BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Ketersediaan bahan bakar minyak bumi semakin terbatas. Indonesia yang saat ini di

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 BIODIESEL Pengertian Biodiesel Ketersediaan bahan bakar minyak bumi semakin terbatas. Indonesia yang saat ini di kenal sebagai salah satu Negara pengekspor minyak bumi, telah menjadi net importer bahan bakar minyak karena produksi dalam negri sudah di bawah satu juta barrel per hari. Denggan makin banyaknya penigkatan harga minyak bumi dunia yang pernah mencapai lebih dari USD 100 per barrel ( sekitar USD 800 per ton) dan juga kebutuhan mesyarakat yangterus meningat,tentu saja hal ini sangat memberatkan keuangan Negara dan berdampak negatif untuk masyarakat Indonesia. Keadaan ini memaksa kita untuk memanfaatkan dan mengembangkan berbagai potensi energy alternative. Salah satu energy alternatif yang telah berhasil dikembangkan.sebagai produsen minyak sawit terbesar masih belum daapat bersaing dengan minyak solar di dalam negri. Sedangkan untuk harga di luar negri harga biodiesel sudah bersaing dengan bersaing dengan harga bahan bakar petrodiesel. Bahkan harga biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan harga petrodiesel karenaa di Negara Negara tersebut biodiesel mendapatkan keringanan atau pembebasan pajak.pengembangan biodiesel banyak mendapatkan perhatian dari para ahi karena beberapa kelebihan dibandingkan bahan bakar

2 petroleum.kelebihan yang dimaksud diantaranya adalah (i) dapat diproduksi secara local dengan memanfaatkan sumber minyak lemak alami yang tersedia, Sehingga dapat mengurangi ketergantungan impor bahan bakar petroleum, (ii) proses produksi dan penggunannya yang bersifat lebih ramah lingkungan dengan tingkat emisi CO2, Co, NO dan senyawa hasil pembakaran lainnya yang lebih rendah, dan (iii) lebih mudah terdegradasi di alam (biodegradable) Umumnya bentuk ester yang digunakan sebagai biodiesel adalah metil ester yang disintesis secara kimiawi dengan teknik transesterefikasi antara metanol dan minyak / lemak (metanolisis) atau estrefikasi antara metanol kimia, reaksi transesterefikasi juga dapat dikatalis dengan enzim lipase. Dengan penggunaan suhu dan tekanan yang rendah serta reaksi yang bersifat ramah lingkungan. Maka proses enzimatik tealah banyak di kembangkan oleh para ahli ( sulistiyo dkk,2009) 1. Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar darimesin diesel dan terbuatdari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.biodiesel merupakan solusi yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia,karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol pada mesin dan dapat diangkut serta dijual dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini. Biodiesel bersifat biodegradable, hampir tidak mengandung sulfur, dan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan jalan yang tidak ramah lingkungan. Alternatif bahan bakar terdiri dari metil atau etil ester, hasil transesterifikasi baik dari triakilgliserida (TG) atau esterifikasi dari asam lemak bebas (FFA) (Ma et al., 1999). Bahan bakar biodiesel menjadi lebih menarik karena manfaatnya

3 terhadap lingkungan. Tanaman dan minyak nabati serta lemak hewani adalah sumber biomassa yang dapat diperbaharui (Zheng, S. et al.,2006). Akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai biokatalis. Lipase sebagai biokatalis mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan. Lipase merupakan enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air. Katalisyang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4) atauasam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan menjadi 2 yaitu : 1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFArendah. 2. Esterifikasi dengan katalis asam ( umumnya menggunakan asam sulfat) untuk minyak nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basa. Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secara keseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metil ester, pemurnian metil ester (netralisasi, pemisahan metanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi), pengambilan gliserol sebagai produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) dan pemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi/rectification. Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak

4 berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikantrigliserida menjadi metil ester keuntungan biodiesel Keuntungan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar diesel yaitu: 2. Biodiesel erupakan bahan bakar terbarukan yang diperoeleh dari minyaknabati atau lemak hewan. 3. Toksisitas rendah dibandingkan dengan bahan bakar diesel. 4. Terdegredasi lebih cepat daripada bahan bakar diesel sehingga meminimalkan dampak lingkungan dari tumpahan biodiesel. 5. Emisi lebih rendah dari kontaminan seperti karbon monoksida, partikel, hidrokarbon aromatic polisiklik,dan aldaheda. Penambahan 20% biodiesel pada petroleum disel dapat mengurangi emisi partikel sebesar 14%,total hidrokarbon sebesar 13%, karbon monoksida sebesar 7% dan sulfur dioksida sebesar 20%. 6. Resiko kesehatan renfah karena mengurangi emizi zat karsinogenik. 7. Tidak ada kandungaan sulfur dioksidasi (SO2). 8. Titik nyala yang lebih tinggi (minimum 100 ⁰C) 9. Tidak perlu modifikasi mesin, pada dasarnya tidak perlu ada modifikasi mesin disel apabila bahan bakarnya menggunakan biodiesel. Biodiesel bahkan mempunyai efek pembersihan terhadap tangki bahan bakar,injector dan selang

5 10. Energy yang dihasilkan sama. Energy yang dihasilkan oleh biodiesel serupa dengan petroleum diesel ( BTU), sehingga engine torque dan tenga kuda yang diahsilkan juga serupa 11. Ada efek pelumasan. Biodiesel menghasilkan tingkat pelumasan mesin yang lebih tinggi dibandingkan dengan petloleum disel. 12. Cetane number lebih tinggi.cetane number biodiesel lebih tinggi (51-62) dibandingkan dengan petroleum diesel (42) sehingga menghasilkan suara mesin yang lebih halus. 13. Penanganan dan penyimpanan lebih mudah. Biodiesel tidak menghasilkan uap yang berbahaya pada suhu kamar dan dapat disimpan pada tangki yang sama dengan petroleumdiesel. 14. Komsumsi bahan bakar sama. Konsumsi bahan bakar serupa dengan petroleum disel Kekurangan Biodisel Adapun beberapa kelemahan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar disesl yaitu: 1. Kosumsi bahan bakar sedikit lebig tinggi karena nilai kalori yang lebih rendah. 2. Nitro Oksida (NOₓ) sedikit lebih tinggi dari bahan bakar disesel 3. Titik beku lebih rendah daripada bahan bakar disel dimana akan menjadi kendala dan menyulitkan dalam cuaca dingin. 4. Kurang stabil dibandingkan bahan bakar diesel sehingga penyimpanan jangka panjang ( lebih dari enam bulan) dari biodiesel tidak dianjurkan. 5. Dapat mendegradasi plastic,karet alam gasket, dan selang bila digunakan dalam bentuk murni. 6. Dapat melarutkan endapan sedimen dan kontaminan lainnya dari bahan bakar disel dalam tangki penyimpanan dan saluran ahan bakar yang kemudian menuju kedalam

6 mesin sehingga dapat menyebabkan masalah pada katup dan sistem injeksi, karena itu. Pembersihan tangki sebelum mengisi dengan biodiesel dianjurkan. (Donald,2009) 2.2 TRANSESTEREFIKASI 15. Transesterifikasi merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk mengubah minyak menjadi biodiesel. Transesterifikasi merupakan reaksi antara trigliserida yang terkandung dalam minyak dan penerima gugus asil. Penerima gugus asil dapat berupa asam karboksilat (asidolisis), alkohol (alkoholisis) atau ester lain (interesterifikasi).(robles,dkk.,2009) Metode konvensional untuk memproduksi biodiesel melibatkan katalis asam dan basa untuk membentuk asam lemak alkil ester. Biaya pengolahan dan masalah lingkungan yang terkait dengan produksi biodiesel dan pemulihan produk samping telah menyebabkan dibutuhkannya metode produksi alternatif. Reaksi enzimatik yang melibatkan lipase dapat menjadi alternatif yang sangat baik untuk menghasilkan biodiesel melalui proses yang biasa disebut alkoholisis, yaitu suatu bentuk reaksi transesterifikasi.(anthony,c 1992) 16. Panjang rantai hidrokarbon dari asam lemak, keberadaan cabang senyawa dan konfigurasi dari ikatan ganda dapat mempengaruhi produksi biodiesel. Novozym 435 dan Lipozyme TL IM digunakan karena konversi simultan yang lebih tinggi untuk biodiesel dan gliserol karbonat. Novozym 435 sering dipilih sebagai lipase yang efektif untuk produksi biodiesel (Seong,dkk.,2011)

