliserida lebih dari baku mutu dapat menyebabkan pembentukan deposit pada injector nozzle, piston dan katup pada mesin. 2.4.3 Asam Lemak Bebas Struktur asam lemak bebas (FFA) adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati. Dalam proses konversi trigliserida menjadi alkil esternya melalui reaksi transesterifikasi dengan katalis basa, asam lemak bebas harus dipisahkan atau dikonversi menjadi alkil ester terlebih dahulu karena asam lemak bebas akan mengkonsumsi katalis.

Gambar 2.4 Struktur umum molekul asam lemak bebas Dengan R menyatakan gugus alkil dalam gugus kimia.


15

Kandungan asam lemak bebas dalam biodiesel akan mengakibatkan terbentuknya suasana asam yang dapat mengakibatkan korosi pada peralatan injeksi bahan bakar, membuat filter tersumbat dan terjadi sedimentasi pada injektor. Pemisahan atau konversi asam lemak bebas ini dinamakan tahap pre esterifikasi. 2.5

Minyak Jarak Pagar Penggunaan minyak nabati seperti minyak sawit, minyak kedelai, minyak

bunga matahari, minyak kacang tanah, dan minyak zaitun sebagai bahan bakar alternatif

bagi mesin diesel telah dimulai sejak 9 dekade yang lalu. Seiring

dengan berkurangnya cadangan minyak mentah secara drastis, penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar diesel sekali lagi diajukan di banyak negara. Sebagai contoh, minyak kedelai di USA, minyak lobak dan minyak bunga matahari di Eropa, minyak kelapa sawit di Asia Tenggara (khususnya Malaysia dan Indonesia) dan minyak kelapa di Filipina dipertimbangkan sebagai bahan pengganti minyak diesel. Unsur pokok dari minyak nabati adalah trigliserida. Minyak nabati terdiri dari 90-98% trigliserida dan sejumlah kecil monogliserida dan digliserida. Trigliserida adalah ester dari tiga asam lemak dan satu gliserol. Ini mengandung sejumlah besar oksigen pada strukturnya. Asam lemak berbeda-beda dalam hal panjang rantai karbonnya, dan dalam jumlah ikatan gandanya. Pada asam lemak pada umumnya ditemukan asam stearat, asam palmitat, asam oleat, asam limoleat, dan asam linolenat. Minyak jarak murni sebenarnya bisa langsung digunakan pada mesin diesel, baik sebagai campuran maupun pengganti solar, tetapi perlu dilakukan modifikasi mesin. Umumnya biodiesel yang diperoleh jika digunakan pada mesin biasanya dicampur dengan solar dengan perbandingan tertentu. B50 artinya 50 % Biodiesel dan 50 % solar B5

artinya 5 % Biodiesel dan 95 % solar. Minyak jarak

persyaratan

yang akan diproses

kualitas tertentu. Spesifikasi

menjadi biodiesel

mempunyai

minyak jarak untuk pembuatan

biodiesel dapat dilihat pada Tabel 2.4 berikut.


16

Tabel 2.4 Spesifikasi Minyak Jarak Pagar untuk Biodiesel Parameter Asam lemak bebas Kandungan air P(fosfor) S(sulfur) Bilangan iodium Angka penyabunan Spesific gravity Asam miristat Asam palmitat Asam palmitoleat Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Asam linolenat Asam arakhidat Asam gadoleat

Spesifikasi < 2,0 % berat <1000 ppm <20 ppm berat <50 ppm < 120 mgI2/100g >190 mg KOH/g 0,840 – 0,920 0,38 % 16,0 % maksimal 1 – 3,5 % 6 – 7,0 % 42 – 43,5 % 33 – 34,4 % >0,80 % 0,20 % 0,12 % (Lele.S, 2005)

Struktur kimia dari minyak jarak pagar terdiri dari trigliserida dengan rantai asam lemak yang lurus (tidak bercabang), dengan atau tanpa rantai karbon tak jenuh, mirip dengan CPO. Struktur kimia dari minyak jarak pagar sangat berbeda dengan minyak jarak kepyar (Ricinnus communis Linn), yang mempunyai cabang hidroksil, hal ini dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6

Gambar 2.5 Struktur kimia minyak jarak pagar

Gambar 2.6 Struktur kimia minyak jarak pagar kepyar Viskositas kinematik minyak nabati bervariasi pada kisaran 30 sampai 40 cSt pada suhu 38oC. Viskositas yang tinggi pada minyak ini sesuai dengan massa


17

molekul dan struktur kimianya yang besar. Minyak nabati mempunyai berat molekuler yang tinggi yaitu berkisar pada 600 sampai 900, yang merupakan tiga kali lebih besar dari minyak diesel. Titik nyala minyak nabati juga tinggi (diatas 200oC). Nilai kalor dari minyak tersebut berkisar 39 sampai 40 MJ/kg, ini lebih rendah dibanding minyak diesel (sekitar 45 MJ/kg). Tabel 2.5 Komposisi Bahan Kimia dari Biji, kulit dan Buah Jarak Pagar Asam Lemak Protein Kasar Lemak Abu Serat detergen netral Serat detergen asam Lignin detergen asam Jumlah energy (MJ kg-1)

