HARI SEBUAH LANGKAH KECIL DALAM ROAD MAP BIODIESEL INDONESIA

PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2005 ISSN : 1411 – 4216

BIODIESEL PILOT PLANT KAPASITAS 1,5 TON/HARI SEBUAH LANGKAH KECIL DALAM ROAD MAP BIODIESEL INDONESIA Maharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. Wirawan Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi (Engineering Center-BPPT) Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung 1 BPPT Lantai 6, Jl. M.H. Thamrin No. 8 Jakarta Indonesia Telp (021) 3168240, 3915536, 3915537 Fax (021) 3915535 http://ec.bppt.go.id Email : [email protected] , [email protected], [email protected] Abstrak Biodiesel Pilot Plant kapasitas 1.5 ton/hari dibangun oleh BRDST BPPT sebagai salah satu perwujudan milestone dalam Road Map Pengembangan Teknologi Biodiesel yang telah disusun. Road Map tersebut disusun untuk lebih mengarahkan pemasyarakatan energi alternatif tersebut. Di samping itu, pabrik tersebut dibangun dengan tujuan memperoleh data riset dalam melakukan scale up untuk kapasitas pabrik yang lebih besar. Biodiesel dapat dibuat melalui proses methanolisis asam lemak atau minyak. Karena Indonesia sangat kaya akan bahan baku biodiesel termasuk Minyak sawit/CPO (Crude Palm Oil), Minyak kelapa, dan Minyak Jarak Pagar, maka Biodiesel Pilot Plant tersebut dirancang untuk dapat memproduksi Biodiesel dari berbagai bahan baku. Bahan baku yang telah digunakan antara lain CPO standar, CPO off grade, Palm Fatty Acid Distillate, dan Coconut Fatty Acid Distillate. Dalam pembangunannya, plant tersebut melalui berbagai tahapan engineering yaitu optimasi proses, conseptual design, basic design, detail engineering, konstruksi, serta start up dan commissioning. Pada proses commissioning dilakukan berbagai tahapan proses hingga biodiesel plant tersebut dapat menghasilkan Biodiesel kualitas standar yang ditetapkan sebagai bahan bakar mesin diesel. Adapun spesifikasi yang dihasilkan antara lain viskositas 4.8 mm2/detik, water content < 0.05 % vol., sediment content 0.009 % vol., TAN (Total Acid Number) 0.46 mgKOH/g, dan cetane number 64. Kata kunci : Biodiesel Pilot Plant, Commissioning, Biodiesel Kualitas Standar, cetane number 1. Pendahuluan Sebagai salah satu lembaga yang mengembangkan biodiesel, khususnya dalam bidang riset dan engineering, Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi (Engineering Center) BPPT telah memiliki design untuk Pilot Plant Biodiesel berkapasitas 8 ton/hari. Akan tetapi, sebagai salah satu tahapan dalam komersialisasi, diperlukan skala prototype untuk scale-up proses di laboratorium sekaligus optimasi proses sebelum memasuki skala pilot. Oleh karena itu, pada tahun 2003 Engineering Center mendesain dan membangun Biodiesel Prototipe Plant yang kapasitasnya 1.5 ton biodiesel per hari. Pembangunan plant ini bertujuan sebagai salah satu tahapan untuk memperoleh desain Biodiesel Plant kapasitas komersial. Tahapan proven technology untuk membangun Biodiesel Plant komersial dapat dilihat pada gambar berikut. Hal ini sesuai dengan Road Map Biodiesel Indonesia yang telah disusun oleh Forum Biodiesel Indonesia (FBI) dan mengantisipasi Biodiesel Technology Road Map (lihat gambar 8.). Tulisan ini mengkaji hal-hal yang berpengaruh dalam perancangan/desain, commissioning, dan pengoperasian Biodiesel Plant agar diperoleh Biodiesel kualitas standar.

A-11-1

Maharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. Wirawan

Optimasi proses di Laboratorium

Biodiesel Pilot Plant (Batch)

Biodiesel Pilot Plant (Kontinyu)

Biodiesel Commercial Plant

Road Test pada Mesin Diesel Gambar 1. Tahapan Desain Menuju Proven Technology Biodiesel Plant Commercial 2. Desain dan Engineering Biodiesel umumnya dibuat melalui reaksi alkoholisis (biasanya metanol atau etanol) minyak lemak nabati atau hewani. Dari hasil percobaan di laboratorium dan pembuatan bench scale plant, maka diperoleh data yang cukup untuk melakukan desain dan engineering Pilot Plant kapasitas 1.5 ton/hari dengan system batch.

