i MODUL GURU RANCANG BANGUN PERALATAN PEMROSESAN BIODIESEL Disusun oleh: Wanto, ST., M.Eng Senja, S.Pd., M.Pd Editor: Niamul Huda, ST., M.Pd Didukungi oleh: TEACHING BIOMASS TECHNOLOGIES AT MEDIUM TECHNICAL SCHOOLS Dikembangkan oleh: ETC Foundation the Netherlands Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Mesin dan Teknik Industri/ TEDC Bandung 2014 Program Keahlian : TEKNIK ENERGI TERBARUKAN (1.18) Paket Keahlian : TEKNIK ENERGI BIOMASSA (062) Mata Pelajaran : BAHAN BAKAR NABATI
101
Embed
Mata Pelajaran : BAHAN BAKAR NABATI - ttp-library.org materials X110/Teachers/3... · Gambar 13 Heater dan termokopel .....20 Gambar 14 Gelas indikator ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
i
MODUL GURU
RANCANG BANGUN PERALATAN
PEMROSESAN BIODIESEL
Disusun oleh:
Wanto, ST., M.Eng Senja, S.Pd., M.Pd
Editor:
Niamul Huda, ST., M.Pd
Didukungi oleh:
TEACHING BIOMASS TECHNOLOGIES AT MEDIUM TECHNICAL SCHOOLS
Dikembangkan oleh:
ETC Foundation the Netherlands
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Mesin dan Teknik Industri/ TEDC Bandung 2014
Program Keahlian : TEKNIK ENERGI TERBARUKAN (1.18) Paket Keahlian : TEKNIK ENERGI BIOMASSA (062) Mata Pelajaran : BAHAN BAKAR NABATI
i
KATA PENGANTAR
Modul ini dimaksudkan untuk memandu peserta pendidikan dan
pelatihan kompetensi untuk melaksanakan tugas kegiatan belajar di tempat diklat
ataupun di tempat masing-masing. Dengan demikian diharapkan setiap peserta
diklat akan berusaha untuk melatih diri memecahkan berbagai persoalan sesuai
dengan tuntutan kompetensi yang akan dipilih.
Di dalam buku modul ini diberikan kegiatan belajar, tugas- tugas dan tes
formatif dimana seluruh kegiatan tersebut diharapkan dikerjakan/dilakukan secara
man-diri/kelompok oleh setiap peserta diklat untuk melatih kemampuan dirinya
dalam memecahkan berbagai persoalan
Dalam pelaksanaanya seluruh kegiatan dilakukan oleh setiap peserta/siswa
dengan arahan Pembimbing/Instruktur yang ditugaskan, dan pada akhir diklat
seluruh materi dari modul ini akan diujikan secara mandiri untuk memenuhi tuntutan
kompetensi dan standar pekerjaan/perusahaan.
Materi pembelajaran atau bahan dari modul dan tugas-tugas ini diambil dari
be-berapa buku referensi yang dipilih dan juga buku referensi tersebut sebagai
bahan bacaan yang dianjurkan untuk memperkaya penguasaan kompetensi
peserta diklat.
Diharapkan setiap peserta pelatihan setelah mempelajari dan
melaksanakan semua petunjuk dari modul ini secara tuntas, akan mempunyai
kompetensi sesuai dengan tuntutan pekerjaan sebagai tenaga pelaksana
pemeliharaan Teknik Energi Terbarukan.
Bandung, Nopember 2013 Kepala PPPPTK BMTI, Dr. Dedy H. Karwan, MM NIP. 19560930 198103 1 003
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................................................................... i
DAFTAR ISI ................................................................................................................................................ ii
A. Latar belakang ..................................................................................................................................1
B. Deskripsi ...........................................................................................................................................7
C. Tujuan Pembelajaran .......................................................................................................................7
D. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok ...............................................................................................7
BAB II ........................................................................................................................................................8
KEGIATAN PEMBELAJARAN ......................................................................................................................8
A. Materi Pokok 1 .................................................................................................................................8
6. Evaluasi Materi Pokok 3 ............................................................................................................ 89
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................................................................. 90
BAB III .................................................................................................................................................... 90
LIPI, BPPT), Pertamina, ataupun perusahaan swasta (PT. Rizki Anugrah
Putra/RAP, PT. Pindad, dan PT. Rekayasa Industri).
Gambar 9 Beberapa contoh reaktor biodesel yang ada lapangan
Permasalahannya desain reaktor yang beredar antara lain:didesain hanya
untuk mengolah minyak nabati yang spesifik, padahal dalam skala
pedesaan/kerakyatan ketersediaan bahan bakunya tidak selalu ada; tiap
proses membutuhkan peralatan/tangki yang berbeda, sehingga meningkatkan
16
biaya investasi dan biaya transportasi; tiap reaktor saling terintegrasi sehinga
jika salah satu terjadi masalah dapat menghambat proses produksi;
mengalami kesulitan untuk mengolah minyak nabati yang mempunyai
bilangan asam > 10. Oleh karena itu perlu adanya reaktor biodiesel yang
dapat mengatasi semua masalah tersebut.
(a)
(b)
Gambar 10 Reaktor biodiesel (a) reaktor awal dan (b) reaktor pengembangan
Reaktor hasil pengembangan ini merupakan pengembangan dari reaktor yang telah
ada sebelumnya. Kemampuan reaktor ini telah tingkatkan (upgrade) sehingga
mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan reaktor lama. Perbedaan antara
reaktor awal dan reaktor multifungsi ini disajikan pada gambar diatas.
