PERBANDINGAN PEMBUATAN BIODIESEL DENGAN VARIASI BAHAN BAKU, KATALIS DAN TEKNOLOGI PROSES KARYA TULIS ILMIAH Disusun Oleh: Achmad Hambali NIM: 12 644 024 JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA KALIMANTAN TIMUR TAHUN 2014 i
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Indonesia memiliki berbagai macam sumber daya alam yang dapat dijadikan sumber energi. Salah satunya adalah minyak bumi yang termasuk kedalam sumber energi tidak terbarukan. Salah satu hasil pengolahan minyak bumi yang dijadikan sumber energi adalah bahan bakar minyak. Walaupun Indonesia memiliki jumlah minyak bumi yang cukup banyak, tetapi dengan semakin banyaknya jumlah penggunaan energi maka berpotensi menimbulkan krisis energi. Terkait hal tersebut, penelitian mengenai energi alternatif terbarukan semakin banyak dilakukan. Salah satunya adalah pembuatan biodiesel sebagai pengganti dari solar. Biodiesel merupakan bahan bakar yang ramah terhadap lingkungan. Biodiesel tidak mengandung bahan berbahaya seperti Pb, bersifat biodegradable, emisi gas buangnya juga lebih rendah dibandingkan emisi bahan bakar diesel. Biodiesel memiliki efek pelumasan yang tinggi sehingga dapat memperpanjang umur mesin dan memiliki angka setana yang tinggi (>50). (Azis et al. 2011) Biodisel dapat dibuat dari berbagai macam bahan baku minyak, misalnya saja dengan menggunakan minyak goreng bekas oleh Aziz (2011), minyak biji kapuk oleh Susilowati (2006), dan minyak biji karet oleh Musadhaz (2012). Katalis yang digunakan juga bermacam-macam, misalnya saja menggunakan katalis homogen yaitu larutan basa KOH oleh Aziz (2011), katalis heterogen cangkang keong emas oleh Prastyo (2011) katalis heterogen zeolit sekam padi oleh Santoso (2012) dan katalis heterogen abu tandan kosong sawit oleh Asthasari (2008). Teknologi pembuatan biodiesel juga bermacam-macam, misalnya saja secara konvensional (dengan pemanasan) dan menggunakan bantuan teknologi gelombang ultrasonik. Terlihat bahwa pembuatan biodiesel memiliki variasi yang sangat banyak. 1.2. Rumusan Masalah Dari latar belakang dapat dirumuskan masalah sebagai berikut : 1
Bagaimana hasil biodiesel yang diperoleh dari berbagai macam bahan baku, katalis dan teknologi prosesnya? 1.3. Tujuan Tujuan dari penulisan karya ilmiah ini adalah mengetahui bahan baku, katalis dan teknologi proses yang memberikan hasil terbaik pada pembuatan biodiesel dari berbagai penelitian yang telah dilakukan. 1.4. Manfaat Memberikan informasi kepada mahasiswa dan masyarakat mengenai pembuatan biodiesel dengan berbagai macam variasi untuk mengoptimalkan potensi sumber daya alam Indonesia. 2
BAB II METODOLOGI Karya ilmiah berupa artikel ilmiah ini disusun berdasarkan studi literatur dari berbagai macam penelitian yang telah dilakukan. Data yang digunakan adalah data yang diperoleh dari jurnal penelitian, skripsi dan prosiding seminar nasional yang berkaitan dengan pembuatan biodiesel dan dicantumkan dalam daftar pustaka. Secera umum proses pembuatan biodiesel terbagi menjadi 3 tahapan, yaitu preparasi bahan baku, preparasi katalis dan sintesis biodiesel (reaksi transesterifikasi). Bahan baku utama pembuatan biodiesel adalah minyak yang mengandung trigliserida. Untuk bahan baku yang belum berupa minyak misalnya biji kapuk (Susilowati, 2006) dan biji karet (Musadhaz, 2012), maka perlu dilakukan ekstraksi dari bahan baku tersebut hingga diperoleh minyak. Proses transesterifikasi dapat dilakukan tanpa bantuan katalis, tetapi yield yang dihasilkan pada suhu 350 o C sangat rendah dan karena itulah diperlukan suhu yang tinggi (Prastyo, 2011). Reaksi transesterifikasi dapat berkataliskan basa, asam atau enzim. Penelitian saat ini banyak difokuskan pada dua metode awal dikarenakan waktu yang lebih singkat dan biaya yang lebih murah (Asthasari, 2008). Katalis yang bersifat basa lebih umum digunakan pada reaksi transesterifikasi karena menghasilkan metil ester yang tinggi dan waktu yang cepat (Wang et al., 2006 dalam Asthasari, 2008). Katalis basa sendiri dapat berupa katalis homogen maupun heterogen. Untuk katalis heterogen yang dipilih dilakukan preparasi yang sesuai untuk mendapatkan keadaan katalis yang diinginkan. Berbagai macam katalis heterogen dapat digunakan karena adanya kandungan basa pada zat tersebut misalnya saja unsur K pada abu tandan kosong sawit (Atsahari, 2008), kandungan CaCO3 pada cangkang keong mas (Prastyo, 2011). Pada penelitian yang dilakukan oleh Susilowati (2006), untuk zeolit dilakukan aktivasi menggunakan NH4NO3, penyaringan, pecucian, pengeringan menggunakan oven pada suhu 110 o C selama 2 jam dan kalsinasi pada suhu 450 o C 3
