PENGARUH TIPE KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL
TURUNAN MINYAK KACANG TANAH MELALUI TRANSESTERIFIKASI DENGAN LAMA
REAKSI 3 JAM
BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 BIODIESELBiodiesel merupakan bahan
bakar yang diperoleh dari proses esterifikasi atau
transesterifikasi asam lemak dengan alkohol dan bantuan katalis.
Asam lemak tersebut berasal dari tumbuh-tumbuhan ataupun dari hewan
yang viskositasnya hampir sama dengan solar. Biodiesel dapat
diperoleh melalui suatu proses yang disebut reaksi esterifikasi
asam lemak bebas atau reaksi transesterifikasi trigliserida dengan
metanol dan dari reaksi ini akan dihasilkan metil ester/etil ester
asam lemak dan gliserida.
Katalis
Trigliserida + Metanol /Eter Metil ester/Etil ester +
GliserolKadar polusi yang ditimbulkannya rendah dibandingkan solar,
emisi gas buang lokal lebih aman. Emisi langsung kendaraan diesel
dengan bahan bakar biodiesel lebih tidak beracun dibandingkan
dengan bahan bakar solar. Efek pengurangan karbon monoksida yang
sangat beracun, efek pengurangan emisi hidrokarbon tak terbakar
(unburn hydrocarbon) adalah keuntungan pemakaian biodiesel secara
langsung karena membantu pengurangan efek pemanasan global yang
sangat berbahaya bagi kehidupan manusia.
Biodiesel memiliki efek pelumasan yang sangat tinggi, sehingga
membuat mesin diesel lebih awet. Biodiesel juga memiliki angka
setana relatif tinggi, mengurangi ketukan pada mesin sehingga mesin
bekerja lebih mulus. Biodiesel juga memiliki flash point yang lebih
tinggi dibandingkan dengan solar, tidak menimbulkan bau yang
berbahaya sehingga lebih mudah dan aman untuk ditangani. Keunggulan
biodiesel lainya seperti dapat diperbaharui, biodegradabel (dapat
terurai oleh mikroorganisme), tidak mengandung sulfur dan benzene
yang mempunyai sifat karsinogen. Dapat dengan mudah dicampur dengan
solar dalam berbagai komposisi dan tidak memerlukan modifikasi
mesin apapun. Mengurangi asap hitam dari gas buang mesin diesel
secara signifikan walaupun penambahan hanya
5%10% volum biodiesel kedalam solar, memberikan nilai tambah
pada sektor agribisnis mendorong penggunaan biodiesel mulai
mendapat perhatian dunia sebagai alternatif bahan bakar pengganti
solar.
2.2 BAHAN BAKU BIODIESELIndonesia sebagai daerah tropis yang
subur diberkahi oleh Tuhan Yang Maha Esa dengan berbagai
keanekaragaman hayati, tabel 2.1 daftar beberapa jenis tanaman yang
dapat di kembangkan sebagai bahan baku untuk menghasilkan energi
alternatif (biodiesel). Salah satu diantaranya adalah kacang tanah
untuk menggantikan bahan bakar minyak bumi sebagai pengganti minyak
solar.
Tabel 2.1 Jenis Tanaman Bahan Baku Biodiesel
Sumber: Eka Tjipta Foundatiaon, 2008
Minyak nabati mengandung 90-98% trigliserida dan sejumlah kecil
mono dan digliserida. Trigliserida adalah ester dari tiga asam
lemak rantai panjang yang terikat pada satu gugus gliserol. Dalam
minyak nabati pada umumnya terdapat
lima jenis asam lemak yaitu: asam stearat, asam palmitat, asam
oleat, asam linoleat dan asam linolenat. Asam stearat dan asam
palmitat termasuk jenis asam lemak jenuh, asam oleat, asam
linoleat, asam linolenat termasuk asam lemak tak jenuh, jika asam
lemak terlepas dari trigliseridanya maka akan menjadi lemak asam
bebas (free fatty acids = FFA). Minyak nabati sebagai bahan baku
pembuatan biodiesel dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis
berdasarkan kandungan FFA (Kinast, J. A., 2003) yakni Refined Oil,
minyak nabati dengan kandungan FFA kurang dari 1,5%, minyak nabati
dengan kandungan FFA rendah kurang dari 4%, minyak nabati dengan
kandungan FFA tinggi lebih dari 20%. Berdasarkan kandungan FFA
dalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel dapat dibedakan
atas dua bagian yaitu:
1. Transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa untuk
refined Oil atau minyak nabati dengan kandungan FFA rendah.