Biji 22,2 56,8 3,6 3,5 2,4 0,0 30,5

-

27,2 58,4 3,8 3,8 3,0 0,2 31,1

Kulit 4,3 0,5 2,8 83,9 74,6 45,1 19,3

-

Buah

4,5 56,4 - 63,8 1,4 1,0 - 1,5 6,1 9,6 - 10,4 89,4 8,1 - 9,1 78,3 5,7 - 7,0 47,5 0,1 - 0,4 19,5 18,0 - 18,3 (Lusiana.W, 2007)

Adanya ikatan kimia oksigen pada minyak nabati menurunkan nilai kalornya sebanyak 10%. Angka setana minyak nabati berkisar pada 32 sampai 40. Bilangan jodium berkisar dari 0  200, bergantung dari derajat ketidakjenuhannya. Makin tinggi bilangan jodium, makin tinggi pula derajat ketidakjenuhannya. Titik didih dan titik tuang minyak nabati lebih tinggi daripada minyak diesel. Keuntungan minyak jarak pagar sebagai biodiesel antara lain tidak termasuk kategori minyak makan (edible oil) sehingga pemanfaatannya tidak menggangu penyediaan kebutuhan minyak makan dan dapat dikembangkan di daerah kering dan lahan marginal. Disamping itu terdapat manfaat lain yang dapat dikembangkan yaitu sebagai bahan untuk pembuatan sabun, obat-obatan, bahan kimia dan bungkil/ampasnya untuk pupuk organik karena mengandung zat Nitrogen (N) dan bahan-bahan organik lainnya. Minyak jarak pagar mempunyai warna kuning terang dan mempunyai bilangan jodium yang tinggi (sekitar 105,2 mg iod/g), yang menunjukkan tingginya hidrokarbon tak jenuh. Hal ini dapat dibuktikan dari hasil uji komposisi asam lemak minyak jarak pagar. Jenis asam lemak minyak jarak pagar mirip dengan jenis minyak lainnya, namun kandungan asam oleat dan linoleatnya


18

berkisar 90%. Struktur dan komposisi kimianya menyebabkan minyak jarak pagar lebih disukai sebagai pengganti CPO pada aplikasi non pangan. Perbandingan kemampuan produksi minyak jarak pagar dengan minyak nabati lain, dapat di lihat pada Tabel 2.6 Tabel 2.6 Perbandingan Kandungan Minyak Beberapa Tanaman Nama Tanaman Inggris Corn Oats Cotton Hemp Soybean Coffe Linseed(flax) Pumpkin Seed Coriander Sesame Cocoa Peanuts Rapeseed Olives Castor beans Pecans nuts Jatropha Avocado Coconut Palm oil 2.6

Kandungan minyak per hektar

SetaraUS gallon /acre

Indonesia Kilogram Liter Jagung 145 172 18 Gandum 183 217 23 Kapas 273 325 35 Ganja 305 363 39 Kedelai 375 446 48 Kopi 386 459 49 Rami 402 178 51 Biji labu 449 534 57 Ketumbar 450 536 57 Wijen 585 696 74 Coklat 863 1026 110 Kacang tanah 890 1059 113 Lobak 1000 1190 127 Zaitun 1019 1212 129 Jarak Kepyar 1188 1413 151 Kemiri 1505 1791 191 Jarak Pagar 1590 1892 202 Avokad 2217 2638 281 Kalapa 2260 2689 278 Kelapa sawit 5000 8950 635 (http//www.libertyvegetableoil.com/products.html)

Bahan Bakar Diesel Biodiesel bahan bakar tersusun atas ratusan rantai hidrokarbon yang berbeda

yaitu pada rentang 12 sampai 18 rantai karbon, didapat pada fraksi distilasi pada suhu antara 250oC - 370oC. Hidrokarbon yang terdapat dalam minyak diesel meliputi parafin, naftalena, olefin, dan aromatik (mengandung 24% aromatik berupa benzena, toluena, xilena, dan lain-lain), dimana temperatur penyalaannya akan menjadi lebih tinggi dengan adanya hidrokarbon volatil yang lebih banyak. Tabel berikut menunjukkan standar sifat-sifat biodiesel yang sesuai dengan standar ASTM


19

Tabel 2.7 Standar ASTM Untuk Bahan Bakar Biodiesel

Gravitasi Spesifik Gross Heating Value Cloud Point

Metode Analisa ASTM D1298 D2382 D2500

Pour Point Flash Point Viskositas Kinematik 400C Air dan endapan Copper strip corrosion

D97 D93 D445 D2709 D130

0,86 - 0,90 17.65 min Report to customer 28 max 100 min 1,9 – 6,0 0,05 max No. 3 b max

Sulfur Residu carbon Cetane number Abu sulfat Neutralization/Acid number Metanol Gliserol bebas Gliserol total Ester minyak

D2622 D4530 D613 D482 D664 GC GC GC GC

0,05 max 0,05 max 40 min 0,02 max 0,80 max 0,20 max 0,02 max 0,24 max 97,50 min

Parameter Tes

Nilai

Satuan g/cm3 (150C) Btu/lb F F C cst % vol Deg. Of Corrosion % mass % mass 0

% mass mg/g % mass % mass % mass % mass

(Kep.Dirjend Migas No.004/P/DM/1979)

Sifat-sifat bahan bakar diesel yang penting antara lain meliputi : 1.