7 17. Konversi gliserol dan DMC untuk gliserol karbonat melalui transesterifikasi menggunakan Novozym 435 yaitu 95%, 97% yield biodiesel dari minyak rapeseed dan minyak biji kapas dengan metanol inter-butanol.(royan,dkk.,2007) Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem pelarut dapat dilihat pada gambar 2.2. Gambar 2.1 Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem pelarut Gliserol karbonat adalah cairan serbaguna, stabil dan tidak berwarna yang kemungkinan dapat diaplikasikan sebagai membran pemisahan gas, surfaktan dan deterjen, pelarut baru untuk beberapa jenis bahan termasuk cat, dan pelapis. Gliserol karbonat merupakan bahan baku terbarukan dan murah yang dihasilkan dari produksi biodiesel sebagai produk sampingan.(seong,p.j,dkk.2011) Keuntungan utama dari kerja lipase sebagai biokatalis

8 adalah kondisi reaksi yang ringan dan mudah memisahkan gliserol tanpa pemurnian sehingga menghemat waktu, menghasilkan sedikit limbah dan kemurnian produk yang sangat tinggi. (Antezak,dkk.,2009). Selain itu, asam lemak bebas dalam minyak dapat benar-benar dikonversi menjadi metil ester tanpa terjadinya pembentukan sabun sehingga meningkatkan yield biodiesel dan mengurangi biaya untuk pemurnian bahan bakar. 18. Karakteristik enzim memungkinkan penggunaan bahan dengan asam tinggi lemak bebas (FFA) atau kadar air yang tinggi seperti minyak non-pangan, minyak goreng dan minyak limbah industri dan berbagai alkohol seperti metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, dan isobutanol. (Lukovic,dkk.,2011). 19. Yield biodiesel tidak hanya tergantung pada asal usul lipase, tetapi juga pada susunan enzim (diimobilisasi atau tidak), alkohol yang digunakan, rasio molar alkohol terhadap minyak, aktivitas air optimum, suhu reaksi, waktu reaksi, masa pakai enzim, dan jenis solvent (jika ada). Alkohol berlebih dapat memberikan hasil tinggi dalam sintesis biodiesel dan biokatalis dapat digunakan beberapa kali (terutama lipase terimmobilisasi). Lemak yang mengandung trigliserida dan FFA dapat dikonversi secara enzimatik menjadi biodiesel dalam proses satu tahap. (Antezak,dkk.,2009)

9 Table 2.2 standart biodiesel berdasarkan ASTM D 6751/EN 1421/03, dan Pr EN 14214/09 No Parameter Satuan ASTMD 6751/09 EN 14214/03 Pr EN 14214/09 1 Kandungan ester %w/w - 96,5 96,5 2 Densitas kg/mm Viskositas kinematik mmm 2 /ss 1,9-6, ,5-5,0 3,5-5,0 4 Titik nyala ⁰C 93(gelastertutup ) 5 Kandungan sulfur mg/kg Residu karbon %w/w ,30 7 Angka setana Kadar abu tersulfatasi %w/w 0,02 0,02 0,02 9 Air dan sedimen %w/w Kandungan air mg/kg Total kontaminasi mg/kg Korosi pada jalur Cu No.3 kelas 1 kelas 1 13 Stabilitas oksidasi H Angka asam mg 0,80 0,50 0,50 KOH/gr 15 Nilon iodin iodine/

10 0 16 Linolenat metal ester %w/w - 12,0 12,0 17 Metal ester ganda tak %w/w jenuh 18 Kandungan metanol %w/w 0,20 0,20 0,20 19 Kandungan %w/w - 0,80 0,80 monogliserida 20 Kandungan digliserida %w/w - 0,20 0,20 21 Gliserol bebas %w/w 0,020 0,020 0, Kandungan trigliserida %w/w,0,20,0,20 23 Total gliserol %w/w,0,24 0,25 0,25 24 Logam kelompok I mg/kg 5,0 5,0 5,0 No Parameter Satuan ASTMD 6751/09 EN 14214/03 Pr EN 14214/09 25 Logam kelompok II mg/kg 5,0 5,0 5,0 26 Kandungan fosfor mg/kg 10,0 10,0 2,0 27 Cold soak filterability S Cold filter plugging ⁰C - Bergantung pada point (CFPP) kelas (ASTM D 6751, 2009; EN 14214, 2003 dan Pr EN 14214, 2009 ) Bergantung pada kelas 2.3 Bahan Baku Novozym 435 Katalis novozim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai katalis (senyawa yang mempercepat reaksi tanpa habis reaksi ) dalam suatu reaksi