2. Esterifikasi dengan katalis asam untuk minyak nabati dengan
kandungan FFA yang tinggi di lanjutkan dengan transesterifikasi
dengan katalis basa.
Dari hasil uji Gascromatografi (GC) terhadap minyak kacang tanah
yang digunakan sebagai bahan baku untuk menghasilkan biodiesel
diperoleh kandungan asam lemak bebas (FFA) 0,58 lebih kecil dari
1,5%, berdasarkan kandungan FFA maka untuk memperoleh biodiesel
turunan minyak kacang tanah dapat dilakukan dengan proses
transesterifikasi dengan katalis basa.
Minyak kacang tanah mengandung asam lemak jenuh dengan komposisi
sebagai berikut tabel dibawah ini.
Tabel 2.2 Jenis Asam Lemak Yang Terkandung Dalam Minyak Kacang
Tanah
Nama asam Struktur %Asam Palmitat CH3(CH2)14 CO2H atauC16H32O2
12,2
Asam Stearat CH3(CH2)16CO2H atau C18H36O2 4,5
Asam Oleat CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H atau
C18H34O2{C18F1}Asam Linoleat CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H
atau
C18H32O2{C18F2}Asam Linolenat
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2=CH(CH2)7CO2H atau C18H30O2{C18F3}
40,2
36,8
1,3
2.3 PROSES PRODUKSI BIODIESEL TURUNAN MINYAK KACANG TANAHProses
produksi biodiesel dari bahan baku minyak nabati berkadar FFA
yang rendah dengan metode transesterifikasi terdiri dari:
1. Pencampuran katalis dan metanol pada konsentrasi katalis
antara
0,5-1 wt% dan 10-20 wt% metanol terhadap massa minyak
nabati.
2. Pencampuran katalis dan metanol dengan minyak pada
temperatur
55-65 oC dengan kecepatan pengadukan yang konstan.
3. Setelah reaksi berhenti, campuran didiamkan sehingga terjadi
pemisahan metil ester dengan gliserol.
4. Pencucian metil ester dengan menggunakan air hangat untuk
memisahkan zat-zat pengotor seperti sisa metanol, sisa katalis,
gliserol, dan sabun, kemudian dilanjutkan dengan drying untuk
menguapkan air yang terkandung dalam biodiesel (Hambali, E.,
2008).Minyak kacang tanah sebelum dimasukkan kedalam reaktor
terlebih dahulu ditambahkan katalis dalam larutan metanol,
sedangkan hasil produksi dari reaktor
tersebut adalah biodiesel yang masih memerlukan prosses
pencucian dan pemurnian sehingga diperoleh biodiesel yang memenuhi
syarat sebagai bahan bakar. Proses pembuatan biodiesel turunan
minyak kacang tanah dapat dilihat
pada diagram berikut ini:Biji kacang tanah
Ekstraksi kacang tanah
Rotavapour hasil ekstraksi
Minyak kacang tanah
Titrasi/GCCosolvent
Eter
Katalis
KOH/CaOReaktorPencucianPemisahanGliserol Biodiesel Pemurnian
biodiesel
FAME
Gambar 2.1 Proses Pembuatan Biodiesel Turunan Minyak Kacang
Tanah
2.4 STANDART BIODIESEL DI INDONESIABiodiesel yang dihasilkan
diuji apakah memenuhi standart (Kualitas) yang sudah dibakukan
dalam SNI -04-7182-2006, yang telah disahkan dan diterbitkan oleh
Badan Standarisasi Nasional (BSN) tanggal 22 Pebruari 2006 berlaku
di Indonesia seperti tabel dibawah ini:
Tabel 2.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut
SNI-04-7182-2006Parameter dan satuannyao
Batas nilai Metode uji Metode setara3 850 890 ASTM D 1298 ISO
3675Massa jenis pada 40
C, kg/m
Viskositas kinematik pada 40
2,3 6,0 ASTM D 445 ISO 3104o 2C, mm /s (cSt)
Angka setana min. 51 ASTMD 613 ISO 5165Titik nyala (mangkok
tertutup),oC
min. 100 ASTM D 93 ISO 2710
Titik kabut,
C maks. 18 ASTM D 2500 -Korosi bilah tembaga ( 3o
maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160
jam, 50 C)Residu karbon, %-berat,
- dalam contoh asli
- dalam 10% ampas distilasi
Maks. 0,05 (maks 0,03)
ASTM D 4530 ISO 10370Air dan sedimen, %-vol. maks. 0,05 ASTM D
2709 -Temperatur distilasi 90%,
oC maks. 360 ASTM D 1160 -Abu tersulfatkan, %-berat maks. 0,02