Viskositas (kekentalan) Viskositas yang tepat suatu bahan bakar diperlukan untuk operasi yang tepat pula dari suatu mesin. Pelumasan, gesekan di antara bagian-bagian yang bergerak, serta keausan mesin bergantung pada sifat ini. Sifat ini penting bagi aliran minyak ketika melewati pipa saluran dan penyuntik alat pemercik. Viskositas yang terlalu rendah akan menimbulkan kebocoran pada pipa injeksi, menyulitkan penyebaran bahan bakar, sehingga minyak tidak akan segera terbakar, menghasilkan asap yang kotor karena kelambatan aliran dan akan sulit mengalami atomisasi (Purwono.S.dkk, 2003). Proses atomisasi yang efektif dari suatu bahan bakar di dalam silinder memerlukan tingkat viskositas yang lebih rendah untuk menghindari tekanan pompa yang berlebihan.


20

Viskositas suatu fluida merupakan ukuran ketahanan suatu fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Tegangan geser dinyatakan dengan  du    dy 

τ  μ 

(2.1)

Tegangan geser dinyatakan dengan satuan N m-2 (Pa) dan gradien kecepatan  du    dalam (m/s) /m, karena itu satuan SI untuk viskositas dinamik adalah  dy 

N s m-2 atau Pa s Sedangkan viskositas kinematik (  ) menyatakan perbandingan antara viskositas dinamik (absolute) dengan densitas (rapat massa) fluida. 

μ

(2.2)

ρ

 = viskositas kinematik (m2/s) satuan yang umum di pakai centi Stokes

= viskositas dinamik ( Pa.s) ,satuan yang umum dipakai Poise -3 ρ = rapat massa (kg m )

Viskositas kinematik dapat diukur dengan Viscometer Oswald. Persamaan untuk menentukan viskositas kinematik dengan Viscometer Oswald:   k.t

(2.3)

dengan,  = viskositas kinematik

k = konstanta viscometer Oswald t = waktu mengalir fluida didalam pipa viskometer (detik) 2.

Kerapatan (Densitas) Kerapatan(densitas) adalah jumlah atau kwantitas suatu zat pada suatu unit volume Densitas dapat dinyatakan dalam tiga bentuk : a. Mass density () satuan dalam SI adalah (kg.m-3 ) Massa jenis menunjukkan perbandingan

massa persatuan volume,

karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel persatuan volume bahan bakar.


21

Kerapatan suatu fluida ( ρ ) dapat dirumuskan dengan : ρ

m V

(2.4)

dengan ρ = densitas ( rapat massa ) satuan kg.m

-3

m = massa zat ( kg) V = volume zat ( m3) b. Berat spesifik (specific weight) = g

(2.5)

Dalam SI satuannya adalah N/m3 dimana g = gravitasi bumi (m s-2) c. Spesifik gravity (sg) merupakan perbandingan antara density dengan berat spesifik suatu zat terhadap density atau berat spesifik suatu standard zat (umumnya terhadap air). Jadi spesifik gravity tidak mempunyai satuan. 3

Titik tuang ( Pour Point) Titik tuang adalah temperatur yang paling rendah di mana bahan bakar masih dapat mengalir. Titik tuang menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk masih dapat mengalir pada temperatur tertentu. Hal ini sangat penting, khususnya pada daerah dengan temperatur yang rendah, sehingga bahan bakar tidak akan menggumpal dengan mudah. Titik tuang yang terlalu tinggi akan menghambat penyalaan bahan bakar (Hardjono.A , 2000). Titik tuang digunakan sebagai syarat kualitas kontrol atau sebagai penunjuk penanganan suhu (temperature) rendah bagi penyimpanan bahan bakar dalam skala besar pada tangki-tangki dan pipa saluran kilang dan pangkalan minyak.

4

Titik Kabut (Cloud Point) Titik kabut adalah temperature saat bahan bakar mulai tampak berkeruh bagaikan kabut ( berawan = cloudy). Hal ini terjadi karena munculnya Kristal-kristal (padatan) didalam bahan bakar. Meski bahan bakar masih dapat mengalir pada suhu ini, keberadaan Kristal dalam bahan bakar dapat mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa dan injektor. Titik kabut dipengaruhi oleh bahan baku biodiesel.


