I. PENGANTAR A. Latar Belakang

Transkripsi

1 I. PENGANTAR A. Latar Belakang Minyak bumi sebagai sumber energi utama saat ini semakin menipis ketersediaannya sehingga perlu dikembangkan sumber energi alternatif yang bersifat terbarukan. Biodiesel merupakan energi terbarukan yang prospektif karena keunggulannya, yaitu: tidak memerlukan modifikasi mesin diesel, ramah lingkungan karena biodegrable dan tidak beracun, emisi polutan berupa sisa hidrokarbon, CO, CO 2, SO 2, dan jelaga lebih rendah dari pada solar, tidak memperparah efek rumah kaca karena siklus karbon yang terlibat pendek, kandungan energi hampir sama dengan kandungan energi solar, angka cetane lebih tinggi dari pada solar, dan penyimpanan mudah karena titik nyala rendah (Tickell, 2000). Terkait dengan pengembangan dan pemakaian enegi berbasis energi terbarukan, pemerintah telah menyusun blueprint pengelolaan energi nasional berdasarkan Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 dan Keputusan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No K/16/MEM/2004. Di dalam blueprint tersebut Pemerintah telah menetapkan pemakaian biodiesel sebanyak 2% konsumsi solar pada tahun 2010, sebanyak 3% pada tahun 2015 dan 5% pada tahun Pemerintah juga menetapkan kebutuhan biodiesel mencapai kilo Liter (tahun 2010), dan akan ditingkatkan menjadi 1,5 juta kiloliter (tahun 2015) dan 4,7 juta kilo Liter (tahun 2025). Berbagai jenis minyak nabati dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel. Minyak sawit merupakan salah satu jenis minyak nabati yang melimpah di Indonesia. Indonesia memiliki lahan perkebunan kelapa sawit yang luas. Bila ditinjau dari produktivitasnya, sejak tahun 2006 Indonesia mengalami peningkatan pesat bahkan mengalahkan produktivitas Malaysia (Suryana et al., 2007). Ketersediaan bahan baku yang melimpah di Indonesia menjamin kelayakan produksi biodiesel berbasis minyak sawit. Pada perkembangan selanjutnya, penggunaan minyak pangan (edible oil) seperti minyak sawit sebagai bahan baku biodiesel menghadapi tantangan karena 1

2 bersaing dengan kebutuhan konsumsi. Oleh karena itu, perlu dikembangkan pula pembuatan biodiesel dari minyak non pangan seperti minyak jarak pagar (Jatropha curcas L) dan minyak goreng bekas. Sejarah penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar telah dimulai sejak tahun 1900 ketika Rudolf Diesel mendemonstrasikan hasil ciptaannya yang berupa mesin diesel dalam World's Exhibition di Paris (Mittelbach dan Remschmidt, 2004). Dalam prototipe mesin itu, Diesel menggunakan minyak kacang sebagai bahan bakar. Penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar diesel ini berlangsung hingga tahun 1920-an. Akan tetapi, karena pada saat itu bahan bakar minyak bumi masih tersedia melimpah dengan biaya produksi yang murah, maka aplikasi minyak nabati sebagai bahan bakar diesel tidak banyak berkembang. Ketertarikan terhadap bahan bakar berbasis minyak nabati kembali muncul pada tahun 1980 karena adanya kesadaran akan krisis energi dunia akibat langkanya bahan bakar minyak bumi. Pada masa itu pemanfaatan minyak nabati sebagai bahan bakar telah dilakukan dengan terlebih dahulu mengkonversi minyak nabati menjadi biodiesel. Konversi ini diperlukan karena penggunaan minyak nabati secara langsung (Straight Vegetable Oils atau SVO) sebagai bahan bakar tidak feasible karena viskositas minyak nabati yang terlalu tinggi, yaitu kali viskositas bahan bakar diesel (Mittelbach dan Remschemidt, 2004). Viskositas yang terlalu tinggi ini dapat menimbulkan banyak kerugian pada mesin karena dapat menyebabkan atomisasi bahan bakar yang buruk sehingga menghasilkan pembakaran yang tidak sempurna. Buruknya atomisasi juga berkorelasi langsung dengan daya mesin, dan emisi gas buang. Selain itu, SVO memiliki nilai flash point yang sangat tinggi dan memiliki kecenderungan memicu terjadinya polimerisasi oksidatif dan termal selama penyimpanan maupun pembakaran. Ma dan Hanna (1999) menyatakan bahwa kondisi ini akan menyebabkan terjadinya pembentukan deposit pada saluran injeksi dan piston, serta pengentalan minyak pelumas. Kelemahan yang lain, SVO memiliki nilai asam lemak bebas maupun kandungan gliserol total yang melebihi batasan bahan bakar pada mesin diesel. 2