Design Criteria

Procurements

Process Licensor Project Planning & Analysis

Spec. Vendor (Eqp.) Conceptual Design PFD Mass Balance

Basic Eng. General Arr. Eqp. Sizing Gen. P & ID

Detail Eng.

Constr. Specs.

P&ID Piping Layout Civ. & Struct. Stress Analysis I&C Elec. & Raceway

Construction

Start-up & Commissioning

Gambar 2. Tahapan Desain dan Engineering Plant ini didesain untuk dapat memproses bahan baku dari minyak apa saja dengan menghasilkan biodiesel yang memenuhi spesifikasi bahan bakar. Bahan baku yang dapat digunakan antara lain : 1. CPO (Crude Palm Oil)/Minyak Sawit. CPO merupakan minyak yang paling potensial sebagai bahan baku mengingat saat ini Indonesia merupakan produsen CPO terbesar di dunia. Ada berbagai grade CPO yang dapat digunakan sebagai alternative bahan baku yaitu CPO standard (FFA < 5 %), CPO off grade (FFA 5 – 20 %), Waste CPO (FFA 20 – 70 %), Palm Fatty Acid Distillate (FFA > 70 %), PKO (Palm Kernel Oil), RBDP Olein RBDP Stearin, 2. Minyak kelapa 3. Minyak Jarak pagar (Soerawidjaja, 2003) Kelebihan biodiesel sebagai bahan bakar adalah kemampuannya menurunkan emisi kendaraan (antara lain partikulat, SOx, COx, BTX) (BTMP, 2005), memiliki sifat lubrikasi, dan juga merupakan energi yang terbarukan (renewable energy). Adapun reaksinya secara umum dapat dilihat pada gambar 3. CH2COOR1 | CHCOOR1 | CH2COOR1 Trigliserida

+ 3 CH3OH

Methanol

→

(CH2OH)2CH-OH

Gliserol

+ 3 CH3COO-R1

Methyl Ester (Biodiesel)

Gambar 3. Reaksi Umum Pembuatan Biodiesel (Mittelbach, 2004)

A-11-2

Biodiesel Pilot Plant Kapasitas 1,5 Ton/Hari, Sebuah Langkah Kecil Dalam Road Map Biodiesel Indonesia Reaksi transesterifikasi pada dasarnya merupakan reaksi bolak-balik/reversible sehingga perlu dilakukan beberapa usaha untuk menggeser reaksi ke arah produk, antara lain dengan menggunakan pereaksi dalam jumlah yang melebihi kebutuhan stoikiometri. Dalam hal ini dipilih untuk menggunakan Methanol dalam jumlah berlebih. Hal ini berimplikasi pada diperlukannya peralatan untuk me-recovery methanol yang tidak bereaksi sehingga dapat digunakan kembali sebagai pereaksi. Diagram prosesnya dapat dilihat pada gambar berikut. PREPARATION TANK

REACTOR TANK

SETTLING TANK

DRYING TANK

FILTER

Methanol Katalis CPO/ Other Oil

BIODIESEL

methanol

Effluent

METHANOL TANK

DISTILLATION

Gambar 4. Diagram Proses Biodiesel Pilot Plant Kap. 1.5 ton/hari 3. Pabrikasi Proses yang didisain dituangkan dalam bentuk Flow Diagram Process, Equipment Drawing, P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) sehingga dapat dibuat Isometric Drawing/3D Drawing untuk keperluan pabrikasi. Pabrikasi peralatan dilakukan di workshop milik BPPT di Puspiptek Serpong dan memakan waktu 2 bulan. Dalam pabrikasi, pertimbangan pengoperasian dan keperluan perawatan/maintenance harus diperhatikan. Tahap-tahap dalam pabrikasi dapat dilihat pada gambar berikut.

A-11-3

Maharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. Wirawan

Gambar 5. Tahap 1 : Artist Drawing Biodiesel Prototipe Plant Kap. 1.5 ton/hari

Gambar 6. Tahap 2 : Pabrikasi Equipment

Gambar 7. Tahap 3 : Instalasi Equipment dan Piping

A-11-4

Biodiesel Pilot Plant Kapasitas 1,5 Ton/Hari, Sebuah Langkah Kecil Dalam Road Map Biodiesel Indonesia

Gambar 8. Tahap 4 : Instalasi Menara Distilasi

Gambar 5. Tahap 5 : Penyelesaian

Gambar 6. Biodiesel Pilot Plant Kapasitas 1.5 ton/hari A-11-5

Maharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. Wirawan 4. Commissioning Untuk memperoleh proven process pada sebuah plant, perlu dilakukan commissioning sebagai salah satu tahapan engineering. Kegagalan demi kegagalan yang ditemui menjadi pembalajaran dan penyempurnaan dalam proses. Hal-hal yang ditemui dalam commissioning : 1. Sulitnya memperoleh bahan baku yang sesuai keinginan Sebagai sarana sosialisasi, dilakukan diversifikasi bahan baku supaya biodiesel yang dihasilkan harganya dapat bersaing. Antara lain dengan menggunakan bahan baku CPO Parit, yang cukup sulit didapatkan di Jakarta dengan kualitas yang diinginkan (kualitasnya tidak sebaik apabila bahan ini diambil dari Pabrik Kelapa Sawit). Bahan baku yang telah dicoba antara lain CPO, CPO Parit, CPO kotor, Palm Fatty Acid, dan Coconut Fatty Acid. Sebelum dilakukan proses pada Pilot Plant, bahan baku tersebut harus diuji kadar FFA (Free Fatty Acid), kadar air, dan kadar kotoran. Apabila tidak memenuhi persyaratan, harus dilakukan pre-treatment terlebih dahulu. 2. Proses perkenalan dengan equipment pada plant tersebut juga membutuhkan waktu. Meski demikian lama kelamaan karakteristiknya semakin diketahui dan terus dilakukan optimasi. 3. Terdapat desain piping yang harus disempurnakan agar tidak menyulitkan dalam maintenance. Modifikasi harus dilakukan untuk mempermudah pengoperasian dan sebagai data bagi perancangan kapasitas yang lebih besar. 4. Proses pencucian atau washing merupakan proses yang menentukan diperolehnya hasil yang berkualitas dengan sesedikit mungkin terjadi losses. Kehilangan atau losses ini dapat memperbesar biaya produksi. 5. Memperoleh biodiesel yang memenuhi spesifikasi yang disyaratkan. Riset di laboratorium harus kembali dilakukan ketika menemukan kejanggalan atau kekurangan dalam kualitas biodiesel yang dihasilkan. Bahan Baku Uji Laboratorium Proses di Pilot Plant Biodiesel

No

Uji Spesifikasi

Yes

BIODIESEL kualitas standar Gambar 7. Loop Diagram Proses Commisioning Pembuatan Biodiesel Data hasil pengujian biodiesel yang pernah dihasilkan Engineering Center dapat dilihat pada Tabel 1.

A-11-6

Biodiesel Pilot Plant Kapasitas 1,5 Ton/Hari, Sebuah Langkah Kecil Dalam Road Map Biodiesel Indonesia Tabel 1. Hasil Property Test Biodiesel dari CPO NO

PROPERTIES

UNIT

BIODIESEL BPPT

Pour Point

o

12

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flash Point PM.cc Sulphur Content Sediment Content Water Content Ash Content Viscosity (40 oC) Density (15 oC) TAN SAN

o

182 0.0068 0.009 < 0.05 0.007 4.8 0.87 0.46 Nil

11

Cetane Number

1

Note : 1. 2.

C

C % wt % vol % vol % wt mm2/detik gr/cm3 mgKOH/g mgKOH/g

64

ACCEPTABLE VALUE 18

max

65 min 0.05 max 0.05 max 0.05 max 0.01 max 1.9 - 6 0.86 - 0.90 0.8 max Nil max 45

min

TEST METHODS ASTM D.97 ASTM ASTM ASTM ASTM ASTM ASTM ASTM ASTM ASTM

D.93 D.2622 D.473 D.95 D.482 D.445 D.1298 D.974 D.974

ASTM D.613

Property Test dilakukan oleh PT Prolab dan laboratorium Lemigas, Jakarta Accetable Value diambil dari Spesifikasi Pertamina untuk Bahan Bakar Solar.

(BRDST, 2004) Sifat fisis/karakteristik yang menunjukkan perbedaan bahan baku terlihat pada cetane number, flash point, dan pour point. Sedangkan yang menunjukkan efisiensi proses ditunjukkan oleh viskositas, densitas, kadar air, kadar sedimen, kadar sulphur, dan Total Acid Number (TAN). (Mittelbach, 2004) Viskositas juga menunjukkan jenis bahan baku yang digunakan. Biodiesel yang terbuat dari minyak dengan rantai C yang lebih pendek (misalnya minyak kelapa) dapat menghasilkan viskositas yang lebih rendah. Sifat fisis ini pula yang dapat digunakan secara cepat dalam menentukan konversi reaksi. Karena proses transesterifikasi ini digunakan untuk menurunkan viskositas trigiliserida (untuk CPO, viskositasnya dapat mencapai 36.8-39.6 mm2/s). Apabila biodiesel yang dihasilkan telah mencapai viskositas yang ditentukan dalam standar, maka bisa dikatakan reaksi telah berhasil. Kemudian dilanjutkan ke tahap pemurnian. Densitas dapat juga menentukan kualitas biodiesel, dan berhubungan dengan kadar sedimen, kadar air, serta kadar abu. Sifat-sifat ini erat kaitannya dengan kualitas proses pemurnian biodiesel. Kadar sulfur dibatasi untuk meyakinkan tidak adanya katalis yang terikut (jika menggunakan katalis asam), yang turut menandakan sukses tidaknya proses pemurnian. Strong Acid Number (SAN) menunjukkan jumlah KOH yang dibutuhkan untuk mencapai pH 4. Spesifikasi menunjukkan Nil maksudnya dalam biodiesel tidak boleh terkandung asam-asam kuat yang diindikasikan dengan pH ≤ 4. (NREL, 2004). Spesifikasi ini dapat juga menjadi indicator sukses tidaknya proses pemurnian biodiesel dari asam-asam kuat yang terlibat dalam reaksi. Sedangkan Total Acid Number (TAN) menunjukkan berapa KOH yang dibutuhkan untuk menetralisasi sample biodiesel (sampai pH 7). (NREL, 2004) Spesifikasi ini menunjukkan jumlah asam-asam lemah yang masih terkandung dalam biodiesel, dalam hal ini fatty acid. Angka yang tercantum dalam spesifikasi ini merupakan salah satu tolok ukur sukses tidaknya reaksi dan pemurnian biodiesel. 5. Production Cost Dari proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan Pilot plant tersebut, dilakukan perhitungan production cost atau biaya produksi. Adapun komponen production cost tersebut adalah bahan baku utama (minyak/lemak), methanol, katalis, utilitas (air, steam, listrik), dan operator. Dari optimasi proses diperoleh biaya produksi Biodiesel berkisar pada Rp 1.057/liter hingga Rp 1.500/liter, di luar harga minyak/CPO. (BRDST, 2004). Harga biaya produksi ini masih tinggi. Hal ini karena kapasitas pabrik yang kecil dan sistem proses batch yang menyebabkan timbulnya losses lebih banyak daripada proses kontinyu. 6. Kesimpulan Dari uraian di atas dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Desain dalam piping yang optimum pada Biodeisel Plant berpengaruh dalam tercapainya Biodiesel kualitas standar, kemudahan pengoperasian, serta maintenance. 2. Kualitas bahan baku mempengaruhi tingkat kesulitan dalam memperoleh Biodisel kualitas standar 3. Proses washing merupakan proses yang menentukan dalam memperoleh Biodiesel kualitas standar 4. Harga bahan baku mengambil persentase yang tinggi dalam komponen biaya produksi

A-11-7

Maharani Dewi Solikhah, Makmuri Nuramin, Syamsu Rizal, Soni S. Wirawan 5.

Dari optimasi proses, telah diperoleh Biodiesel kualitas standar dengan spesifikasi viskositas 4.8 mm2/s, densitas 0.87 gr/cm3, TAN 0.46 mgKOH/g, sediment content 0.009 % vol, dan water content <0.05 % vol, dan cetane number 64.

7. Penutup Sejak Oktober 2003, Biodiesel prototype Plant Kapasitas 1.5 ton/hari di Puspiptek Serpong telah beroperasi secara rutin untuk keperluan riset dan sosialisasi. Optimasi terus dilakukan untuk memaksimalkan kualitas Biodiesel dan memperoleh biaya proses yang minimal. Hasil optimasi proses tersebut digunakan sebagai dasar pada perancangan plant dengan kapasitas yang lebih besar, yaitu Biodiesel pilot Plant Kap. 8 ton/hari (sistem kontinyu) di Prop. Riau dan desain Biodiesel Plant Kap. 30.000 ton/hari yang saat ini sedang dilakukan. Referensi Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi BPPT, 2003, ”Laporan Kegiatan Pengembangan Biodiesel Sebagai Energi Alternatif” Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi BPPT, 2004, ”Laporan Kegiatan Pengembangan Biodiesel Sebagai Energi Alternatif” Balai Termodinamika Mesin dan Propulsi BPPT, 2005, ”Laporan Pengujian Biodiesel Kualitas Standar pada Kendaraan Komersial, Balai Rekayasa Desain dan Sistem Teknologi BPPT” Mittelbach, M and C. Remschmidt, 2004, “Biodiesel: The Comprehensive Handbook, 1st Ed”., Boersedruck Ges.m.b.H, Vienna National Renewable Energy Laboratory, 2004, “Biodiesel Analytical Methods” Soerawidjaja, T. H. dan A. Tahar, 2003, “Menggagas Kebijakan Pengembangan Biodiesel di Indonesia”, Prosiding Seminar Peluang Bisnis Industri Hilir Kelapa Sawit, Serpong

A-11-8