22

5

Titik Nyala (Flash Point) Titik nyala adalah temperatur bahan bakar terendah, di mana campurannya dengan udara masih dapat menyala. Jika penyalaan terjadi dengan kontinu, maka temperaturnya disebut ‘titik api’. Sifat ini menunjukkan adanya materi materi yang volatil dan mudah terbakar. Titik nyala secara tidak langsung terkait dengan kerja mesin. Namun ini sangat berkaitan dengan keamanan, khususnya pada penanganan dan penyimpanan (ASTM, 1958). Titik nyala yang tinggi akan memudahkan penyimpanan bahan bakar, karena minyak tidak akan mudah terbakar pada temperatur ruang. Namun titik nyala yang rendah akan berbahaya dalam hal penyimpanannya karena resiko penyalaan, dan ini akan menimbulkan terjadinya denotasi sebelum bahan bakar memasuki ruang perapian (Hardjono.A, 2000). Titik nyala digunakan untuk menaksir keseluruhan materi yang mempunyai resiko mudah terbakar.

6

Bilangan Jodium Bilangan Jodium menunjukkan tingkat ketidakjenuhan atau banyak ikatan rangkap asam lemak penyusun biodiesel. Kandungan senyawa asam lemak tak jenuh meningkatkan performansi biodiesel pada temperature rendah karena senyawa ini memiliki titik leleh ( melting point) yang lebih rendah (Knote.G, 1997), sehingga berkorelasi terhadap cloud point dan pour point yang rendah. Namun disisi lain banyak senyawa lemak tak jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi dengan oksigen diatmosfer .Biodiesel dengan kandungan bilangan jodium yang tinggi akan mengakibatkan

tendensi polimerisasi dan pembentukan

deposit pada

injector noozle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan. F, 2008). Nilai maksimum harga bilangan jodium yang diperbolehkan untuk biodiesel yaitu 115 (g I2/100g) berdasarkan standard biodiesel Indonesia. 7

Conradson Carbon Residue Residu karbon berhubungan dengan jumlah deposit karbon pada ruang pembakaran. Residu karbon yang tinggi menyebabkan silinder mengalami kerusakan dengan cepat, membuat endapan kokas dan bahan elastis pada piston dan silinder. Ini akan menyebabkan lekatnya ring piston dan sistem


23

valve (Maleev.L, 1954). Deposit karbon akan menghambat saluran bahan bakar. Ini juga akan menghambat pengoperasian mesin, dan semua bagian pada pipa injeksi bahan bakar akan rusak dengan cepat. Jadi, semakin rendah residu karbon, efisiensi mesin juga akan semakin baik (Azis.I, 2005). 8

Nilai Kalor Nilai kalor adalah ukuran energi yang tersedia di dalam suatu bahan bakar, dan menentukan tingkat konsumsi bahan bakar tiap satuan waktu. Semakin tinggi nilai kalor, maka semakin ekonomis bahan bakar tersebut (Setyawardhani.A.S, 2003). Namun sampai saat ini belum ada standar khusus untuk menentukan nilai kalor yang harus dimiliki oleh bahan bakar diesel. Tabel 2.8 Masalah Kinerja dan Kemungkinan Penyebabnya Masalah Kinerja Mesin

Pembakaran yang buruk,asap

Keausan silinder Penyumbatan mulut pipa penyuntik Buruknya Pompa Penyuntik

Penyumbatan Saringan Deposit Mesin yang Berlebihan

Kemungkinan Penyebab Berhubungan dengan Bahan Bakar Angka setana yang kurang Kontaminasi air Titik tuang yang tidak tepat Lebih banyak kontaminasi bahan bakar Terlalu cairnya bahan bakar Kandungan sulfur yang tinggi Kontaminasi silikon Kontaminasi logam yang dapat larut Pengotor yang berlebihan Pembentukan kembali getah pengotor Tingginya kandungan sulfur dan hetero atom Pengotor berlebihan Viskositas rendah Kontaminasi air Pengotor bahan bakar Titik tuang yang tidak tepat Terlalu banyak pengotor Angka setana rendah Kandungan sulfur/hetero atom yang lebih tinggi (Srivasta.A ,1998)


24

9

Kadar Air Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak. Makin kecil kadar air dalam minyak maka mutunya makin baik, hal ini dapat memperkecil kemungkinan terjadinya reaksi hidrolisis yang dapat menyebabkan kenaikan kadar asam lemak bebas. Kandungan air dalam bahan bakar dapat juga menyebabkan turunnya panas pembakaran, berbusa dan bersifat korosif jika bereaksi dengan sulfur karena membentuk asam. Tabel 2.9 Sifat-sifat Fisis Minyak Diesel dan pengaruhnya pada Mesin

Sifat Bahan Bakar Angka setana

Spesifik Gravitasi Pengotor (air/endapan ) Korosi kepingan tembaga Zat partikulat

Abu Sulfur

Pengaruhnya Pada Mesin Ukuran kualitas penyalaan mesin diesel Angka setana yang tinggi menunjukkan pendeknya kelambatan penyalaan dan kemungkinan menimbulkan ketukan Alkana dengan berat molekul yang lebih tinggi mempunyai angka setana yang tinggi pula Mempengaruhi emisi partikel dan gas Diperlukan pada pengukuran index setana Menyebabkan korosi pada peralatan Menyebabkan masalah pada kinerja mesin Ukuran untuk menilai tingkat korosi pada peralatan Mengindikasi adanya komponen sulfur Mengindikasi kemungkinan adanya emisi zat-zat partikulat Mengandung terutama partikel karbon Partikel arang (partikel karbon yang terbentuk dari proses fase gas) menyerap dan membawa materi-materi karsinogenik kelingkungan sebagai bahan buangan dan dapat menyebabkan penyakit pada manusia. Partikel arang yang berlebihan memungkinkan penyumbatan pada katup knalpot Dihasilkan dari minyak, komponen logam yang larut air atau padatan asing, seperti kotoran dan karat Diatur untuk memperkecil kemungkinan terjadinya korosi pada mesin Menyebabkan masalah lingkungan dari hasil pembakaran produknya Bersifat korosif dan menyebabkan masalah fisik terhadap bagian-bagian mesin (Srivasta. A,1998)