selama 4 jam. Untuk katalis cangkang keong mas (Prastyo, 2011) pertama tama dihancurkan, dicuci untuk menghilangkan pengotor dan sisa protein. Cangkang dikeringkan di dalam oven pada suhu 110 o C selama 24 jam kemudian dikalsinasi pada suhu 900 o C selama 2 jam. Dilakukan pengecilan ukuran pada cangkang yang telah dikalsinasi hingga berukuran 170 mesh. Sedangkan untuk katalis abu tandan kosong sawit (Asthasari, 2008), kompos tandan kosong sawit dibakar dalam tanur bersuhu 600 C selama 5 jam. Kemudian dikecilkan ukurannya dengan mortar dan disaring dengan penyaring mesh 100. Tahapan terakhir adalah sintesis biodiesel menggunakan bahan baku minyak, alkohol dan bantuan katalis. Methanol, ethanol, propanol dan amyl alkohol dapat digunakan dalam reaksi ini. Tetapi methanol lebih banyak dipergunakan. Hal ini disebabkan: 1. Merupakan senyawa polar dengan rantai karbon terpendek, sehingga dapat bereaksi lebih cepat dengan triglycerides 2. Dapat melarutkan semua jenis katalis 3. Harganya murah 4. Jika alkohol yang dipergunakan adalah methanol, maka dapat disebut juga dengan Reaksi methanolisis (Wahyudi dan Pudyastuti, 2005 dalam Susilowati, 2006). Secara umum pada tahapan terakhir ini pertama-tama dilakukan pencampuran antara katalis dan methanol kemudian dilanjutkan dengan menambahkan campuran tersebut kedalam sebuah labu leher tiga yang telah berisi bahan baku minyak. Untuk bahan baku minyak jelantah biasanya dilakukan pretreatment berupa penambahan asam (HCl atau H2SO4) pada minyak. Diharapkan dengan pretreatment ini dapat menurunkan kadar asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak goreng bekas sehingga kualitas biodiesel yang dihasilkan akan lebih baik (Aziz, 2011). Pada tahapan terakhir diberi perlakuan tambahan yaitu pengadukan dan pemanasan dengan berbagai variasi untuk memenuhi kondisi reaksi. Pada teknologi konvensional alat pemanas yang digunakan adalah kompor listrik seperti pada penelitian Susilowati (2006). Pengembangan teknologi yang dilakukan adalah menggunakan gelombang ultrasonik sebagai pemanas untuk mempercepat reaksi yang terjadi. 4
Gelombang ultrasonik akan menimbulkan peregangan dan pemampatan pada ruang antar cairan, sehingga menyebabkan terbentuknya gelembung mikro. Gelembung mikro berumur sangat singkat (kurang dari 1 x 10-7 detik), dan ketika gelembung tersebut pecah, akan membantu mengecilkan ukuran droplet metanol maupun minyak menjadi 42% lebih kecil dibandingkan yang diperoleh dari metode konvensional. Hal ini menyebabkan jumlah area antar muka kedua fase reaktan bertambah banyak, sehingga membantu proses pembentukan metil ester (biodiesel) yang lebih cepat (Ji et al., 2006; Wu et al., 2007 dalam Musadhaz, 2012). 5
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN Dari penelitian yang dilakukan Aziz (2011) menggunakan minyak goreng bekas berkatalis basa KOH diketahui bahwa pretreatment yang dilakukan terhadap minyak goreng bekas mampu menurunkan kadar asam lemak bebas menjadi 1,1 %. Yield biodiesel yang dihasilkan pada reaksi transesterifiksi sebesar 88% dengan waktu selama 1 jam. Kualitas biodiesel yang dihasilkan memenuhi SNI biodiesel yang ditetapkan pemerintah dan standar bahan bakar solar. Hasil penelitian Asthasari (2008) dengan bahan baku minyak jelantah (bekas pakai) dan katalis abu tandan kosong sawit menunjukkan penggunaan jumlah katalis sebesar 5% dengan waktu reaksi selama 2 jam menghasilkan kualitas metil ester yang terbaik dan sesuai dengan SNI biodiesel No. 04-7182-2006 dengan yield sebesar 88,1%. Dapat dilihat bahwa jumlah biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan katalis KOH dan abu tandan kosong sawit hampir sama. Dari penelitian Prastyo (2011) dengan bahan baku minyak kelapa sawit dan katalis cangkang keong mas diketahui bahwa cangkang keong mas dapat digunakan sebagai katalis yang efektif untuk pembuatan biodiesel dari minyak kelapa sawit dengan hasil maksimal yang diperoleh adalah sebesar 94,43% dan waktu reaksi selama 4 jam. Konversi yang diperoleh pada penelitian ini lebih tinggi daripada menggunakan minyak bekas karena kandungan asam lemak bebas pada minyak bekas pakai berpengaruh terhadap hasil konversi biodiesel Pada proses pembuatan biodiesl dari minyak biji kapuk dengan katalis zeolit dan menggunkan teknologi konvensional oleh Susilowati (2006) diperoleh methyl ester dengan dengan yield sebesar 1,7699%., pada kondisi waktu proses 50 menit dan jumlah katalis 10 gram. Penelitian oleh Santoso (2012) yang juga menggunakan biji kapuk dan katalis zeolit dari sekam padi, menghasilkan biodiesel yang lebih banyak yaitu sebesar 21,94% dengan waktu reaksi selama 1 jam. Walaupun dapat dihasilkan biodiesel dari minyak biji kapuk, tetapi hasil konversinya masih sangat kecil. Dari bebrapa hasil penelitian yang telah dibahas 6
diatas, dapat diketahui bahwa berbagai macam jenis katalis heterogen dapat digunakan sebagai pengganti dari katalis homogen sehingga dapat mengurangi biaya pembuatan dari biodiesel. Untuk proses pembuatan biodiesel dari minyak kelapa sawit dengan katalis NaOH dan menggunakan teknologi ultrasonik oleh Musadhaz (2012) menghasilkan yield antara 96,5% hingga 98,03% dengan rentang waktu reaksi selama 10-30 menit. Dapat dilihat bahwa pada penggunaan teknologi ultrasonik menghasilkan konversi yang tinggi dalam waktu singkat. Selain itu pada teknologi konvensional membutuhkan suhu reaksi yang lebih besar yaitu ±60 o C sedangkan pada teknologi ultrasonik sebesar ±45 o C. 7
BAB IV KESIMPULAN DAN REKOMENDASI 4.1. Kesimpulan Dari studi literatur yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan, yaitu pembuatan biodiesel berbahan dasar minyak ( minyak bekas pakai, minyak biji kapuk, minyak kelapa sawit) dapat dilakukan dengan hasil optimum yang didapatkan adalah ±88% yield untuk bahan baku minyak bekas pakai berkatalis KOH maupun abu tandan kosong sawit, hingga 20% yield untuk bahan baku minyak biji kapuk berkatalis zeoilit, untuk bahan baku minyak kelapa sawit dihasilkan yield sebesar 84,43% dengan katalis cangkang keong mas dan 96,5-98,03% dengan katalis NaOH. Waktu reaksi akan lebih singkat jika menggunakan teknologi gelombang ultrasonik, yaitu selama 10-30 menit sedangkan pada teknologi konvensional waktu reaksi bervariasi antara 1-4 jam. 4.2. Rekomendasi Disarankan pembuatan biodiesel menggunakan bahan baku berbasis minyak dan katalis heterogen basa serta penambahan teknologi ultrasonik pada prosesnya untuk mendapatkan hasil optimum dengan waktu reaksi yang singkat dan biaya yang lebih murah. 8
DAFTAR PUSTAKA Asthasari, R.U. 2008. Kajian proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah dengan menggunakan katalis abu tandan kosong sawit [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Azis, I., Nurbayanti, S., dan Ulum, B. 2011. Pembuatan produk biodiesel dari minyak goreng bekas dengan cara esterifikasi dan transesterifikasi. Jurnal Valensi Vol. 2 No. 3, Nop 2011 (443-448) Musadhaz, S., Setyaningsih, D., dan Hendra, D. 2012. Pembuatan biodiesel biji karet dan biodiesel sawit dengan instrumen ultrasonik serta karakteristik campurannya. Jurnal Teknologi Industri Pertanian 22 (3): 180-188 (2012) Prastyo, H.S., dkk. 2011. Transesterifikasi minyak kelapa sawit dengan menggunakan katalis padat dari cangkang keong mas (Pomacea sp.). Prosiding Seminar Nasional Fundamental dan Apliaksi Teknik Kimia 2011. Santoso, M.P.B., Susatyo, E.B., Prasetya, A.T. 2012. Sintesis biodiesel dari minyak biji kapuk dengan katalis zeolit sekam padi. Indonesian Journal of Chemical Science 1 (2) (2012). Hal: 98-103. Susilowati. 2006. Biodiesel dari minyak biji kapuk dengan katalis zeolit. Jurnal Teknik Kimia, Vol. 1, No. 1, September 2006. Hal: 10-14 9