ASTM D 874 ISO 3987
Belerang, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 Pr EN ISO
20884Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03
Angka asam, mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03
Gliserol bebas, %-berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Gliserol total, %-berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Kadar ester alkil, %-berat Min. 96,5 Dihitung *) FBI-A03-03
Angka iodium, g-I /(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25
FBI-A04-032
Uji Halphen Negative AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03Sumber:
Soerawidjaja, 2006
2.5 KATALISKatalis adalah suatu zat yang mempercepat suatu laju
reaksi dan menurunkan energi aktivasi, namun zat tersebut tidak
habis bereaksi. Ketika reaksi selesai, kita akan mendapatkan massa
katalis yang sama seperti pada awal kita tambahkan. Zat yang
menghambat berlangsungnya reaksi disebut inhibitor. Dalam suatu
reaksi kimia, katalis tidak ikut bereaksi secara tetap sehingga
dianggap tidak ikut bereaksi. Secara umum, katalis yang digunakan
dalam reaksi kimia ada tiga jenis, yaitu katalis homogen, katalis
heterogen, biokatalis (Enzim), dan Autokatalis.
2.5.1 Katalis HomogenAdalah katalis yang wujudnya sama dengan
wujud reaktannya. Dalam reaksi kimia, katalis homogen berfungsi
sebagai zat perantara (fasilitator). Beberapa jenis katalis homogen
yang telah digunakan antara lain NaOH, KOH, ZA, ZA kering, ZKOH,
dan Z-KOH kering terjadi reaksi dibawah ini:
R-COOH + NaOH RCOONa + H2O
OH2C O
C R' O
Okatalis
H2C OHCH O
C R'' O
+ CH3OH 3 R C
OCH3 +
HC OHH2C OHH2C
O C R'''Trigliserida Metanol Metil Ester Gliserol
Gambar 2.2 Reaksi Transesterifikasi Dengan Katalis Homogen
Penggunaan katalis ini mempunyai kekurangan seperti sifat
korosif yang tinggi dan katalis ini tidak mungkin digunakan kembali
sehingga dalam proses pembuatan metil ester ini NaOH dibuang dalam
bentuk larutan dan mengganggu lingkungan.
2.5.2 Katalis HeterogenAdalah katalis yang wujudnya berbeda
dengan wujud reaktannya. Reaksi zat-zat yang melibatkan katalis
jenis ini, berlangsung pada permukaan katalis tersebut. Reaksi fase
gas dan fase cair dikatalisa oleh katalis heterogen biasanya lebih
mungkin terjadi di permukaan katalis dari pada di fase gas atau
fase cair. Untuk alasan ini maka kadangkala katalis heterogen
disebut katalis kontak. Beberapa jenis katalis heterogen yang telah
dilaporkan antara lain CaO, MgO. Proses katalis heterogen
sedikitnya dapat melalui 4 tahap yakni:
1. Difusi produk dari permukaan katalis
2. Reaksi reaktan yang diserap
3. Aktivasi penyerapan reaktan
4. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis
Reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis heterogen
(CaO) seperti dibawah ini:
OCH3 HCaO + CH3OH
Ca OOR' C O
O CH2
OCH3 H
OR'C O
O CH2"R C O CH
+ Ca O
"R C O CH
OCH3CH2 O C R"'
CH2 O C R"'OO-OR'C O
O CH2
OR'C O
O CH2O"R C O CH
OCH3
"R C O CH
+ R C
OCH3CH2 O C R"'
CH2 O-O-OO
R' C H
O CH2"R C O
CHCH2 O-
CH2 OHOR'C O
O CH2
O CH2 OH"R C
O CH
+ 3 CH3OH 3 R C
OCH3 +
HC OHO CH2 OHR C O CH2
(Hue, L., 2007)Gambar 2.3 Reaksi Transesterifikasi Dengan
Katalis Heterogen
2.5.3 Biokatalis (Enzim)Adalah katalis yang memiliki keunggulan
sifat (aktivitas tinggi, selektivitas dan spesifitas) sehingga
dapat dapat membantu prosesproses kimia kompleks pada kondisi lunak
dan ramah lingkungan. Kelemahannya antara lain sangat mahal, sering
tidak stabil, mudah terhambat, tidak dapat diperoleh kembali
setelah dipakai. Salah satu Biokatalis yang telah dilaporkan
penggunaanya adalah Enzim lipase (Triacylglycerol
Acllydrolases).