Tabel 5 Perbedaan kelebihan pada reaktor awal dan reaktor pengembangan
Tabel Reaktor Awal Reaktor pengembangan
Kondensor Tunggal Kondensor ganda
Bahan baku spesifik Semua jenis minyak nabati
Kecepatan pengadukan konstan (500 rpm)
Kecepatan pengadukan dapat diatur (250-1450 rpm)
Suhu maksimal proses 90°C Suhu maksimal proses 120°C
Penggunaan katalis banyak Penggunaan katalis sedikit
Satu reaktor-satu proses Multifungsi reaktor
6-8 jam/proses 4-6 jam/proses
Khusu ALB rendah Berbagai Tingkatan ALB
Rendemen 76-80% Rendemen 87-92%
17
Bentuk geometri reaktor diusahakan hampir silindris/mempunyai bentuk dasar
melengkung (tanda ada sudut) untuk mengoptimalkan pencampuran (mixing)
bahan dalam reaktor dan mempunyai konstruksi berukuran (dimensi) standar
(e.g. International Standards Organization dan British Standards Institution)
yang memperhitungkan keefektifan pencampuran dan konsiderasi struktur.
Sebaiknya reaktor biodiesl yang dibuat memiliki perbandingan diameter dan
tinggi sebanyak 1:3. Jadi, jika diameter tangki reaktor memiliki diameter 1
meter, maka tinggi reaktor 3 meter.Bentuk reaktor dan bagian-bagian reaktor
di gambarkan pada Gambar 9.
Bahan yang digunakan sebagai kontruksi rektor harus menggunakan bahan
yang tidak bereaksi dengan bahan bakar dan katalis yang digunakan misalnya
stainless steel.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9
10
10
11
1212
13
14
15 15
Gambar 11 Detail bagian-bagian reaktor pengembangan
Keterangan : 1. Katup untuk memasukkan minyak nabati 2. Katup menuju pompa vakum 3. Katup untuk memasukkan katalis 4. Motor pengaduk 5. Katup input air pendingin kondensor 6. Katup output air pendingin dari kondensor 7. Kondensor 8. Kaca control 9. Pengaduk (impeller) 10. Pemanas 11. Termokopel 12. Katup untuk mengeluarkan
gliserol/biodiesel hasil reaksi 13. kaca control 14. shaft 15. baffles
18
Bagian-Bagian Reaktor
1) Kondensor
Kondensor pada reaktor biodiesel berfungsi untuk mengembunkan uap
hasil proses sehingga dapat menurukan tekanan atmosfir reaktor dibawah
tekanan normal (76 cmHg). Turunnya tekanan atmosfir membuat proses
pengeringan biodiesel dapat berlangsung di bawah titik didih normal
(<100°C). Pada sebagian besar reaktor biodiesel mini yang terdiri dari 2
tangki proses, hanya terpasang satu kondensor. Ini membuat hanya tangki
yang memiliki kondensor saja yang dapat melakukan proses “pengeringan
biodiesel”.
Proses yang dilakukan pada reaktor konvensional yang terdiri dari 2 tangki
dilakukan dengan melakukan proses esterifikasi, transesterifikasi, dan
pemisahan gliserol di tangki yang tidak memiliki kondensor (tangki A)
kemudian di transfer ke tangki yang memiliki kondensor (tangki B). Proses
ini memiliki beberapa kelemahan, diantaranya :
Ada waktu tunggu (lead time) pada tangki B, karena mulai bekerja
setelah proses pemisahan gliserol dilakukan pada tangki.
Pemindahan biodiesel dari tangki A ke tangki B, membutuhkan
tambahan energi listrik dan ada waktu tunggu hingga semua biodiesel
berpindah semua ke tangki B.
Jika salah satu tangki mengalami kerusakan, proses pengolahan
biodiesel tidak dapat dilaksanakan.
Kelemahan tersebut dapat ditanggulangi dengan cara membuat kedua
tangki tersebut dapat melakukan pengolahan biodiesel mulai dari
esterifikasi hingga pengeringan. Salah komponen yang harus ada ditiap
tangki adalah kondensor. Pada rektor multifungsi ini, pada tiap tangki
reaktor menpunyai satu buah kondensor sehingga tiap reaktor mampu
digunakan dalam mengolah biodiesel dari minyak kasar hingga menjadi
biodiesel yang sesuai standar.
19
Gambar 12 Kondensor
Spesifikasi :
Tinggi : 50 cm
Diameter : 10 cm
Bahan : Stainless steel
2) Heater dan termokopel
Pada reaktor ini terdapat heater yang terintegrasi dengan termokopel.
Integrasi ini berfungsi untuk mengontrol pemanasan yang dilakukan pada
reaktor karena tiap tahap pengolahan biodiesel membutuhkan suhu yang
berbeda-beda. Jika suhu bahan dibawah suhu yang telah ditentukan,
heater menyala dan suhu bahan meningkat. Begitu pula sebaliknya, heater
akan mati jika suhu telah melewati suhu yang telah ditentukan. Pada
proses esterifikasi dan transesterifikasi membutuhkan suhu 60-80°C,
pencucian 60°C, dan proses pengeringan membutuhkan suhu110-115°C.
Penempatan heater dan indikator sangat berpengaruh terhadap efektifitas
pemanasan. Rektor sebaiknya terdiri dari beberapa heater agar dapat
mempercepat proses pemanasan. Misalnya reaktor terdiri dari beberapa
heater sebaiknya diletakkan saling silang dan pada ketinggian yang
20
berbeda sehingga pemanasan lebih merata. Selain itu sebaiknya tiap
heater mempunyai pengatur saklar masing-masing sehingga jumlah minyak
yang digunakan dapat bervariasi.
Gambar 13 Heater dan termokopel
3) Gelas Indikator
Salah satu proses dalam pengolahan biodiesel adalah proses pemisahan
(separasi) yang dilakukan untuk memisahkan produk hasil pengolahan
dengan limbahnya.
Pada proses esterifikasi terjadi reaksi antara asam lemak bebas dengan
alkohol sehingga menghasilkan minyak nabati (trigliserida dan fatty acid
metil ester) dengan kandungan asam rendah dan limbah yang terdiri dari air
dan methanol sisa. Densitas limbah (campuran air dan methanol) lebih
berat dibandingkan minyak nabati, sehingga minyak berada di lapisan atas
dan limbahnya dibagian bawah dengan batas yang jelas. Gelas indikator ini
berguna untuk mengetahui bahwa proses pengambilan bahan hampir
mencapai batas, sehinga produk yang dihasilkan mempunyai tingkat
kemurnian yang tinggi. Pada reaktor, pemisahan gliserol dan air limbah
pencucian sebaiknya sebaiknya dipisahkan secara perlahan (menggunakan
gaya gravitasi), jangan menggunakan pompa sebagai pendorong karena
dapat mengacaukan larutan yang telah mengendap.