25

10

Bilangan Cetana Bilangan cetana menunjukkan seberapa cepat bahan bakar diesel yang dapat di injeksikan keruang bahan bakar agar terbakar sempurna secara spontan. Bilangan cetana di pengaruhi oleh struktur hidrokarbon dari penyusun biodiesel.

11

Warna Warna dari suatu bahan bakar tidak secara langsung terkait dengan kerja mesin diesel. Namun jika warnanya terlalu terang, terdapat kemungkinan untuk menambahkannya dengan beberapa warna lain, sehingga standar warna dapat terpenuhi. Penggunaan zat warna yang mengandung material korosif akan mempengaruhi performance mesin.

2.7

Biodiesel Biodiesel diperkenalkan di Afrika Selatan sebelum Perang Dunia II untuk

bahan bakar kenderaan berat. Biodiesel merupakan bahan bakar diesel pengganti yang diproduksi dari sumber yang bias diperbaharui, seperti minyak tumbuhan , lemak hewan, dan daur ulang didefenisikan

minyak goreng. Secara kimia, biodiesel

sebagai monoalkil ester

pada asam lemak rantai panjang.

Biodiesel diproduksi melalui reaksi dari minyak sayur atau lemak hewan dengan alkohol untuk menghasilkan gliserol dan biodiesel ( secara kimia disebut metil atau etil ester) Biodiesel merupakan bahan bakar transportasi yang bisa dibiodegradasi, sehingga tidak menghasilkan karbondioksida ke atmosfer, serta emisi partikulat yang rendah. Bahan bakar alternatif ini tidak menggunakan modifikasi mesin tertentu untuk penggunaannya, dan menghasilkan energi yang sama . 2.7.1 Sifat-Sifat Biodiesel Biodiesel dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif pengganti bahan bakar minyak bumi yang cepat atau lambat pasti akan habis persediaannya. Sudah selayaknya biodiesel memiliki sifat yang lebih baik atau sekurang


26

kurangnya sama dengan bahan bakar minyak bumi. Sifat-sifat biodiesel tersebut berdasarkan ASTM D-6751 antara lain: 1. Densitas pada suhu 40oC = 0,85 – 0,89 gr/cm3 2. Viskositas pada suhu 40 oC = 2,3 – 6,0 cST 3. Angka setana minimal 48 4. Titik nyala minimal 100 oC ( 212oF) 5. Kandungan debu 0,02 % massa total 6. Memiliki sifat yang identik dengan bahan bakar diesel sehingga dalam penggunaannya dapat dicampur dengan solar dalam berbagai takaran. 7. Emisi yang dihasilkan dari proses pembakarannya rendah 2.7.2 Keuntungan–Keuntungan dari Biodiesel Biodiesel sebagai bahan alternatif memiliki beberapa keuntungan, antara lain: 1.

Biodiesel merupakan satu-satunya bahan bakar alternatif yang dapat digunakan dalam berbagai kondisi tanpa harus memodifikasi mesin diesel.

2.

Biodiesel mempunyai sifat ramah lingkungan karena dapat berasal dari tumbuhan sehingga dapat dibuat terus-menerus.

3.

Penghilangan emisi sulfur dioksida ( Biodiesel tidak mengandung sulfur ) sehingga hujan asam tidak akan terjadi. Sulfur yang dihasilkan dari pembakaran minyak yang berasal dari fosil, akan bereaksi dengan air hujan akan menghasilkan asam.

4.

Penggunaan biodiesel

mengurangi emisi secara teratur. Hasil riset

mengindi-kasikan bahwa bahan partikulat ( secara spesifik karbon atau fraksi yang tidak terlarut), hidrokarbon, dan karbon monoksida berkurang. 5.

Biodiesel dapat digunakan

tanpa atau dengan campuran

solar dalam

berbagai takaran. 6.

Biodiesel memberikan penurunan yang signifikan pada tingkat kekotoran serta karbon monoksida.

7.

Biodiesel dapat mengurangi tingkat CO2 di atmosfer, dimana kadar CO2 yang tinggi akan menaikkan temperatur bumi.


27

8.

Biodiesel dapat mengawetkan mesin diesel karena memiliki sifat melumasi yang lebih besar dari pada solar.

9.

Biodiesel

aman untuk digunakan dan

dan diangkut

karena memiliki

tingkat biodegradasi sama dengan gula dan mengandung racun 10 kali lebih kecil dibandingkan dengan garam dapur. 10.