Enzim lipase atau enzim pemecah lemak dipakai dalam reaksi
pembuatan biodiesel. Enzim itu dapat mengatalisis, menghidrolisis,
serta menyintesis bentuk ester dari gliserol dan asam lemak rantai
panjang seperti halnya minyak goreng dan jelantah. Berbeda dengan
katalis soda api yang masih menghasilkan limbah, katalis enzim
tidak menghasilkan limbah. Pasalnya, dengan menggunakan enzim
lipase, asam lemak bebas akan larut dan menjadi biodiesel. Yang
diperlukan hanya menyaring kotoran-kotoran berupa kerak yang sering
ada, khususnya pada minyak jelantah, (Luthfi, 2009). Untuk membuat
biodiesel dengan katalis enzim lipase, hal yang harus dilakukan
pertama kali adalah menyiapkan enzim lipase ke dalam sebuah
penampang berupa membrane tertentu. Dengan menggunakan dua filter
lipase sebagai katalisnya. Filter pertama digunakan untuk menyaring
60 persen kotoran, dan sisa kotoran yang sebanyak 40 persen
disaring oleh filter kedua. Alhasil, total kotoran yang berhasil
disaring mencapai 100 persen Enzim ditempelkan pada filter. Ketika
minyak lewat, berarti telah menjadi biodiesel. Sekarang ini harga
enzim masih berkisar satu juta hingga tiga juta rupiah per
kilogram. Untuk filter berukuran satu meter persegi, dibutuhkan
tiga gram enzim .2.5.4 Autokatalis.Adalah zat hasil reaksi yang
berfungsi sebagai katalis. Artinya, produk reaksi yang terbentuk
akan mempercepat reaksi kimia. Reaksi antara kalium permanganat
(KMnO4) dengan asam oksalat (H2C2O4) salah satu hasil reaksinya
berupa senyawa mangan sulfat (MnSO4). Semakin lama, laju
reaksinya akan semakin cepat karena MnSO4 yang terbentuk berfungsi
sebagai katalis.
2KMnO4(aq) + 5H2C2O4(aq) + 3H2SO4(aq) 2MnSO4(aq) + 10CO2(g) +
K2SO4(aq) + 8H2O(l)Untuk meningkatkan laju reaksi kita perlu untuk
meningkatkan jumlah tumbukan- tumbukan yang menghasilkan reaksi.
Salah satu cara yang efektif adalah dengan menurunkan energi
aktivasi. Penambahan katalis dapat menurunkan energi aktivasi.
Suatu reaksi eksoterm AB(g) + C(g) --> AC(g) + B(g). Reaksi ini
berlangsung lambat, karena energi aktivasinya (Ea) lebih besar
dibanding energimolekulnya. Hanya sebagian kecil molekul yang
mencapai Ea.
Gambar 2.4 Perubahan Energi Aktivasi Setelah Menggunakan
Katalis
Berdasarkan diagram di atas, Ea' dengan katalis lebih rendah.
Katalis itu berupa zat yang dicampurkan dengan reaktan. Jika reaksi
di atas tanpa katalis, AB dan C bertumbukan sampai mencapai Ea yang
relatif tinggi. Karena umumnya energi molekulnya rendah, jadi
tumbukan yang terjadi tidak efektif. Ea sangat sulit dicapai. Untuk
itu maka ditambahkan zat yang bertindak sebagai katalis.
Ternyata pada saat katalis dicampurkan reaksi makin cepat. Jelas
bahwa katalis itu dapat mempengaruhi salah satu reaktan. Misalnya
dalam reaksi ini katalis cocok
sifatnya dengan AB. Maka seperti robot AB tertarik ke katalis
membentuk KAB. KAB tergolong kompleks teraktivasi yang merupakan
tahap reaksi hipotesis; KAB kemudian terurai menjadi KA dan B.
Setelah itu terjadi tahap reaksi berikutnya, yaitu C ditarik oleh
KA menjadi KAC yang kemudian langsung K lepas dan terbentuklah
AC.
Mekanisme reaksi di atas adalah:
K + AB --> KAB --> KA + B (lambat) KA + C --> KAC
--> K + AC (cepat) K+AB+C-->K+AC+B
Jadi katalis ikut ambil bagian dalam reaksi, memberi jalan baru
melalui mekanisme reaksi baru yang energi aktivasinya lebih rendah,
kemudian terbentuk kembali dalam keadaan yang sama. Katalis dapat
berfungsi sebagai zat perantara maupun sebagai zat pengikat.