21
Gambar 14 Gelas indikator
Spesifikasi Gelas indikator
Tinggi : 9,7 cm
Diameter : 7,0 cm
Type : Gelas tahan panas
Ketebalan : 5 mm
4) Pompa input-output
Pompa pada yang terintegrasi pada reaktor biodiesel multifungsi ini ada 4
buah, tiap-tiap pompa berfungsi untuk:
Input minyak mentah
Input air pendingin
Output limbah pencucian
Reversible biodiesel
Gambar 15 pompa input-output
Spesifikasi :
22
Merk : Radar
Model : RD-125 C
MAXCAP : 42 Lt/Min
Suchead : 9 meter
Dischead : 25 meter
Total : 33 meter
Size : 1” x 1”
Output : 125 watt
V/Hz/Ph : 220/50.1
Kecepatan putar : 2850 rpm
5) Pompa vakum
Pompa vakum berfungsi untuk mengeluarkan gas-gas yang tidak dapat
menyublim, misalnya adalah gas amoniak. Selain itu juga, pompa vakum
membantu mengeluarkan uap air dan sisa methanol yang tidak bereaksi
pada proses pengeringan.
Gambar 16 Pompa vakum
Spesifikasi :
Merk : Brok Crompton, New Castle, Stafft
Volt : 110/120-220/240
Hz : 50/60 Wo 550
Kecepatan putar : 1420/1750 rpm
6) Kaca kontrol
Kaca kontrol ini terdapat di sisi luar kedua reaktor. Kaca kontrol berfungsi
untuk mengontrol proses pengolahan dan proses pemisahan. Kaca kontrol
ini terbuat dari bahan khusus sehingga dapat menahan suhu proses hingga
1000°C.
23
Gambar 17 Kaca kontrol
7) Corong input katalis
Pada beberapa reaktor, teknik untuk memasukkan katalis ada berbeda-
beda, ada yang secara manual (dituang) dan ada yang dialirkan melalui
pipa (vakum). Permasalahannya pada proses pembuatan biodiesel, katalis
yang telah ditentukan harus bereaksi semua dengan minyak. Penggunaan
pipa untuk mengalirkan katalis dapat menyebabkan sebagian katalis
tertinggal di pipa dan tidak bereaksi dengan minyak. Oleh karena itu
disarankan pada proses memasukkan katalis sebaiknya dilakukan secara
manual.
Tiap proses membutukan jumlah dan jenis reaktan/katalis yang berbeda,
sehingga pada reaktor perlu ada alat untuk memasukkan reaktan/katalis
sewaktu-waktu. Corong input ini berada dibagian atas reaktor dan berfungsi
untuk memasukkan reaktan dan katalis. Antara reaktor dan corong input
terdapat kran, sehingga selama tidak digunakan ditutup untuk menjaga
tekanan reaktor.
Spesifikasi Corong Input:
Tinggi : 10 cm
Diameter : 7,5 cm
Bahan : Stainless steel
24
Gambar 18 Corong input katalis
8) Agitator
Sistem agitasi dalam reaktor terdiri dari motor pengaduk (drive motor),
speed reducer, mechanical seal, shaft, impeller, impeller blade, dan baffel.
Sistem agitasi ini berfungsi agar pencampuran dapat dilakukan dengan
merata dan meningkatkan luas pindah massa. Speed reducer berfungsi
untuk meningkatkan kekuatan putaran dan memperkecil kecepatan putar
impeller. Baffel terletak dinding bagian dalam dan digunakan untuk
memecah aliran cairan dalam rangka meningkatkan turbulensi dan
effesiensi pencampuran.
Sistem agitator dapat diklasifikasi menjadi dua tipe yaitu aliran radial dan
aliran axial. Sistem agitator pada reaktor biodiesel multifungsi ini masuk
dalam klasifikasi aliran radial. Pada tipe aliran radial ini aliran cairan
mengikuti jari-jari tangki reaktor dan membutuhkan input energi yang lebih
besar dibandingkan tipe axial. Dibandingkan dengan tipe radial, tipe axial
efektif untuk mengangkat padatan dari dasar tangki. Perbedaan bentuk
impeller dan aliran pada kedua tipe agitator dapat dilihat pada Gambar 19
Untuk menghasilkan teknik pengadukan yang optimal, sebaiknya diameter
pengaduk berukuran 2/3 diameter tabung.
Spesifikasi motor pengaduk:
Merk : TECO
Kode : AEVBKBB-
Tipe : 4 pole
25
Volt : 220/380
Hz, A : 50 Hz/3 A/2,1 A
Kec. Putar : 1430 rpm
Weight : 18 kg
(a)
(b)
Gambar 19 Sistem agitator reaktor (a)&drive motor reaktor biodiesel multifungsi (b)
(a)
(b)
Gambar 20 Aliran cairan tipe radial (a) dan axial (b)
26
(a)
(b)
Gambar 21 Bentuk impeller pada agitator tipe radial (a) dan axial (b)
4. Latihan
a. Sebutkan permasalahan desain reaktor yang ada saat ini?
Jawab: Permasalahannya desain reaktor yang ada saat ini antara lain: didesain
hanya untuk mengolah minyak nabati yang spesifik, padahal dalam skala
pedesaan/kerakyatan ketersediaan bahan bakunya tidak selalu ada; tiap proses
membutuhkan peralatan/tangki yang berbeda, sehingga meningkatkan biaya
investasi dan biaya transportasi; tiap reaktor saling terintegrasi sehinga jika
salah satu terjadi masalah dapat menghambat proses produksi; mengalami
kesulitan untuk mengolah minyak nabati yang mempunyai bilangan asam > 10.
b. Sistem agitator dapat diklasifikasi menjadi dua tipe yaitu aliran radial dan aliran
axial. Sebutkan karakter sistem agitator tipe aliran radial?