3 Kadar gliserol bebas dan total yang terlalu tinggi dapat menimbulkan kerugian pada mesin diesel, yaitu penyumbatan saringan bahan bakar, pengotoran pada injektor bahan bakar, serta pembentukan deposit pada dasar tangki penyimpan bahan bakar (McCormick dan Westbrook, 2007). Untuk mengatasi kendala tersebut, dikembangkan beberapa teknologi yang dapat digunakan untuk memodifikasi minyak nabati sehingga memiliki karakteristik maupun kinerja yang sesuai dengan standar bahan bakar diesel Mittelbach dan Remschemidt (2004). Ma dan Hanna (1999) memaparkan tiga jenis teknologi yang dapat diaplikasikan untuk tujuan tersebut, yaitu mikroemulsi, pirolisis, dan transesterifikasi. Transesterifikasi adalah reaksi antara trigliserida pada minyak atau lemak dengan alkohol untuk membentuk fatty acid methyl ester (FAME) dan gliserol. Saat ini yang dikenal sebagai biodiesel adalah ester dari minyak yang dihasilkan dengan proses transesterifikasi ini. Transesterifikasi berjalan lambat, maka diperlukan adanya katalis untuk menurunkan energi aktivasi dan mempercepat reaksi. Katalis dapat berupa asam, basa, atau enzim (Kose dan Tuter, 2002). Berdasarkan persyaratan ASTM D 6751, katalis basa sesuai untuk bahan baku minyak nabati yang memiliki bilangan asam maksimal 1 mg KOH/g minyak (Dermibas, 2003). Katalis basa ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan katalis asam dari segi kecepatan, kesempurnaan reaksi, dan tidak memerlukan suhu operasi yang tinggi untuk menjalankan reaksi. Reaksi transesterifikasi trigliserida untuk produksi biodiesel memiliki kelemahan, yaitu tidak cocok untuk diaplikasikan pada bahan baku minyak nabati yang memiliki kandungan free fatty acid (FFA) atau asam lemak bebas yang tinggi. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Freedman et al. (1984) dan Liu (1994), bahan baku minyak atau lemak yang digunakan pada reaksi transesterifikasi berkatalis basa harus memiliki kandungan FFA tidak lebih dari 1%, atau ekuivalen dengan 2 mg KOH/g trigliserida. Jika kandungan FFA melebihi batasan itu, maka akan terjadi reaksi saponifikasi yang mengkonsumsi katalis basa, menurunkan yield dan kecepatan pembentukan FAME, mempersulit pemisahan ester dari gliserol, serta menyebabkan pembentukan emulsi pada saat pencucian produk dengan air (Wright et al., 1944). 3