11 kimia organik. Enzim kinerja enzim dipengaruh oleh beberapa factor terutama adalah substrat, suhu,keasaman, akivator (yang menigkat aktivitas enzim) dan kofaktor dan inhibitor (molekul yag menurunkan aktifitas enzim). Sintesis biodiesel biasanya dilakukan dengan transesterifikasi dikatalisis alkali kimia atau asam, yang memungkinkan waktu reaksi singkat dan konversi yang tinggi. Namun, metode ini memerlukan pretreatment terhadap substrat yang berair dan menyebabkan kesulitan dalam memulihkan katalis dan gliserol (Diego 2011). Hal ini juga membutuhkan banyak energi dan pengolahan produk limbah. Transesterifikasi enzimatik dapat menghindari masalah transesterifikasi kimia dengan beroperasi di bawah kondisi moderat dan enzim dapat digunakan kembali. Selain itu, tidak menghasilkan limba. Enzim dikategorikan dua bagian yaitu: 1. Free enzyme Diisolasi dari biji spesies tanaman ( getah pepeya,lipase biji oat,dan lipase jarak biji), hewan bakteri ( babi dan lipase pancreas manusia), jamur berserabut dan ragi 2. Immobilized enzyme Immobilisasi adalah metode modifikasi yang menempelkan enzim ke sebuah bahan pendukung padat yang tidak larut.untuk mendapatkan lipase yang lebih ekonomis, aktif, efektif, selektif, atau stabil maka dilakukan modifikasi kimia,fisik, dan ekspresi gen teknik.

12 Tabel 2.3 Perbandingan Antara Free Enzyme dan Immobilized Enzyme karakteristik Free Enzyme Immobilized Enzyme Harga Tinggi Rendah Efesiensi Rendah Tinggi Aktivitas Tidak stabil Stabil Penggunaan kembali dan pemulihan Tidak mungkin Mungkin Toleransi terhadap suhu,ph dll Rendah Tinggi Untuk memisahkan dari substrat Sulit Mudah Untuk memisahkan dari produk sulit Mudah Dimetil Carbonate( DMC) 21. Dimetil karbonat (DMC) dihasilkan dari metanol, karbon monoksida dan oksigen.dmc merupakan senyawa serbaguna yang memiliki reaktivitas kimia, sifat fisik yang lebih baik dibandingkan dengan metanol dan metil asetat.dimetil karbonat dapat digunakan sebagai pelarut, resin fungsional, dan intermediet kimia polar untuk berbagai jenis senyawa organik, telah melaporkan produksi biodiesel menggunakan dimetil karbonat (DMC) sebagai akseptor asil dapat menghilangkan resiko penonaktifan lipase yang disebabkan oleh alkohol rantai pendek. Selain itu, reaksi antara minyak dan DMC tidak bisa kembali, dan karenanya meningkatkan

13 kecepatan reaksi dan meningkatkan hasil biodiesel. Dimetil karbonat (DMC) merupakan sebuah alternatif pengganti metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia ramah lingkungan karena sifat netral, tidak berbau, non-korosif dan tidak beracun. Selain itu, tidak ada gliserol yang dihasilkan selama proses transesterifikasi minyak dan DMC dalam pembuatan biodiesel (Dowodu 2014) Metanol Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH 3 OH. Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri. Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri (Mahmudi 1997) Ethanol Etanol adalah salah satu obat reaksi yang paling tua (Anonim, 2011). Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C 2 H 5 OH dan rumus empiris C 2 H 6 O. Senyawa ini merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus

14 etil (C 2 H 5 ) (Lei dkk., 2002). Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh keberadaan gugus hidroksil dan pendeknya rantai karbon etanol. Gugus hidroksil dapat berpartisipasi ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih sulit menguap daripada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama (Lei dkk, 2002).