2.5.4.1 Katalis sebagai zat parantara
Perhatikan contoh berikut ini:
Reaksi tanpa katalis: A+B ---> AB (lambat) Reaksi dengan
katalis: A+B ---> AB (cepat) Mekanisme reaksi dapat dijelaskan
sebagai berikut:
B + K ---> BK BK+A ---> A-B-K A-B-K ---> A-B +K
Dengan terikatnya zat B pada katalis, senyawa B-K yang terbentuk
menjadi lebih reaktif ketika bereaksi dengan A sehingga terbentuk
senyawa AB-K. Pada tahap berikutnya, dihasilkan senyawa AB dan
katalis K diperoleh kembali dalam jumlah yang sama seperti semula.
Jadi, katalis ikut bereaksi, namun pada akhir reaksi bentuk dan
jumlahnya tidak berubah.
2.5.4.2 Katalis sebagai zat pengikat
Katalis yang berfungsi sebagai zat pengikat, yaitu logam-logam
seperti Pt, Cr, dan Ni. Permukaan logam-logam ini memiliki
kemampuan mengikat zat yang akan bereaksi sehingga terbentuk spesi
yang reaktif. Logam-logam ini mempercepat reaksi-reaksi gas dengan
cara membentuk ikatan lemah antara gas dan atom-atom logam pada
permukaan, proses ini disebut adsorpsi. Gas-gas yang terikat pada
permukaan logam lebih mudah bereaksi dibandingkan jika gas-gas
tersebut berada di udara. Setelah terjadi reaksi, produk hasil
reaksi melepaskan ikatannya dengan permukaan logam, proses ini
disebut dengan desorpsi. Katalis hanya mempengaruhi laju mencapaian
kesetimbangan, tidak berpengaruh dalam hasil reaksi dan konsentrasi
atau massa zat setelah reaksi. Jumlah katalis setelah reaksi
berlangsung akan sama dengan jumlah katalis sebelum terjadinya
reaksi.
2.6 ALKOHOLKekentalan minyak nabati dapat dikurangi dengan
memotong cabang rantai carbon dengan proses transesterifikasi
dengan menggunakan alkohol rantai pendek. Alkohol yang biasa
digunakan adalah metanol dan etanol. Metanol merupakan jenis
alkohol yang paling disukai dalam pembuatan biodiesel karena
metanol (CH3OH) mempunyai keuntungan lebih mudah bereaksi atau
lebih stabil dibandingkan dengan etanol (C2H5OH) karena metanol
memiliki satu ikatan karbon sedangkan etanol memiliki dua ikatan
karbon, sehingga lebih mudah memperoleh pemisahan gliserol
dibanding dengan etanol, untuk mendapatkan hasil biodiesl yang sama
penggunaan etanol 1,4 kali lebih banyak dibanding dengan metanol.
Kerugiannya metanol merupakan zat beracun dan berbahaya bagi kulit,
mata, paru-paru dan pencernaan dan dapat merusak plastik dan karet
terbuat dari batu bara. Metanol berwarna bening seperti air, mudah
menguap, mudah terbakar dan mudah bercampur dengan air. Etanol
lebih aman, tidak beracun dan terbuat dari hasil pertanian, etanol
memiliki sifat yang sama dengan metanol yaitu berwarna bening
seperti air, mudah menguap, mudah terbakar dan mudah
bercampur dengan air. Pemisahan gliserin dengan menggunakan
etanol lebih sulit dari metanol dan jika tidak berhati-hati akan
berakhir dengan emulsi. Metanol dan etanol yang dapat digunakan
hanya yang murni 99%. Metanol memiliki massa jenis 0,7915 g/m3 dan
titik didih 65 oC, sedangkan etanol memiliki massa jenis
0,79 g/m3 dan titik didih 79 oC.
2.7 REAKSI TRANSESTERIFIKASITranseseterifikasi adalah proses
yang mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani
dengan alkohol rantai pendek hingga menghasilkan metal ester asam
lemak (Fatty Acids Methyl Esters = FAME) atau biodiesel dan
gliserol sebagai produk samping. Reaksi transesterifikasi
diperlihatkan pada gambar 2.1, proses ini akan dapat berlangsung
dengan
mengunakan katalis alkali/basa pada tekanan 1 atmosfer
temperatur 65 oC dengan
menggunakan Alkohol, katalis yang biasa digunakan adalah Kalium
Hidroksida atau Natrium Hidroksida. Proses transesterifikasi
meliputi: Katalis basa (KOH) dicampur dengan alkohol (metanol) dan
minyak nabati dengan perbandingan katalis basa 1% dari minyak
nabati sedangkan perbandingan molar antara metanol dengan minyak
nabati adalah 1:6 dengan kadar asam lemak bebas (FFA) di bawah
1% untuk mengasilkan rendemen yang maksimum (Darnoko, D.,
2000).Fartor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi:
1. Pengaruh air dan kandungan asam lemak bebas
Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus bebas air,
karena air akan bereaksi dengan katalis sehingga jumlah katalis
akan berkurang, dan harus memiliki angka asam lemak bebas <
1.
2. Perbandingan molar alkohol dengan minyak nabati
Secara stoikiometri jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi
3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil
ester dan 1
mol gliserol. Semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan maka
konversi ester yang dihasilkan akan bertambah banyak dan pada rasio
molar 1:6 setelah 1 jam konversi yang dihasilkan 98-99%, sedangkan
pada rasio molar 1:3 adalah 74-89%. Maka rasio molar yang terbaik
adalah 1:6 karena dapat menghasilkan rendemen yang optimum.
3. Katalis
Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dan menurunkan energi
aktiviasi sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu kamar
sedangkan tanpa katalis reaksi dapat berlangsung pada suhu 250 oC,
katalis yang biasa digunakan dalam reaksi transesterifikasi adalah
katalis basa seperti Kalium Hodroksida dan Natrium Hidroksida.
Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa akan menghasilkan
konversi minyak nabati menjadi ester yang optimum (94-99%) dengan
jumlah
katalis 0,51,5% wt minyak nabati. Jumlah katalis KOH yang
efektif untuk menghasilkan konversi yang optimum pada reaksi
transesterifikasi adalah 1% wt minyak nabati (Darnoko, D., 2000).4.
Suhu
Suhumempengaruhi kecepatan reaksi transesterifikasi dalam
pembentukan biodiesel. Pada umumnya reaksi transesterifikasi
dilakukan pada suhu 6065 oC pada tekanan atmosfer. Kecepatan reaksi
akan meningkat sejalan dengan kenaikan temperatur yang berarti
semakin banyak energi yang dapat digunakan reaksi untuk mencapai
energi aktivasi sehingga akan menyebabkan semakin banyak tumbukan
yang terjadi antara molekul-molekul reaktan.
5. Lama Reaksi
Semakin lama waktu reaksi semakin banyak eter yang dihasilkan
karena situasi ini akan memberikan kesempatan terhadap molekul-
molekul reaktan untuk semakin lama bertumbukan.
6. Pengadukan
Pengadukan dilakukan dengan tujuan untuk menghasilkan campuran
yang homogen antara gliserida dan alkohol pada saat terjadi reaksi
transesterifikasi.
2.8 SIFAT SIFAT PENTING DARI BIODIESEL2.8.1 Massa Jenis (
Densitas )Kerapatan suatu fluida ( ) dapat didefinisikan sebagai
massa persatuan volume.
= m v
(2.1)
Dengan: = rapat massa (kg/m3)
m = massa (kg)
v = volume (m3)
Yang mempengaruhi densitas adalah faktor gliserol yang terdapat
dalam metil ester (FAME). Semakin besar kadar densitas menunjukkan
bahwa proses pencucian dan pemurnian kurang sempurna dilakukan.
Densitas dari suatu FAME sebanding dengan viskositas, artinya
semakin besar densitasnya semakin besar pula viskositasnya
(Benedict, 2010).2.8.2 ViskositasViskositas (kekentalan) merupakan
sifat intrinsik fluida yang menunjukkan resistensi fluida terhadap
aliran. Hubungan antara tegangan geser dinding dengan
viskositas untuk fluida Newton bisa dilihat pada persamaan
berikut ini: W =
( u
/ y
y = o
(2.2)Dengan: = kekentalan dinamik (Poise)
= tegangan geser fluida (Newton/m 2 )
u = kecepatan relatif kedua permukaan (m/s)
y = tebal lapisan filem fluida (m)
Sedangkan hubungan antara tegangan geser dinding dengan
penurunan tekanan
(pressure drop) adalah sebagai berikut:Dengan: D = diameter pipa
(m)
p = penurunan tekanan (Pa)
L = panjang pipa yang ditinjau (m)
(2.3)
Dari Persamaan diatas dapat dilihat bahwa viskositas fluida
berpengaruh langsung terhadap besarnya penurunan tekanan yang
dialami oleh fluida tersebut. Penurunan tekanan (pressure drop)
fluida berkaitan dengan energi pengaliran fluida sebagai
berikut:
Dengan: P = daya (Watt)
Q = debit fluida (m3/s)
(2.4)
Persamaanpersamaan diatas menunjukkan bahwa fluida dengan
viskositas tinggi lebih sulit untuk dialirkan dibandingkan dengan
fluida dengan viskositas rendah. Bila energi pengaliran yang
tersedia tetap, maka fluida dengan viskositas tinggi
akan mengalir dengan kecepatan lebih rendah. Gesekan yang
terjadi didalam bagian cairan yang berpindah dari suatu bahan ke
bahan lain mempengaruhi pengontrolan bahan bakar dengan injeksi ke
ruang pembakaran, Akibatnya terbentuk endapan pada mesin (Knothe,
G., 2005).
Kecepatan alir bahan bakar melalui injektor akan mempengaruhi
derajat atomisasi bahan bakar di dalam ruang bakar. Viskositas
bahan bakar juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan
bahan bakar tersebut bercampur dengan udara. Visikositas yang
tinggi cenderung menjadi masalah dari bahan bakar, dan ini menjadi
salah satu faktor yang menentukan dalam produksi dan pemakaian
biodiesel. Tingginya harga viskositas SVO (straight vegetable oil)
atau refined fatty oil yang mendasari perlu dilakukannya proses
kimia, transesterifikasi, untuk menurunkan harga viskositas minyak
tumbuhan sehingga mendekati viskositas solar.
Dengan demikian, viskositas bahan bakar yang tinggi, seperti
yang terdapat pada SVO, tidak diharapkan pada bahan bakar mesin
diesel. Oleh karena itulah penggunaan SVO secara langsung pada
mesin diesel menuntut digunakannya mekanisme pemanas bahan bakar
sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar. Untuk
menjamin bahan bakar dapat bercampur baik dengan udara dan
selanjutnya siap terbakar, maka diperlukan proses atomisasi yang
baik pula.
2.8.3 Titik KabutSuhu yang dingin menyebabkan titik-titik
kristal seperti lilin yang ukurannya sangat kecil tidak dapat
dilihat mata. Penurunan temperatur yang lebih jauh akan membentuk
kristal. Temperatur pada saat terjadi kristal yang dapat dilihat
dengan mata disebut titik kabut (cloud point). Meski bahan bakar
masih bisa mengalir pada titik ini, keberadaan kristal di dalam
bahan bakar bisa mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di
dalam filter, pompa, dan injektor. Sedangkan pour point adalah
temperatur terendah yang masih memungkinkan terjadinya aliran bahan
bakar; di bawah pour point bahan bakar tidak lagi bisa
mengalir karena terbentuknya kristal/gel yang menyumbat aliran
bahan bakar. Pada umumnya permasalahan pada aliran bahan bakar
terjadi pada temperatur diantara cloud dan pour point; pada saat
keberadaan kristal mulai mengganggu proses filtrasi bahan bakar.
Dilihat dari definisinya, cloud point terjadi pada temperatur yang
lebih tinggi dibandingkan dengan pour point. Pembentukan kristal
umumnya akan membentuk suspensi agak berkabut, temperatur dibawah
cloud point terbentuk kristal lebih besar.
Pada umumnya, cloud dan pour point biodiesel lebih tinggi
dibandingkan dengan solar. Hal ini bisa menimbulkan masalah pada
penggunaan biodiesel, terutama, di negara-negara yang mengalami
musim dingin. Untuk mengatasi hal ini, biasanya ditambahkan aditif
tertentu pada biodiesel untuk mencegah aglomerasi kristal-
kristalyang terbentuk dalam biodiesel pada temperatur rendah.
Selain menggunakan aditif, bisa juga dilakukan pencampuran antara
biodiesel dan solar. Pencampuran (blending) antara biodiesel dan
solar terbukti dapat menurunkan cloud dan pour point bahan
bakar.Teknik lain yang bisa digunakan untuk menurunkan cloud dan
pour point bahan bakar adalah dengan melakukan winterization
(Knothe,G., 2005). Pada metode ini, dilakukan pendinginan pada
bahan bakar hingga terbentuk kristal-kristal yang selanjutnya
disaring dan dipisahkan dari bahan bakar. Proses kristalisasi
parsial ini terjadi karena asam lemak tak jenuh memiliki titik beku
yang lebih rendah dibandingkan dengan asam lemak jenuh. Maka proses
winterization sejatinya merupakan proses pengurangan asam lemak
jenuh pada biodiesel. Di sisi lain, asam lemak jenuh berkaitan
dengan angka setana. Maka proses winterization bisa menurunkan
angka setana bahan bakar.
Namun demikian, karakteristik biodiesel pada temperatur rendah
ini tidak terlalu menjadi masalah untuk negara dengan temperatur
tinggi sepanjang tahun, seperti India.2.8.4 Angka IodiumAsam lemak
yang tidak jenuh dalam minyak, mampu menyerap sejumlah iod dan
membentuk senyawa yang jenuh. Besarnya jumlah iod yang diserap
menunjukkan banyaknya ikatan rangkap atau ikatan tak jenuh
(Ketaren, S., 2006). Angka iodium pada biodiesel menunjukkan
tingkat ketidakjenuhan senyawa penyusun biodiesel. Naiknya
ketidakjenuhan metil ester dapat meningkatkan emisi gas NOX ,
sehingga makin tnggi angka iod makin tinggi gas NOX yang
dihasilkan.
Di satu sisi, keberadaan senyawa lemak tak jenuh meningkatkan
performansi biodiesel (angka setana) pada temperatur rendah, karena
senyawa ini memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah
(Knothe, G., 2005) sehingga berkorelasi pada cloud dan pour point
yang juga rendah. Namun di sisi lain, banyaknya senyawa lemak tak
jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi
dengan oksigen di atmosfer dan.bisa terpolimerisasi membentuk
material serupa plastik. Oleh karena itu, terdapat batasan maksimal
harga angka iod yang diperbolehkan untuk biodiesel, yakni 115
berdasarkan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006. Di samping
itu, konsentrasi asam linolenic dan asam yang memiliki 4 ikatan
ganda masing-masing tidak boleh melebihi 12 dan 1%.
Sebuah penelitian yang dilakukan di Mercedez-Benz menunjukkan
bahwa biodiesel dengan angka iodine lebih dari 115 tidak bisa
digunakan pada kendaraan diesel karena menyebabkan deposit karbon
yang berlebihan. Meski demikian, terdapat studi lain yang
menghasilkan kesimpulan bahwa angka iodine tidak berkorelasi secara
signifikan terhadap kebersihan dan pembentukan deposit di dalam
ruang bakar.2.8.5 Kadar AirKadar air menunjukkkan persentase air
yang terkandung dalam bahan bakar. Schindlbauer (1998) menyebutkan
bahwa fattty Acid Methyl Esters (FAME) bersifat higroskopis dan
dapat mengandung air sampai 1600 ppm yang
terlarut sempurna dengan biodiesel. Pada temperatur yang sangat
dingin, air yang terkandung dalam bahan bakar membentuk kristal dan
menyumbat aliran bahan bakar dan bersifat korosif. Kadar air tinggi
yang terdapat pada biodiesel diduga bahwa reaksi transesterifikasi
dan proses pencucian masih belum sempurna. Pada saat penyimpanan
akan menimbulkan reaksi balik kekiri atau dengan kata lain akan
terbentuk kembali trigliserida dan basa.
No Nama Lokal Nama LatinSumber
MinyakIsi % Berat
Kering1Jarak PagarJatropha CurcasInti biji40-602Jarak
KalikiRiccinus CommunisBiji45-503Kacang SuukArachis
HypogeaBiji35-554Kapok/ RanduCeiba PantandraBiji24-405KaretHevea
BrasiliensisBiji40-506KecipirPsophocarpus
TetragBiji15-207KelapaCocos NuciferaInti biji60-708KelorMoringa
OleiferaBiji30-499Kacang tanahAleurites MoluccanaInti
biji57-6910KusambiSleichera TrijugaSabut55-7011NimbaAzadiruchta
IndicaInti biji40-5012Saga UtanAdenanthera PavoninaInti
biji14-2813SawitElais SuincencisSabut dan biji45-70 + 46-5414
15Nyamplung
Randu AlasCallophyllum
Lanceatum
Bombax MalabaricumInti biji
Biji40-73
18-2616SirsakAnnona MuricataInti biji20-3017SrikayaAnnona
SquosaBiji15-2018SawitElais GuineensisPulp+Kernel45-70+46-54
o
R'COCH2OO+CaO"RCOCH+CaO
)