4 Minyak nabati dengan kandungan FFA rendah umumnya merupakan minyak berkualitas tinggi yang harganya mahal, seperti refined palm oil atau jenis minyak pangan yang lain. Adapun minyak nabati yang berharga murah adalah minyak berkualitas rendah dengan kandungan FFA yang tinggi, seperti crude vegetable oils, minyak goreng bekas, minyak-minyak non pangan, lemak hewani, dan palm fatty acid distillate yang merupakan residu/ hasil samping dari proses rafinasi minyak sawit (Berchman dan Hirata, 2008). Oleh karena itu, jika ingin digunakan bahan baku minyak nabati yang murah namun memiliki kandungan FFA yang tinggi, perlu dilakukan pre-treatment untuk menurunkan kadar FFA dalam minyak. Pre-treatment dilakukan dengan jalan mengubah FFA menjadi metil ester melalui reaksi esterifikasi antara FFA dengan alkohol sehingga dihasilkan metil ester dan air (Aranda et al., 2008). Jika kandungan FFA pada bahan baku minyak sangat tinggi, maka reaksi esterifikasi FFA dapat berperan sebagai reaksi utama dan menjadi rute alternatif dalam proses pembuatan biodiesel. Reaksi esterifikasi dapat dijalankan dengan bantuan katalis asam, baik bersifat homogen maupun heterogen (asam padat). Katalis asam homogen yang banyak digunakan di antaranya adalah asam sulfat, asam fosfat, asam trikloro asetat. Adapun katalis asam heterogen yang banyak dipelajari adalah asam-asam padat seperti polystyrene sulfonic acid resins, nafion silika, zeolit, heteropolyacids dan heteropolyacids yang diembankan pada padatan seperti zirkonium oksida, karbon aktif, dan silika. Katalis heterogen memiliki keunggulan dalam hal kemudahan pemisahan dengan produk, reusability, keamanan bagi lingkungan, dan tidak bersifat korosif (Caetano et al., 2009). Oleh karena itu, pada penelitian ini, dipelajari pula mengenai pembuatan biodiesel melalui reaksi esterifikasi asam lemak bebas dengan katalis asam padat. Pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak nabati berkadar FFA tinggi memiliki nilai ekonomis tinggi karena bahan baku tersebut murah dan tidak dikonsumsi sebagai bahan pangan. Pembuatan biodiesel baik melalui rute transesterifikasi maupun esterifikasi telah dikaji oleh banyak peneliti. Pada awal perkembangannya, proses pembuatan biodiesel banyak dilakukan secara batch. Proses batch bersifat sederhana, tetapi 4

5 hanya cocok untuk skala kecil ( ton biodiesel/tahun). Untuk skala besar/skala industri (lebih besar ton/tahun), proses batch tidak ekonomis, karena keperluan tenaga kerja menjadi lebih banyak dan banyak waktu terhenti di antara satu proses dengan proses berikutnya. Selain itu, proses batch memerlukan reaktor yang berukuran lebih besar daripada reaktor pada proses kontinyu untuk kapasitas produksi yang sama (Thahn et al., 2010). Berbagai jenis reaktor kontinyu telah dikembangkan dan diterapkan untuk proses produksi biodiesel. Behzadi dan Farid (2009) mengembangkan reaktor kontinyu gas-cair, Chen et al. (2010) mempelajari penerapan reaktor rotating packed bed, He et al. (2007) memperkenalkan reaktor kontinyu untuk proses dengan metanol superkritis. Chongkhong et al. (2009) menerapkan continuous stirred tank reactor (CSTR) dan Wen et al. (2009) meneliti penggunaan reaktor zig-zag micro channel. Berdasarkan penelitian tersebut, terbukti bahwa reaktor kontinyu lebih efektif dari pada reaktor batch. Akan tetapi, pada proses kontinyu yang telah dipaparkan di atas, reaktor dirancang terpisah dengan unit-unit pemisah dan pemurnian. Hal ini kurang ekonomis karena memerlukan capital cost, biaya operasi dan energi yang tinggi. Oleh karena itu, perlu dikembangkan proses produksi biodiesel secara kontinyu yang mengkombinasikan reaktor dan pemisah dalam satu unit. Produksi Biodiesel pada penelitian ini akan dilakukan secara kontinyu menggunakan Reactive Distillation (RD). RD dapat berupa kolom bahan isian maupun kolom bertingkat (tray). RD adalah metode yang menggabungkan proses reaksi dan pemisahan dalam satu unit kolom distilasi (De Garmo dan Pinjala, 1992). Metode ini sesuai untuk diterapkan pada reaksi yang dibatasi oleh keseimbangan termodinamik seperti transesterifikasi dan esterifikasi. Hal ini karena pengambilan salah satu produk secara kontinyu akan menggeser keseimbangan ke arah pembentukan produk (Dimian et al., 2009). Taylor dan Khrisna (2000) menjelaskan bahwa RD mempunyai berbagai keunggulan, yaitu: 1) Pengurangan capital cost karena berkurangnya sistem separasi, pipa, dan instrumentasinya, 2) Dapat menggeser keseimbangan ke arah terbentuknya produk sehingga diperoleh konversi yang lebih tinggi. Konversi yang tinggi 5

6 memberikan implikasi berupa biaya operasi atau biaya per unit massa produk yang lebih murah, 3) Reaksi dan pemisahan berjalan pada satu unit operasi sehingga lebih kompak dibandingkan dengan proses batch, 4) Memungkinkan dilakukannya integrasi panas sehingga lebih hemat energi, 5) Proses berlangsung kontinyu sehingga menghemat waktu dan tenaga untuk operasi, 6) Dapat mencegah terjadinya hot spot karena adanya penguapan cairan yang berfungsi sebagai sirkulasi panas (thermal fly wheel). RD merupakan proses terintegrasi yang kompleks, yang melibatkan transformasi fisis dan kimiawi secara simultan. Untuk dapat merancang kolom RD dengan akurat, maka diperlukan pemahaman yang baik mengenai perilaku dan karakteristik sistem RD, baik dari sisi fundamental maupun aplikasi. Pemahaman yang lebih baik ini dapat dicapai melalui studi komprehensif yang mencakup aspek eksperimental, pemodelan matematis yang tepat, serta simulasi yang handal pada kolom RD (Fernandez et al., 2012; Schenk, 1999). Pada penelitian ini dilakukan pemodelan matematis dan simulasi RD dengan model equilibrium (EQ) dan non-equilibrium (NEQ) dan pendekatan tiga fase. Model EQ digunakan untuk pemodelan RD jenis tray untuk sintesis biodiesel melalui transeterifikasi trigliserida dan melalui esterifikasi asam lemak bebas. Hal ini karena model EQ hanya dapat diaplikasikan apabila kolom yang digunakan adalah jenis tray column. Adapun pendekatan NEQ tiga fase digunakan dalam pemodelan kolom RD jenis bahan isian untuk proses pembuatan biodiesel melalui reaksi esterifikasi asam lemak bebas. Kolom jenis bahan isian merupakan tipe continuous wise column sehingga tidak dapat didekati dengan Model EQ. Model NEQ mengasumsikan bahwa uap dari bagian bawah kolom berkontak dengan cairan yang mengalir dari bagian atas kolom sehingga pendekatan ini sesuai untuk mendeskripsikan fenomena kontak antar fase yang terjadi pada kolom jenis bahan isian. Fenomena ini memungkinkan terjadinya perpindahan massa dan panas pada antarmuka kedua fase tersebut dan pendekatan transfer massa ini menjadi landasan dalam pemodelan. Dengan konsep ini maka model NEQ akan menggambarkan perilaku proses pada distilasi maupun RD dengan lebih realistis karena proses distilasi yang sesungguhnya sangat jarang 6

7 beroperasi pada kondisi keseimbangan (Taylor, 2003). Adapun sistem RD jenis bahan isian untuk pembuatan biodiesel melalui reaksi esterifikasi ini melibatkan empat komponen, yaitu metanol, asam lemak bebas (free fatty acid/ffa), metil ester (biodiesel) dan air. Komponen organik, yaitu FFA dan metil ester, dan komponen polar yaitu air dan metanol akan terdistribusi ke dalam dua fase cair. Dengan demikian, pada sistem ini diasumsikan bahwa sistem yang terlibat dalam proses pada kolom RD akan membentuk tiga fase. Tiga fase tersebut didefinisikan sebagai fase uap, yang hanya mengandung metanol dan air, fase cair alkoholis dengan komponen utama air dan metanol, serta fase organik dengan komponen utama FFA dan biodiesel. Reaksi diasumsikan terjadi pada fase organik. Oleh karena itu, pemodelan RD jenis bahan isian untuk pembuatan biodiesel melalui esterifikasi asam lemak bebas didekati dengan Model NEQ tiga fase. Untuk mendapatkan perancangan RD yang optimal, perlu dilakukan analisis termodinamika pada sistem RD yang berguna untuk mengevaluasi utilisasi energi, mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan efisiensi penggunaan energi pada sistem. Analisis termodinamika pada suatu proses atau sistem dapat dilakukan diberdasarkan hukum pertama (analisis energi) atau hukum kedua termodinamika (analisis eksergi). Analisis energi terbukti hanya bisa memberikan informasi mengenai kuantitas energi, namun kualitas energi yang ada pada sumber maupun penerima panas tidak dapat dianalisis. Oleh karena itu, agar lebih akurat, perlu dilakukan analisis eksergi, yang menyediakan metode analisis termodinamika yang berbasis pada kuantitas dan kualitas energi (Ishida, 2002). Dewasa ini, analisis eksergi dilakukan berdasarkan kombinasi prinsipprinsip konservasi massa dan energi (hukum pertama) dan hukum kedua termodinamika atau disebut sebagai analisis eksergi (Ranjan dan Kaushik, 2013). Analisis eksergi pada RD dapat digunakan untuk mengidentifikasi, mengetahui lokasi dan penyebab, serta menghitung jumlah atau kecepatan kehilangan kerja (exergy loss) pada suatu sistem atau unit proses. Analisis exergy loss pada kolom distilasi akan memberikan pemahaman yang baik dan persepsi yang komprehensif mengenai perilaku termodinamis kolom sebagai landasan untuk merancang sistem distilasi dengan lebih baik dan optimum. Informasi 7

8 mengenai profil eksergi pada RD sangat bermanfaat untuk mengetahui kualitas energi pada proses, serta kuantitas dan lokasi inefisiensi. Hal ini menjadi dasar untuk menyusun strategi peningkatan kinerja maupun efisiensi energi pada sistem RD untuk produksi biodiesel. Dewasa ini, penyajian profil exergy loss pada kolom dalam bentuk grafis lebih disukai karena akan memberikan informasi secara visual dengan lebih jelas (Taprap dan Ishida, 1996). Oleh karena itu, pada penelitian ini dikembangkan metode baru untuk analisis eksergi pada kolom RD jenis bahan isian secara grafis dengan menggunakan diagram Ex-N-A. Metode grafis diagram Ex-N-A ini sederhana namun merupakan metode yang handal untuk digunakan dalam analisis eksergi dalam kolom RD. Metode Ex-N-A dapat mengevaluasi karakteristik eksergi pada tiap inkremen kolom, yang meliputi exergy loss (EXL) karena perubahan suhu, fase, pencampuran pada fase cair dan uap, serta reaksi kimia. EXL pada reboiler dan kondensor juga dapat diketahui dengan menggunakan metode ini. Pada analisis ini dilakukan juga pengujian terhadap parameter utama yang berpengaruh, yaitu pengaruh rasio molar reaktan dan tinggi kolom bahan isian terhadap konversi dan EXL pada tiap inkremen di dalam kolom. Analisis eksergi dengan metode grafis Ex-N-A Diagram bermanfaat untuk mengidentifikasi lokasi dan sumber ketidakefisienan proses yaitu dengan jalan menyajikan profil exergy loss pada kolom yang meliputi EXL karena reaksi kimia maupun karena proses-proses fisis pada tiap inkremen. Dengan demikian, analisis eksergi ini berperan penting dalam perancangan, pengembangan, dan optimisasi RD yang efisien dan sebagai upaya dalam konteks managemen eksergi (Budiman dan Ishida, 2004). B. Keaslian Penelitian tentang pengembangan proses RD untuk produksi biodiesel secara kontinyu yang disertai dengan pemodelan matematis RD dan analisis termodinamikanya belum banyak dilakukan. Ditinjau dari pemodelan RD yang disusun, penelitian ini memiliki kebaruan yaitu menggunakan NEQ model dengan pendekatan tiga fase untuk RD berjenis bahan isian. Penelitian mengenai 8

9 pemodelan dan simulasi RD umumnya menggunakan equilibrium model (EQ), sebagaimana yang dilakukan oleh Radulesce et al. (2009), Omota et al. (2003), dan Peng et. al (2002). Beberapa peneliti menerapkan model NEQ untuk RD, namun tidak menggunakan pendekatan tiga fase (Fernandez et al., 2013; Rouzineau et al., 2005). Adapun model NEQ tiga fase baru diterapkan untuk proses distilasi yang tidak melibatkan reaksi pada kolom distilasi (Higler et al., 2004; Lao dan Taylor, 1994). Sejauh ini model NEQ dengan pendekatan tiga fase untuk RD jenis bahan isian untuk pembuatan biodiesel belum pernah dilakukan. Ditinjau dari sisi analisis termodinamika yang dilakukan, penelitian ini juga memiliki unsur keaslian yakni dalam hal pengembangan metode baru analis eksergi, yang disebut sebagai metode grafis dengan diagram Ex-N-A. Metode untuk analisis eksergi yang pernah dilaporkan dalam literatur untuk sistem distilasi dan RD adalah Carnot factor-specific enthalpy diagram, Column grand composite curve (CGCC), Energy Utilization Diagram (EUD), Integrated Energy Utilization Diagram (IEUD), dan Material-Utilization Diagram (Le Goff et al., 1996; Dhole dan Linnhoff, 1993; Taprap dan Ishida, 1996, Budiman dan Ishida, 1998, dan Budiman and Ishida, 2004; Almeida-Rivera, 2005; Cossio-Vargas et al., 2011; Nguyen dan Demirel, 2011). Metode yang telah ada belum dapat mengungkap karakteristik eksergi dan fenomena internal pada secara inkremental dengan terperinci namun sederhana pada sistem RD jenis bahan isian untuk pembuatan biodiesel ini. Oleh karena itu, dikembangkan metode grafis Ex-N-A yang belum pernah ada sebelumnya. Metode grafis diagram Ex-N-A dibuat dengan jalan menyusun profil eksergi-tinggi kolom-level energi (A) dalam satu diagram. Metode grafis diagram Ex-N-A ini dirancang untuk dapat menampilkan EXL dari semua subproses yang ada pada kolom secara inkremental dengan sederhana, kompak dan mudah dipahami. Seluruh EXL subproses yang terjadi pada setiap inkremen dalam kolom RD, yaitu EXL karena pencampuran pada fase cair dan gas, EXL karena perbedaan suhu pada fase cair dan gas, EXL karena perubahan fase tiap komponen (metanol dan air), serta EXL karena reaksi kimia, dapat disajikan dengan jelas dan sederhana pada satu diagram meskipun terjadi kondisi yang 9

10 menyebabkan EXL dari salah satu subproses sangat besar nilainya dibandingkan dengan nilai EXL subproses yang lain. Analisis termodinamika pada RD dengan metode grafis diagram Ex-N-A ini dapat menampilkan profil exergy loss pada kolom RD secara terperinci sehingga sangat penting untuk mengetahui lokasi yang memiliki tingkat efisiensi energi yang rendah berserta kuantitasnya. Profil exergy loss (EXL) ini dapat digunakan sebagai landasan untuk menyusun strategi dalam optimisasi perancangan proses dan untuk meningkatkan efisiensi proses. C. Manfaat Penelitian 1. Untuk Pembangunan Negara a. Mendapatkan informasi tentang teknologi baru untuk pembuatan biodiesel secara kontinyu, yaitu proses Reactive Distillation (RD) yang dapat dikembangkan di Indonesia pada skala industri. b. Biodiesel merupakan sumber energi terbarukan sehingga pemanfaatannya dalam jangka panjang diharapkan dapat mengurangi konsumsi dan ketergantungan terhadap bahan bakar fossil, khususnya solar. Dengan demikian, penelitian tentang produksi biodiesel dapat dikembangkan secara nyata untuk membantu mengatasi krisis energi di Indonesia, mendukung program diversifikasi energi serta upaya menjaga ketahanan cadangan energi nasional. c. Biodiesel merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan karena bersifat biodegradable, tidak beracun, dan emisi polutan lebih rendah dari pada solar. Oleh karena itu, pemakaian biodiesel sebagai pengganti atau pun substitusi bahan bakar solar akan mengurangi dampak buruk emisi kendaraan bermotor terhadap lingkungan. d. Memberikan informasi mengenai potensi sumber daya alam indonesia yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku produksi biodiesel, khususnya sumber minyak nabati non-pangan yang berharga murah dan berlimpah di Indonesia. e. Analisis termodinamika pada RD menjadi dasar untuk membangun industri biodiesel berbasis teknologi RD yang efisien dan hemat energi. 10

11 f. Penelitian ini diharapkan dapat mendorong penggunaan Biodiesel produksi dalam negeri sebagai bahan bakar untuk sektor transportasi, industri dan pembangkit listrik sehingga dapat meningkatkan pertumbuhan ekonomi nasional, penciptaan lapangan kerja, pemerataan pembangunan, dan kepedulian lingkungan 2. Untuk Ilmu Pengetahuan dan Teknologi a. Memberikan informasi mengenai pengaruh parameter utama RD, yaitu perbandingan reaktan, tinggi zona reaksi, jenis minyak, dan jumlah katalis, terhadap kinerja RD dan yield biodiesel yang diperoleh. b. Mengetahui karakteristik biodiesel yang dihasilkan melalui proses RD. c. Memperkaya khasanah ilmu pengetahuan dalam hal pemodelan matematis RD yang tepat, sehingga bermanfaat untuk perancangan dan memprediksi unjuk kerja kolom RD untuk produksi biodiesel serta dapat digunakan sebagai landasan untuk scale-up pada proses produksi skala besar/ industri. d. Simulasi RD dengan engineering software ASPEN maupun simulasi menggunakan MATLAB berdasarkan model yang disusun dapat memberikan gambaran mengenai konfigurasi RD untuk produksi biodiesel yang optimal. e. Dilakukannya analisis termodinamika RD untuk produksi biodiesel pada penelitian ini, atau disebut sebagai analisis eksergi, akan bermanfaat untuk perancangan proses, yaitu: 1) menentukan kualitas energi, 2) menentukan jumlah dan lokasi energi yang hilang dalam proses, 3) menjadi landasan untuk merancang RD yang optimal, efisien, dan hemat energi, serta 4) mendorong strategi yang baik untuk meningkatan efisiensi energi pada proses. D. Tujuan Penelitian Secara umum penelitian ini bertujuan untuk melakukan eksperimen dan mengembangkan model serta simulasi kolom RD untuk produksi biodiesel secara kontinyu serta analisis termodinamikanya. Pembuatan biodiesel pada penelitian ini dilakukan melalui dua rute. Untuk bahan baku yang mengandung asam lemak 11

12 bebas rendah, pembuatan biodiesel dilakukan melalui jalur transesterifikasi minyak nabati (trigliserida). Adapun untuk bahan baku yang memiliki kadar asam lemak bebas yang tinggi, maka digunakan rute esterifikasi asam lemak bebas pada minyak nabati. Pada penelitian ini dikembangkan pula dua model matematis RD yang berbeda. Model equilibrium (EQ) digunakan sebagai dasar pemodelan RD jenis kolom tray untuk reaksi transesterifikasi trigliserida pada minyak nabati dan reaksi esterifikasi asam lemak bebas. Adapun model non equilibrium (NEQ) tiga fase digunakan sebagai pendekatan dalam pemodelan RD jenis bahan isian untuk reaksi esterifikasi asam lemak bebas pada minyak nabati. Tujuan khusus yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mendapatkan data eksperimen pembuatan biodiesel dengan proses RD untuk mendukung simulasi dan optimisasi proses. 2. Mengembangkan model matematis RD untuk produksi biodiesel dengan model equilibrium (EQ) maupun nonequilibrium (NEQ) tiga fase. Model matematis yang disusun digunakan untuk menjalankan simulasi RD sehingga dapat diperoleh pemahaman yang baik mengenai RD yang bermanfaat untuk perancangan proses. 3. Melakukan analisis termodinamika pada RD untuk produksi biodiesel melalui esterifikasi asam lemak bebas dengan kolom RD jenis bahan isian. Analisis termodinamika dilakukan melalui analisis eksergi dengan metode grafis diagram Ex-N-A untuk menampilkan profil exergy loss pada kolom secara terperinci. Analisis ini secara detail mengungkap kehilangan eksergi (EXL) untuk semua subproses RD pada tiap inkremen kolom serta pada kondensor dan pada satu diagram yang sederhana, kompak, dan mudah dipahami. Hasil yang dicapai dalam penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi yang dapat digunakan dalam perancangan kolom RD untuk produksi biodiesel secara kontinyu yang optimum dan efisien untuk skala kecil maupun industri. 12