Jawab: Karakter sistem agitator tipe aliran radial: aliran cairan mengikuti jari-jari
tangki reaktor dan membutuhkan input energi yang lebih besar dibandingkan
tipe axial.
c. Sebutkan kelemahan reaktor konvensional yang terdiri dari 2 tangki?
Jawab: Kelemahan reaktor konvensional yang terdiri dari 2 tangki antara lain:
ada waktu tunggu (lead time) pada tangki B, karena mulai bekerja setelah
proses pemisahan gliserol dilakukan pada tangki; pemindahan biodiesel dari
tangki A ke tangki B, membutuhkan tambahan energi listrik dan ada waktu
tunggu hingga semua biodiesel berpindah semua ke tangki B; jika salah satu
27
tangki mengalami kerusakan, proses pengolahan biodiesel tidak dapat
dilaksanakan.
d. Jelaskan mengenai kaca kontrol pada konstruksi reaktor biodiesel?
Jawab: Kaca kontrol ini terdapat di sisi luar kedua reaktor. Kaca kontrol
berfungsi untuk mengontrol proses pengolahan dan proses pemisahan. Kaca
kontrol ini terbuat dari bahan khusus sehingga dapat menahan suhu proses
hingga 1000°C.
5. Rangkuman
a. Biodiesel dapat dibuat dari dari minyak nabati, lemak hewan, maupun minyak
goreng bekas. Namun produksi biodiesel yang telah ada dipasaran
merupakan hasil pengolahan dari minyak nabati. Minyak nabati adalah minyak
yang didapatkan dari tanaman yang yang mengandung minyak, baik yang
dapat dimakan (edible) atau tidak (non edible). Indonesia memiliki banyak
keanekaraaman hayati yang berpotensi sebagai sumber minyak nabati,
diantaranya: kelapa sawit, kelapa, jarak pagar, kemiri, kemiri minyak,
nyamplung, pongamia pinnata, biji karet, dan tanaman penghasil minyak
nabati lainnya.
b. Dalam membuat biodiesel dari bahan baku, ada beberapa proses yang harus
dilalui yaitu: pemilihan bahan baku, pengeringan bahan baku, ekstraksi
minyak dari bahan baku, pemurnian minyak, transesterifikasi, pencucian, dan
pengeringan.
c. Di Indonesia banyak terdapat tanaman penghasil minyak oleh karena itu perlu
dipilih bahan baku yang mudah didapatkan dan banyak terdapat di lingkungan
sekitar. Pemilihan lokasi prosesing yang dekat dengan lokasi bahan baku
karena bahan baku yang telah dipanen diharapkan segara dapat di proses
lebih lanjut.
d. Proses pengeringan bahan baku (biji) diperlukan untuk mengurangi air yang
terdapat pada bahan. Masih banyaknya air pada biji dapat menghambat
proses ekstraksi minyak, oleh karena itu perlu dikurangi hingga mencapai 7%.
e. Ekstraksi adalah suatu cara untuk mendapatkan minyak atau lemak dari
bahan yang diduga mengandung minyak atau lemak. Ada beberapa metode
28
ekstraksi, yaitu dengan metoda pemanasan, rnetoda pres hidrolik (hidrolic
press), metoda pres ulir (screw press) dan metoda pelarutan.
f. Proses penjernihan minyak nabati dapat dilakukan dengan pengendapan,
absorpsi atau penyaringan. Untuk mempercepat proses penyaringan dapat
dilakukan dengan gaya gravitasi, tekanan vakum maupun centrifuge.
6. Evaluasi Materi Pokok 1
1) Prinsip operasi metode ekstraksi apakah yang mempunyai langkah sebagai
berikut: bahan rnendapat tekanan dari ulir yang berputar dan dengan
sendirinya terdorong keluar, minyak keluar melalui celah diantara ulir dan
penutup yang dapat berupa pipa atau lempengan besi berongga yang
mempunyai celah dengan ukuran tertentu sedangkan ampasnya keluar dari
tempat yang lain.
a. Hidrolic press b. Screw press
c. Pelarutan d. Deguming
2) Berikut ini merupakan kelebihan metode pengepresan berulir, kecuali:
a. Kapasitas produksi menjadi lebih besar karena proses pengepresan dapat
dilakukan secara kontinyu.
b. Menghemat waktu proses produksi karena tidak diperlukan perlakuan
pendahuluan, yaitu pengecilan ukuran dan pemasakan/pemanasan.
c. Rendemen yang dihasilkan lebih tinggi.
d. Ampas yang dihasilkan lebih banyak.
3) Komponen reaktor biodiesel apakah yang berfungsi untuk mengembunkan
uap hasil proses sehingga dapat menurukan tekanan atmosfir reaktor dibawah
tekanan normal (76 cmHg).
a. Kondensor b. Heater
c. Termokopel d. Agitator
4) Komponen reaktor biodiesel apakah yang berfungsi untuk mengeluarkan gas-
gas yang tidak dapat menyublim, misalnya adalah gas amoniak. Selain itu
juga membantu mengeluarkan uap air dan sisa methanol yang tidak bereaksi
pada proses pengeringan.
a. Kondensor b. Heater
c. Pompa vakum d. Agitator
29
5) Yang bukan merupakan bagaian dari sistem agitasi dalam reaktor adalah?
a. Kondensor b. impeller blade
c. mechanical seal d. baffel
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Cocokkanlah hasil jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Materi Pokok 1 yang
terdapat pada bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban Anda yang benar.
Gunakanlah rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda
terhadap Materi Pokok 1.
Rumus:
Tingkat penguasaan =𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐽𝑎𝑤𝑎𝑏𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑠𝑜𝑎𝑙𝑥100
Arti tingkat penguasaan yang Anda capai :
90 – 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 – 79% = cukup
< 70% = kurang
Bila Anda mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat melanjutkan
dengan Materi Pokok selanjutnya. Selamat untuk Anda ! Tetapi apabila tingkat
penguasaan Anda masih di bawah 80%, Anda harus mempelajari kembali Materi
Pokok 1, terutama bagian yang belum Anda kuasai.