Biodiesel aman digunakan dan disimpan karena memiliki titik nyala yang tinggi ( > 100 oC).

11.

Industri biodiesel juga berdampak baik terhadap faktor ekonomi. Keuntungan ekonomi dari industri biodiesel adalah jumlah

lapangan

pekerjaan yang bertambah, penambahan pajak pengoperasian pabrik dan pajak pendapatan, dan penanaman modal pada pabrik dan peralatannya. Selain itu, dengan adanya

industri biodiesel

dapat meningkatkan

pendapatan dasar para pekerja. 2.7.3 Emisi Biodiesel Penggunaan mengurangi

biodiesel untuk mesin diesel pada umumnya dapat

jumlah hidrokarbon yang tidak terbakar,karbonmonoksida , dan

bahan-bahan partikulat. Penggunaan biodiesel karbon dari bahan

meningkatkan

fraksi padatan

partikulat (oksigen dalam biodiesel memungkinkan

pembakaran sempurna menjadi CO2), menggantikan sulfat ( sehingga tidak ada sulfur dalam bahan bakar). Oleh karena itu, biodiesel bekerja baik dengan teknologi baru seperti katalis ( yang mengurangi fraksi yang dapat larut pada partikulat biodiesel tapi tidak fraksi padatan karbon) Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang mempunyai evaluasi yang lengkap tentang emisi yang dihasilkan dan pengaruhnya terhadap kesehatan. Sebuah lembaga di Amerika Serikat, U.S.Environmental Protection Agency (EPA) mencatat penurunan potensi pencemaran udara pada penggunaan biodiesel dibandingkan dengan petrodiesel. Perbandingan emisi yang dikeluarkan biodiesel dengan petroleum diesel tertera dalam tabel berikut ini:


28

Tabel 2.10 Perbandingan Emisi Biodiesel dengan Petroleum Diesel No

Type emisi

B100

B20

1

Hidrokarbon tak terbakar

Turun hingga 93 %

Turun hingga 30 %

2

Karbonmonoksida

Turun hingga 50 %

Turun hingga 20 %

3

Massa partikulat

Turun hingga 30 %

Turun hingga 22 %

4

Senyawa NOx

Turun hingga 13 %

Turun hingga 2 %

5

Senyawa SOx

Turun hingga 100 %

Turun hingga 20 %

6

nPAH

Turun hingga 90 %

Turun hingga 50 %

Sumber : U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Keterangan : B20 : Campuran 20 % Biodiesel dan 80 % Petrodiesel Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif atau aditif dapat mereduksi polutan yang dikeluarkan oleh petroleum diesel. Riset yang dimulai oleh Southwest Research Institute pada mesin Cummnis N14 mengindikasikan bahwa buangan biodiesel memiliki pengaruh bahaya yang kecil pada kesehatan manusia dibandingkan dengan petrodiesel. Emisi biodiesel memiliki semua tingkat hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) dan bahan campuran nitrit PAH yang lebih kecil dibandingkan dengan buangan petroleum diesel. PAH dan bahan campuran nPAH telah diidentifikasi sebagai bahan penyebab kanker yang potensial. 2.8

Proses Pembuatan Biodiesel

2.8.1 Esterifikasi Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat dan, karena ini, asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja.T, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120°C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikiometrik) dan


29

air produk ikatan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.7. RCOOH + CH3OH

RCOOCH3 + H2O

Gambar 2.7 Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu. 2.8.2 Transesterifikasi Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME). Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida menjadi Metil Ester


30

Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat (Mittlebatch.M, 2004). Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.

Gambar 2.9 Tiga Tahapan Reaksi Transesterifikasi Gambar 2.9 diatas menunjukkan reaksi transesterifikasi sebenarnya berlangsung dalam 3 tahap yaitu sebagai berikut: 1.

Tahap pertama yaitu konversi trigliserida menjadi digliserida

2.

Tahap kedua yaitu konvesri digliserida menjadi monogliserida

3.

Tahap

ketiga

yaitu konversi

monogliserida

menjadi

gliserol yang

menghasilkan satu molekul metal ester dari setiap gliserida Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam lemak.


31

Faktor–faktor yang berpengaruh pada proses transesterifikasi diantaranya sebagai berikut: 1.

Suhu awal minyak (sebelum proses transesterifikasi) Menurut Lele.S (2005), peningkatan suhu awal minyak, berpengaruh terhadap peningkatan konversi pembentukan biodiesel. Namun jika pemanasan pada minyak yang melebihi 60oC, akan menyebabkan hilangnya metanol karena penguapan metanol.

2.