30
B. Materi Pokok 2
1. Standar Mutu Biodiesel
2. Indikator Keberhasilan
Setelah mengikuti kegiatan pembelajaran ini, peserta diklat dapat menjelaskan
tentang peralatan pengolah biodiesel.
3. Uraian dan Contoh
Pengembangan standar biodiesel dimulai pada tahun 1990-an untuk mendukung
peningkatan penggunaaan alkyl ester (biodiesel) dan campurannya untuk bahan
bakar mesin. Standar mutu Amerika Serikat , ASTM (The American Society for
Testing of Materials), merupakan hasil perbaikan dari standar PS121 untuk
biodiesel tahun 1991. Standar ASTM pertama untuk biodiesel (ASTM D6751)
pertama kali diadopsi pada tahun 2002 (ASTM 2002). Sedangkan di kawasan
eropa, standar biodiesel EN 14214 telah di selesaikan pada oktober 2003.
a) Standar Mutu Biodiesel Indonesia
Standar mutu biodiesel diperlukan untuk menjamin kualitas biodiesel yang
diproduksi dan diniagakan untuk membangun dan mengamankan kepercayaan
(calon-calon) konsumen/pemakai. Selain itu, dapat menuntun dan
mempercepat derap langkah penelitian & pengembangan (Riset &
Development) produksi dan pemanfaatan biodiesel yang intensitasnya kian
meningkat sehingga benar-benar terarah ke perwujudan industri biodiesel yang
tangguh di dalam negeri.
Secara umum parameter yang menjadi standar mutu biodiesel adalah
densitas, titik nyala, angka setana, viskositas kinematik, abu sulfat, energi yang
dihasilkan, bilangan iod dan residu karbon. Standar mutu biodiesel Indonesia
dapat dilihat pada Tabel 6. Standar mutu biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-
2006) merupakan hasil perwujudan dari :
1) Studi standar-standar biodiesel luar negeri
Di masa depan jangka pendek sampai menengah, penggunaan biodiesel di
Indonesia diperkirakan lebih cenderung ke bentuk campuran dengan solar
pada kadar 5 s/d 30 %-vol (B5, B10, B20, B30). Karena ini,dengan beberapa
kekecualian, rincian parameter-parameter standar biodiesel Indonesia lebih
condong ke arah standar Amerika Serikat’
31
2) Studi metode uji alternatif
Pabrik-pabrik biodiesel diperkirakan akan tersebar ke tiap kabupaten di
seantero negeri dan diusahakan oleh industri menengah sampai besar.
Tanpa mengabaikan mutu/ketelitian hasilnya, peralatan dan metode
pengujian perlu dapat terjangkau dan dilakukan oleh industri menengah,
sementara industri besar boleh juga memilih alternatif yang padat modal dan
canggih.
3) Identifikasi jenis dan potensi sumber minyak nabati di indonesia.
Salah satu fungi SNI adalah untuk melindungi produk dalam negeri, sehingga
SNI yang dibuat perlu mengakomodir berbagai jenis minyak nabati di
Indonesia. Berbeda dengan negara-negara barat, rentang asam lemak
penyusun minyak nabatinya berkisar antara C14 – C24. Di Indonesia, banyak
sumber daya minyak nabati berkomponen utama C8 – C12, misalnya minyak
kelapa, minyak inti-sawit, dan minyak dari biji pohon-pohon marga
Lauraceae. Selain itu terdapat sumber daya nabati berasam lemak unik,
yang keberadaannya di dalam biodiesel (sementara ini) diduga bakal
berakibat kurang baik, sehingga perlu dihindarkan (FBI, 2005).
Tabel 6 Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006)
Parameter dan satuannya Batas nilai Metode Uji
Massa jenis pada 40 oC, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298
Cara pembuatan : dibuat dengan melarutkan 100 gram KI ke dalam
akuades, disusul dengan pengenceran hingga bervolume 1 liter.
Larutan ini tak boleh kena cahaya.
2) Larutan indikator pati – disiapkan/dibuat dan diuji seperti diuraikan
pada no. 4 dalam bagian “Reagen-reagen”. Asam salisilat (1,25 g/l)
boleh dibubuhkan untuk mengawetkan patinya. Jika sedang tak
digunakan, larutan ini harus disimpan di dalam ruang bertemperatur 4 –
10 oC. Jika disimpan pada kondisi ini, larutan biasanya stabil selama 2
– 3 minggu. Larutan indikator yang baru harus dibuat jika titik akhir
titrasi tidak lagi tajam, atau jika larutan indikator pati gagal dalam uji
kepekaan yang telah diuraikan pada no. 4 dalam bagian “Reagen-
reagen”.
3) Larutan natrium tiosulfat 0,1 N.
Cara pembuatan : larutkan 24,8 gram Na2S2O3.5H2O ke dalam
akuades dan kemudian diencerkan sampai 1 liter. Larutan ini harus
distandarkan sebagai berikut: Pipet 25 ml larutan kalium dikhromat
standar (lihat no. 4 di bawah) ke dalam gelas piala 400 ml. Tambahkan
5 ml HCl pekat, 10 ml larutan KI (lihat no. 1 di atas) dan aduk baik-baik
dengan batang pengaduk atau pengaduk magnetik. Kemudian, biarkan
tak teraduk selama 5 menit dan selanjutnya tambahkan 100 ml
akuades. Titrasi dengan larutan natrium tiosulfat sambil terus diaduk,
sampai warna kuning hampir hilang. Tambahkan 1 – 2 ml larutan pati
dan teruskan titrasi pelahan-lahan sampai warna biru persis sirna.
Maka :
84
Normalitas lar. Na2S2O3 =2,5
Ml lar.Na2S2O3 pada titrasi
4) Larutan standar 0,1 N kalium dikhromat
Cara pembuatan : larutkan 4,9035 gram kalium dikhromat kering dan
tergerus halus ke dalam akuades di dalam labu takar 1 liter dan
kemudian mengencerkannya sampai garis batas-takar pada 25 oC.
5) Larutan/reagen Wijs; lihat no. 1 dalam bagian “Reagen-reagen”.
Prosedur analisa :
1) Timbang 0,13 – 0,15 ± 0,001 gram contoh biodiesel ester alkil ke dalam
labu iodium.
2) Tambahkan 15 ml larutan karbon tetrakhlorida (atau 20 ml camp. 50
%-v sikloheksan – 50 %-v asam asetat) dan kocok-putar labu untuk
menjamin contoh larut sempurna ke dalam pelarut.
3) Tambahkan 25 ml reagen Wijs dengan pipet seukuran dan tutup labu.
Kocok-putar labu agar isinya tercampur sempurna dan kemudian
segera simpan di tempat gelap bertemperatur 25 ± 5 oC selama 1 jam.
4) Sesudah perioda penyimpanan usai, ambil kembali labu, dan
tambahkan 20 ml larutan KI serta kemudian 150 ml akuades.
5) Sambil selalu diaduk baik-baik, titrasi isi labu dengan larutan natrium
tiosulfat 0,1 N yang sudah distandarkan (diketahui normalitas
eksaknya) sampai warna coklat iodium hampir hilang. Setelah ini
tercapai, tambahkan 2 ml larutan indikator pati dan teruskan titrasi
sampai warna biru kompleks iodium – pati persis sirna. Catat volume
titran yang dihabiskan untuk titrasi.
6) Bersamaan dengan analisis di atas, lakukan analisis blanko (tanpa
contoh biodiesel, jadi hanya langkah 2 s/d 4).
Perhitungan :
Angka iodium contoh biodiesel dapat dihitung dengan rumus :
Angka iodium, AI (%-b) = 12,69(𝐵−𝐶)𝑥𝑁
𝑊
dengan :
C = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi contoh, ml.
B = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi blangko, ml.
N = normalitas eksak larutan natrium tiosulfat.
85
W = berat eksak contoh biodiesel yang ditimbang untuk analisis, g.
Catatan peringatan:
Larutan Wijs bisa membakar-parah kulit dan uapnya bisa merusak paru-
paru serta mata. Penggunaan lemari asam sangat disarankan. Larutan
Wijs tanpa karbon tetrakhlorida bisa diperoleh dari pemasok-pemasok
bahan-bahan kimia laboratorium.
Karbon tetrakhlorida diketahui bersifat karsinogen. Zat ini toksik jika
terhisap, termakan/terminum serta terabsorpsi ke dalam kulit, serta
berdaya narkotik. Zat ini tidak boleh digunakan untuk menyingkirkan api;
pada temperatur tinggi akan terdekomposisi menghasilkan fosgen
(bahan kimia berbahaya). Angka ambang kehadirannya di udara tempat
kerja adalah 10 ppm-v. Karena ini, penanganannya harus dilakukan di
dalam lemari asam.
Asam khlorida (HCl) pekat adalah asam kuat dan akan menyebabkan
kulit terbakar. Uapnya menyebabkan peracunan jika terhirup dan
terhisap serta menimbulkan iritasi kuat pada mata dan kulit. Jas dan
sarung tangan pelindung harus dipakai ketika bekerja dengan asam ini.
Penanganannya disarankan dilakukan dalam lemari asam yang
beroperasi dengan benar. Pada pengenceran, asam harus selalu yang
ditambahkan ke air/akuades dan bukan sebaliknya.
Asam asetat murni (glasial) adalah zat yang cukup toksik jika terhisap
atau terminum. Zat ini menimbulkan iritasi kuat pada kulit dan jaringan
tubuh. Angka ambang kehadirannya di udara tempat kerja adalah 10
ppm-v.
Catatan bernomor :
1) Yang disarankan untuk digunakan adalah “pati kentang untuk
iodometri”, karena pati ini menimbulkan warna biru pekat jika berada
bersama ion iodonium. “Pati larut” saja tak disarankan karena bisa tak
membangkitkan warna biru pekat yang konsisten ketika berkontak
dengan ion iodonium. Reagen-reagen berikut diketahui cocok :
“Soluble starch for iodometry”, Fisher S516-100; “Soluble potato starch,
Sigma S-2630; “Soluble potato starch for iodometry”, J.T. Baker 4006-
04.
2) Pada temperatur kamar, tenggang waktu antara penyiapan contoh-
contoh dan pentitrasiannya tak boleh lebih dari 1,5 jam.
86
m) Uji Standar untuk Menyidik Keberadaan Gugus Siklopropenoid (FBI-A06-03)
Prosedur ini digunakan untuk menyidik secara kualitatif keberadaan gugus
siklopropenoid di dalam biodiesel ester alkil melalui uji Halphen. Gugus
siklopropenoid menimbulkan warna merah atau merah jingga dalam larutan
belerang dalam karbon disulfida dan amil alkohol panas.
Lingkup :
Dapat diterapkan untuk biodiesel yang berupa ester alkil (metil, etil, isopropil,
dsj.) dari asam-asam lemak.
Peralatan :
Tabung-tabung reaksi untuk pengujian – ukuran 250 x 25 mm.
Bak pemanas berisi minyak atau larutan jenuh garam – dapat
diatur/dipertahankan bertemperatur 110 – 115 oC.
Reagent :
Buat larutan 1 %-b belerang (S) dalam karbon disulfida (CS2) (lihat Catatan
peringatan). Kemudian tambahkan amil alkohol (C4H9CH2OH) yang
bervolume sama dengan larutan belerang dalam CS2 tersebut. Campur baik-
baik.
Prosedur pengujian :
1) Di dalam tabung reaksi uji 250 x 25 mm, campurkan 10 ml biodiesel ester
alkil dengan 10 ml reagen. Kocok baik-baik dan panaskan pelahan di
dalam air panas (70 – 80 oC) selama beberapa menit sambil kadang-
kadang dikocok, sampai semua karbon dioksida terusir oleh pendidihan
(lihat Catatan peringatan) dan cairan dalam tabung tak berbusa lagi.
2) Tempatkan tabung di dalam bak pemanas bertemperatur 110 – 115 oC
panaskan pada temperatur tersebut selama 1 – 2 jam. Perebakan warna
merah atau merah jingga pada akhir perioda ini menunjukkan keberadaan
gugus siklopropenoid (lihat Catatan bernomor 1 dan 2) .
87
3) Jika kadar gugus siklopropenoid cukup besar, reaksi positif (yaitu
perebakan warna merah atau merah jingga) bisa terjadi dalam 1 jam atau
bahkan kurang di dalam bak air pada sekitar temperatur didih.
Pemanasan dalam bak pemanas pada temperatur 110 – 115 oC selama 2
jam hanya perlu jika kadar gugus siklopropenoid sangat sedikit atau untuk
memastikan ketiadaannya.
Catatan peringatan :
Karbon disulfida adalah racun yang berbahaya jika terhirup, termakan, atau
berulang-ulang/terus-menerus berkontak dengan kulit. Peracunan kronis
bisa diakibatkan oleh keberadaan uapnya di tempat kerja. Zat ini sangat
mudah terbakar, dapat menyala karena gesekan dan, karenanya
membawa risiko kebakaran dan peledakan yang membahayakan.
Penggunaan pelarut ini harus dilakukan dengan sangat hati-hati dan
penanganannya mutlak harus dilakukan di dalam lemari asam.
Catatan bernomor :
1) Kepekatan warna sedikit-banyak berbanding lurus dengan banyak gugus
siklopropenoid di dalam contoh yang dianalisis, sehingga via
pembandingan visual dengan contoh yang kadar gugus
siklopropenoidnya diketahui, kadar gugus siklopropenoid dapat
diperkirakan. Sekalipun demikian, nilai kadar yang diperoleh dengan cara
visual ini hanya merupakan taksiran kasar.
2) Hidrogenasi dan pemanasan akan mengurangi atau bahkan
memusnahkan kapasitas perebakan warna merah atau merah jingga.
4. Latihan
1) Upaya apa yang harus dilakukan ketika mengadakan pengukuran parameter
kualitas biodiesel dengan bahan asam khlorida?
Jawab: Asam khlorida (HCl) pekat adalah asam kuat dan akan menyebabkan
kulit terbakar. Uapnya menyebabkan peracunan jika terhirup dan terhisap
serta menimbulkan iritasi kuat pada mata dan kulit. Jas dan sarung tangan
pelindung harus dipakai ketika bekerja dengan asam ini. Penanganannya
disarankan dilakukan dalam lemari asam yang beroperasi dengan benar.
88
Pada pengenceran, asam harus selalu yang ditambahkan ke air/akuades dan
bukan sebaliknya.
2) Sebutkan peralatan-peralatan yang dipakai pada uji flash point?
Jawab: Peralatan-peralatan yang dipakai pada uji flash point adalah: pensky-
martens closed cup flash test, gas pembakar alami (ignition source), dan
termometer.
3) Sebutkan definisi dari bilangan penyabunan?
Jawab: Bilangan penyabunan adalah banyak miligram KOH yang dibutuhkan
untuk menyabunkan satu (1) gram contoh biodiesel.
4) Apakah maksud dari uji standar kadar fosfor pada penentuan mutu biodiesel?
Jawab: Prosedur pengujian ini digunakan untuk menentukan kadar fosfor
dalam biodiesel yang dihasilkan melalui pengabuan contoh biodiesel ester
alkil yang telah ditambahi seng oksida (ZnO), disusul dengan pengukuran
spektrofotometrik fosfor sebagai kompleks asam fosfomolibdat yang berwarna
biru.
5) Jelaskan tentang bilangan iodium?
Jawab: Bilangan iodium adalah ukuran empirik banyaknya ikatan rangkap
(dua) di dalam (asam-asam lemak penyusun) biodiesel dan dinyatakan dalam
sentigram iodium yang diabsorpsi per gram contoh biodiesel (%-b iodium
terabsorpsi). Satu mol iodium terabsorpsi setara dengan satu mol ikatan
rangkap (dua).
5. Rangkuman
a. Densitas merupakan perbandingan berat dari suatu volume sampel pada
suhu 25 oC dengan berat air pada volume dan suhu yang sama.
b. Viskositas diartikan sebagai ukuran ketahanan bahan bakar untuk mengalir.
Viskositas berpengaruh secara langsung pada penetrasi pola semprotan
pada bilik pembakaran sehingga juga berpengaruh pada atomisasi bahan
bakar dan efisiensi pembakaran.
c. Cetane number adalah ukuran kualitas suatu pembakaran bahan baker diesel
yang dinyatakan dengan ketertundaan (delay) pembakaran bahan baker,
yaitu selisih antara awal injeksi dan awal terjadinya pembakaran bahan bakar.
89
d. Flash point merupakan suhu terendah dimana aplikasi suatu pembakar
(ignition) menyebabkan uap suatu specimen terbakar pada kondisi uji yang
spesifik. Suatu contoh menyala jika api secara nyata muncul dan merambat
secara spontan dan sempurna di atas permukaan contoh. Halo biru tidak
didefinisikan sebagai titik nyala.
e. Crude petroleum mengandung komponen sulfur yang kebanyakan dapat
dipisahkan selama pemurnian. Dimana, keberadaan komponen sulfur di
dalam produk petroleum dapat menyebabkan korosi pada beberapa jenis
metal dan tingkat korosivitas ini tidak selamanya berbanding lurus dengan
total sulfur. Sulfur ini menyebabkan efek yang berbeda tergantung dari
struktur kimia sulfur yang terkandung di dalamnya.
f. Debu sulfat adalah residu yang tertinggal setelah sample dikarbonisasi dan
umumnya residu ini kemudian di treatment dengan menggunakan asam
klorida dan dipanaskan hingga berat konstan.