Suhu reaksi Laju reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi. Secara umum, reaksi akan mendekati titik didih methanol pada tekanan atmosfer. Yield ester terbentuk pada suhu antara 60oC  80oC, dengan perbandingan molar alkohol dengan minyak sebesar 6 : 1. Kecepatan reaksi secara kuat dipengaruhi oleh temperatur reaksi. Pada umumnya reaksi ini dapat dijalankan pada suhu mendekati titik didih metanol (60 oC  70 oC) pada tekanan atmosfer. Kecepatan reaksi akan meningkat sejalan dengan kenaikan temperatur. Semakin tinggi temperatur, berarti semakin banyak energi yang dapat digunakan oleh reaktan untuk mencapai energi

aktivasi. Ini akan

menyebabkan tumbukan terjadi lebih sering diantara molekul-molekul reaktan untuk kemudian melakukan reaksi (Rahayu, 2003), sehingga kecepatan reaksi meningkat. Setyawardhani (2003) menggunakan temperatur reaksi 60oC pada reaksi transesterifikasi untuk menghindari menguapnya methanol yang bertitik didih 65oC. Darnoko dan Cheryan (2000) juga menggunakan suhu 60oC untuk reaksi. Arhenius mengatakan bahwa hubungan antara konstanta kecepatan reaksi dengan temperatur mengikuti persamaan: K = A exp ( -E/RT)

(2.6)

K = Konstanta kecepatan reaksi R = Konstanta gas A = Faktor frekuensi T =Temperatur absolut E = Energi aktivasi


32

3.

Rasio alkohol terhadap minyak. Variable lain yang berpengaruh besar terhadap yield pada biodiesel adalah perbandingan molar alkohol terhadap minyak (Lele.S, 2005). Umumnya dalam proses industri digunakan perbandingan

molar 6 : 1

untuk

menghasilkan yield biodiesel sampai lebih besar terhadap minyak akan berpengaruh pada pemisahan gliserol. Ini menunjukkan bahwa rasio yang lebih rendah

akan membutuhkan

waktu yang

lebih lama untuk

menghasilkan biodiesel dengan yield yang tinggi. Dengan perbandingan molar yang lebih besar

akan meningkatkan

konversi

tetapi

akan

mempersulit proses pemisahan gliserol yang terbentuk dari hasil samping reaksi. 4.

Katalis Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan menurunkan energi aktivasi reaksi namun tidak menggeser letak kesetimbangan. Tanpa katalis, reaksi transesterifikasi baru dapat berjalan pada suhu sekitar 250oC. Penambahan katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi dan menurunkan kondisi operasi. Katalis yang dapat digunakan adalah katalis asam, basa, ataupun penukar ion. Dengan katalis basa reaksi dapat berjalan pada suhu kamar, sedangkan katalis asam pada umumnya memerlukan suhu reaksi diatas 100oC (Kirk dan Othmer,1992). Katalis yang digunakan dapat berupa katalis homogen maupun heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan reaktan dan produk, sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan reaktan dan produk. Katalis homogen yang banyak digunakan adalah alkoksida logam seperti KOH dan NaOH dalam alkohol. Selain itu, dapat pula digunakan katalis asam cair, misalnya asam sulfat, asam klorida, dan asam sulfonat (Kirk.R.E dan Othmer.D.F, 1992). Penggunaan katalis homogen mempunyai kelemahan, yaitu: bersifat korosif, sulit dipisahkan dari produk, dan katalis tidak dapat digunakan kembali (Nijhuis.T.A et al., 2002). Saat ini banyak industri menggunakan katalis heterogen yang mempunyai banyak keuntungan dan sifatnya yang ramah lingkungan, yaitu tidak bersifat korosif, mudah


33

dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama (Yadav.G.D, 2002). Selain itu katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi (Altiokka.M.R, 2003). Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, oksida logam, dan resin ion exchange. Katalis basa seperti KOH dan NaOH lebih efisien dibanding dengan katalis asam pada reaksi transesterifikasi. Konsentrasi katalis basa divariasikan antara 0,51% dari massa minyak untuk menghasilkan 9499% konversi minyak nabati menjadi ester. Lebih lanjut, peningkatan konsentrasi katalis tidak meningkatkan konversi dan sebaliknya menambah biaya karena perlunya pemisahan katalis dari produk. Penambahan katalis yang berlebihan menyulitkan dalam proses pemisahan pada akhir reaksi transesterifikasi untuk memisahkan produk biodiesel dari katalisnya. 5.

Pengadukan dan intensitas Pencampuran Pada reaksi transesterifikasi, reaktan-reaktan awalnya membentuk system cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara fase-fase yang berlangsung lambat. Seiring dengan terbentuknya metil ester, ia bertindak sebagai pelarut tunggal yang dipakai bersama oleh reaktan-reaktan dan sistem dengan fase tunggal pun terbentuk. Dampak pengadukan ini sangat signifikan selama reaksi. Sebagaimana sistem tunggal terbentuk, maka pengadukan menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan. Pengadukan dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan campuran reaksi yang bagus.Setelah penambahan metanol dan katalis pada minyak 5–10 menit pengadukan akan meningkatkan konversi.

Pengadukan yang tepat akan

mengurangi hambatan antara massa. Untuk reaksi heterogen, ini akan menyebabkan lebih banyak reaktan mencapai tahap reaksi. Sofiyah (1995) menggunakan pengadukan 1425 rpm (rotation per minutes), Setyawardhani (2003) 500 rpm, Purwono (2003) 1500 rpm, Rahayu dkk, (2003) 200250 rpm, Kusmiyati (1999) 1000 rpm, serta Azis (2003) 800 rpm.