6. Evaluasi Materi Pokok 3
1) Yang merupakan alat untuk mengukur densitas adalah…
a. Piknometer c. Viskometer
b. Buret d. Injektor
2) Berikut ini merupakan instrumen dalam pengukuran cetane number, kecuali…
a. Cetane meter c. Termometer
b. Buret d. Injektor
3) Larutan-larutan berikut digunakan dalam uji viskositas kinematik, kecuali…
a. Asam kromat c. Asam sulfat
b. xylene d. aquades
4) Apakah reagent yang dipakai pada pelarut pencuci untuk uji korosi cu pada
analisa mutu biodiesel…
a. Iso oktana c. n-heksadekan
b. n-tetradekan d. Silikon cair
5) Disebut apakah banyaknya miligram KOH yang dibutuhkan untuk
menetralkan asam-asam bebas di dalam satu gram sampel biodiesel…
a. Bilangan asam c. Sulfated ash
b. Kadar fosfor d. Flash point
90
7. Umpan Balik dan Tindak Lanjut
Cocokkanlah hasil jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Materi Pokok 3 yang
terdapat pada bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban Anda yang benar.
Gunakanlah rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda
terhadap Materi Pokok 3.
Rumus:
Tingkat penguasaan =𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑗𝑎𝑤𝑎𝑏𝑎𝑛 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑠𝑜𝑎𝑙𝑥100
Arti tingkat penguasaan yang Anda capai :
90 – 100% = baik sekali
80 - 89% = baik
70 – 79% = cukup
< 70% = kurang
Bila Anda mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat melanjutkan
dengan Materi Pokok selanjutnya. Selamat untuk Anda ! Tetapi apabila tingkat
penguasaan Anda masih di bawah 80%, Anda harus mempelajari kembali Materi
Pokok 3, terutama bagian yang belum Anda kuasai.
BAB III
PENUTUP
Pemanasan global yang memicu terjadinya perubahan iklim telah menjadi perhatian
masyarakat dunia. Kerangka Konvensi untuk Perubahan Iklim telah disetujui oleh
167 negara. Kerangka ini mengikat secara moral semua negara-negara industri
untuk menstabilkan emisi CO2. Penggunaan bahan bakar fosil merupakan sumber
utama emisi CO2 di dunia dan mencapai 74% dari total emisi GRK. Oleh karena itu
dicari bahan bakar yang ramah lingkungan. Salah satunya adalah Biodiesel.
Pengolahan biodiesel dari tanaman memerlukan beberapa alat yang spesifik
tergantung jenis bahan baku yang digunakan, kecuali reaktor biodiesel. Reaktor
biodiesel hasil pengembangan telah mampu mengolah segala jenis minyak nabati.
91
Alat-alat yang tersedia hingga saat ini perlu dilakukan proses penyempurnaan
berdasarkan kebutuhan.
92
KUNCI JAWABAN
a. Evaluasi Materi Pokok 1 1. a 2. b 3. a 4. b 5. a
b. Evaluasi Materi Pokok 2 1. d 2. c 3. b 4. a 5. d
c. Evaluasi Materi Pokok 3 1. a 2. b 3. c 4. d 5. c
93
DAFTAR PUSTAKA
Benchmarking of Biodiesel Fuel Standardization in East Asia Working Group (2010), ‘Biodiesel Fuel Standardization Activities’ inGoto, S., M. Oguma,and N. Chollacoop, EAS-ERIA Biodiesel Fuel Trade Handbook: 2010, Jakarta: ERIA, pp.16-26.
Berry, S. K. (1979), Cyclopropenoid Fatty Acids in Some Malaysian Edible Seeds and Nuts, Journal of Food Science and Technology, 17, pp. 224-227.
FBI. 2005. Standar Tentatif Biodiesel Indonesia. Makalah seminar : Forum Biodiesel Indonesia : 02 Maret 2005.
Greenberg, A., J. Harris. (1982), Cyclopropenoid Fatty Acid, Journal of Chemical Education, 59, pp. 539 – 543.
Harrington KJ. Chemical and physical properties of vegetable oil esters and their effect on diesel fuel performance. Biomass 1986;9:1–17.
Haryati, Tuti. 2006. Biogas : Limbah Peternakan Yang Menjadi Sumber Energi Alternatif. WARTAZOA 16 (3) : 160 -169.
Hudaya, Tedi., T. H. Soerawidjaja, dan Liana. 2011. Studi Hidrogenasi Minyak Biji Kapok dengan Katalis Pd/C untuk Bahan Baku Biodiesel. Laporan Penelitian Lembaga Penelitian & Pengabdian Masyarakat : Fakultas Teknologi Industri - Universitas Katolik Parahyangan.
Knothe G, Sharp CA, Ryan TW. Exhaust emissions of biodiesel, petrodiesel,neat methyl esters, and alkanes in a new technology engine. Energy Fuels2006;20:403–8.
Lopez JM, Gomez A, Aparicio F, Javier Sanchez F. Comparison of GHG emissions from diesel, biodiesel and natural gas refuse trucks of the City of Madrid. Appl Energy 2009;86:610–5.
Meher, L.C., S. D. Vidya, and S.N. Naik. 2006. Technical aspects of biodiesel production by transesterification–a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 10 (3): 248–268.
Mudge SM, Pereira G. Stimulating the biodegradation of crude oil with biodiesel preliminary results. Spill Sci Technol Bull 1999;5:353–5.
Ramos. M. J., C. M. Fernández, A. Casas, L. Rodríguez, and Á. Pérez. 2009. Influence of fatty acid composition of raw materials on biodiesel properties. Bioresource Technology 100: 261–268.
Saraf S. and B. Thomas. 2007. Influence of feedstock and process chemistry on biodiesel quality. Process Safety and Environmental Protection 85: 360–364.
Speidel HK, Lightner RL, Ahmed I. Biodegradability of new engineered fuels compared to conventional petroleum fuels and alternative fuels in current use. Appl Biochem Biotechnol 2000;84–86:879–97.
Sunthitikawinsakul A. and N. Sangatith. 2012. Study on the quantitative fatty acids correlation of fried vegetable oil for biodiesel with heating value. Procedia
94
Engineering 32: 219 – 224.
USEPA. A comprehensive analysis of biodiesel impacts on exhaust emissions. Draft Technical Report. USEPA; 2002.