34

6.

Kemurnian reaktan Impuritis yang terdapat pada minyak akan berpengaruh pada level konversi. Pada kondisi yang sama, konversi 67 %  84 % dalam membentuk ester dengan menggunakan minyak tanaman sedangkan dengan menggunakan minyak yang telah dimurnikan sebesar 94 %  97 % .

7.

Kandungan Asam Lemak bebas. Jumlah

kandungan

asam

lemak

bebas

hanya

berpengaruh

pada

transesterifikasi dan memakai katalis basa akan menimbulkan reaksi samping yaitu penyabunan. Asam lemak bebas lebih reaktif bereaksi dengan katalis basa menghasilkan

sabun disbanding trigliserida dan reaksi berlangsung

secara nonreversible (Yucel dan Tukay, 2003). Reaksi asam lemak bebas dengan katalis basa menghasilkan reaksi saponifikasi, hal ini menimbulkan masalah baru pada tahap pemurnian biodiesel. 8.

Waktu reaksi Lamanya reaksi sangat mempengaruhi jumlah konversi trigliserida ke ester metil, semakin lama reaksi berlangsung, maka metil ester yang dihasilkan semakin banyak. Hal ini bisa terjadi karena semakin banyak kesempatan suatu katalis untuk bereaksi dengan minyak.

2.9

Kromatografi Gas Dasar pemisahan secara kromatografi gas adalah penyebaran cuplikan diantara

dua fase. Salah satu fase adalah fase diam yang permukaan nisbinya luas, dan fase yang lain ialah gas yang melewati fase diam. Kromatografi gas adalah suatu cara untuk memisahkan senyawa atsiri dengan meneluskan arus gas melalui fase diam. Bila fase diam berupa zat padat, disebut Kromatografi Zat Padat (KGP). Ini didasarkan pada sifat penjerapan kemasan kolom untuk memisahkan cuplikan, terutama cuplikan gas. Bila fase diam berupa zat cair, cara tadi disebut Kromatografi Gas Cair (KGC). Fase cair disaputkan berupa lapisan tipis pada zat padat yang lembam dan pemisahan didasarkan pada partisi cuplikan yang masuk ke dan keluar dari lapisan zat cair ini. Banyaknya macam fase cair yang dapat digunakan sampai suhu 400OC mengakibatkan KGC merupakan bentuk kromatografi gas yang paling serba guna dan selektif. KGC digunakan untuk menganalisis gas, zat cair, dan zat


35

padat.

Pelarut akan menahan komponen secara selektif berdasarkan koefisien

distribusinya sehingga terbentuk sejumlah pita yang berlainan pada gas pembawa. Pita komponen ini meninggalkan kolom bersama aliran gas pembawa dan dicatat sebagai fungsi waktu oleh detektor.

2.10 Persyaratan Kualitas Biodiesel. Kualitas biodiesel yang dihasilkan suatu reaksi transesterifikasi, harus sesuai dengan persyaratan yang sudah dibuat. Dibawah ini adalah persyaratan kualitas biodiesel Indonesia. Tabel 2.11 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006. Parameter dan Satuannya o

3

Massa jenis pada 40 C, kg/m

Batas Nilai

Metode Uji

850 – 890

ASTM D 1298

Metode Setara ISO 3675

2,3 – 6,0

ASTM D 445

ISO 3104

min. 51

ASTM D 613

ISO 5165

min. 100 o C o C maks. no. 3

ASTM D 93 max. 18 max 18 ASTM D 130

ISO 2710 ASTM D 2500 ASTMD 97 ISO 2160

maks. 0,05 maks 0,03 maks. 0,05 maks. 360 maks. 0,02 maks. 100 maks. 10 maks. 0,8 maks. 0,02 maks. 0,24 min. 96,5

ASTM D 4530

ISO 10370

ASTM D 2709 ASTM D 1160 ASTM D 874 ISO 3987 ASTM D 5453 EN ISO 20884 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 *) FBI-A03-03 dihitung

maks. 115 negatif

AOCS Cd 1-25 AOCS Cb 1-25

o

Viskositas kinematik pada 40 C, 2

mm /s (cSt) Angka Setana o

Titik Nyala (mangkok tertutup), C Titik Kabut (Cloud Point) Titik Tuang (Puor Point) Korosi bilah tembaga (3 jam,50oC) Residu karbon, %berat, - dalam contoh asli - dalam 10 % ampas distilasi Air dan sedimen, % vol. o

Temperatur distilasi 90 %, C Abu tersulfatkan, % berat Belerang, ppmb (mg/kg) Fosfor, ppmb (mg/kg) Angka asam, mgKOH/g Gliserol bebas, %berat Gliserol total, %berat Kadar ester alkil, % berat Angka iodium, g-I2/(100 g) Uji Halphen

FBI-A04-03 FBI-A06-03

Sumber: Soerawidjaja.T, 2006 *) berdasarkan angka penyabunan, angka asam, serta kadar gliserol total dan gliserol bebas; rumus perhitungan dicantumkan dalam FBI-A03-03.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents