4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Rasio Energi Produksi Biodiesel
Metode non-katalitik yang digunakan pada penelitian ini adalah superheated methanol vapor (SMV) yaitu dengan mengalirkan uap metanol sampai kondisi super panas (290oC) didalam reaktor yang telah diisikan palm olein dan dikondisikan pada suhu 290oC dengan sistem semi batch. Percobaan dilakukan dengan 3 perlakuan laju alir metanol yaitu 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit-1, rata-rata hasil metil ester (biodiesel) yang didapatkan pada 3 perlakuan tersebut secara berturut-turut 3.65 g jam-1, 1.64 g jam-1, dan 2.14 g jam-1. Secara keseluruhan hasil reaksi ditampilkan pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil reaksi biodiesel non-katalitik dengan berbagai laju alir metanol Keterangan
Laju alir metanol
(mL menit-1) Satuan
1.5 3.0 4.5
Metanol masuk 71.19 142.38 213.57 g jam-1
Produk 74.95 144.09 215.80 g jam-1
Metil ester 3.65 1.64 2.14 g jam-1
Gliserol 0.41 0.21 0.28 g jam-1
Metanol yang tidak bereaksi 70.89 142.24 213.38 g jam-1
Hasil analisis kadar metil ester menggunakan GC-MS pada laju alir metanol 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit-1 secara berturut-turut adalah 72.8%, 74.4%, dan 78.0%. Kadar metil ester dan gliserol yang dihasilkan dalam produk masih rendah karena sebagian produk tidak bereaksi secara sempurna, hal itu tampak pada hasil percobaan yaitu masih ditemukannya monogliserida (ditampilkan pada Gambar 15) karena sifatnya yang tidak mudah bereaksi dan lebih stabil. Warabi et al. (2004) menyatakan bahwa monogliserida merupakan komponen antara dalam reaksi yang paling stabil sehingga dipercaya sebagai tahap penentu laju reaksi dan keberhasilan dari suatu reaksi transesterifikasi.
34
Gambar 15 Produk hasil reaksi yang masih mengandung monogliserida.
Kadar metil ester dalam produk akan berdampak pada beberapa perhitungan salah satunya rasio molar, yang merupakan perbandingan antara minyak dan metanol dalam satuan mol. Rasio molar minyak terhadap metanol sebesar 506, 2229, dan 2563 (mol mol-1) pada laju alir metanol 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit-1. Tingginya rasio molar disebabkan karena penggunaan sistem semi batch yang terus mengalirkan metanol dalam minyak yang sudah dalam jumlah tetap di dalam reaktor. Penggunaan metanol dalam jumlah banyak merupakan konsekuensi dari metode non-katalitik yang digunakan. Oleh karena itu, dibutuhkan metanol dalam jumlah yang melebihi keseimbangan rasio stokiometrinya karena selain sebagai reaktan dan fluida pembuat gelembung reaksi, disebutkan Hong et al. (2009) bahwa metanol juga berfungsi agar reaksi tetap dapat berjalan ke ruas kanan sehingga reaksi dapat terbentuk. Hal ini mengakibatkan penggunaan energi pada produksi biodiesel juga perlu diperhatikan, yang telah umum digunakan adalah dengan menghitung rasio energi. Tabel 7 menunjukan data penggunaan dan kandungan energi dalam produksi biodiesel non-katalitik.
Tabel 7 Data penggunaan dan kandungan energi Kandungan Energi Laju alir metanol (mL menit
-1 )
Keterangan
1.5 3.0 4.5
Palm olein (MJ) 0.137 0.062 0.081 Input
Metanol (MJ) 0.006 0.003 0.004 Input
Listrik (MJ) 9.58E-04 1.01E-03 1.10E-03 Proses Kimia (MJ) 5.81E-07 2.60E-07 2.25E-07 Proses Panas (MJ) 5.52E-05 1.09E-04 1.63E-04 Proses
Biodiesel (MJ) 0.151 0.068 0.088 Output
Rasio energi (MJ MJ-1) 7.85 2.98 2.87
Rasio energi (MJ MJ-1) 1.05 1.03 1.02 ≅ Sigalingging (2008) Monogliserida
Metil Ester
35
Kadar metil dalam perhitungan rasio energi diasumsikan 97% sehingga sudah masuk standar SNI. Rasio energi yang didapatkan berdasarkan definisi RE1
pada persamaan (26) adalah sebesar 7.85, 2.98, dan 2.87 untuk laju alir metanol 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit-1. Penggunaan definisi RE1 pada persamaan (26) dalam
perhitungan rasio energi dimaksudkan untuk mengetahui besarnya nilai energi yang terkandung dalam produk (biodiesel) setelah dikurangkan dengan kandungan energi yang terdapat pada bahan baku, dan dengan memperhitungkan nilai energi proses diharapkan mendapat nilai rasio energi bersih serta mempermudah pemahaman tentang energi yang dikandung suatu produk dibandingkan energi proses yang digunakan untuk menghasilkan produk tersebut.
Menurut Morris (2005) rasio energi berhubungan erat dengan penyediaan bahan baku dan proses produksi. Nilai rasio energi yang tinggi pada hasil penelitian disebabkan tidak diperhitungkannya energi dalam penyediaan bahan bakunya, sebagai contoh energi pengolahan lahan, penanaman, dan pemanenan serta proses sampai terbentuknya bahan baku. Nilai embedded energy pada peralatan produksi juga tidak diperhitungkan. Hasil penelitian hanya memperhitungkan nilai kandungan energi pada bahan (palm olein) yang akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Energi proses yang diperhitungkan pun hanya energi yang digunakan untuk mendukung terjadinya proses produksi, tanpa memperhitungkan berapa besar energi yang digunakan untuk menghasilkan energi tersebut. Gambar 16 menampilkan rasio energi hasil penelitian berdasarkan definisi RE1 pada persamaan (26).
Gambar 16 Rasio energi hasil penelitian berdasarkan definisi RE1 pada persamaan
(26). 7.85 2.98 2.87 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 1.5 3.0 4.5 R as io E n er g i
36
Perhitungan rasio energi dengan definisi RE2 pada persamaan (27)
dimaksudkan untuk membandingkan dengan penelitian Sigalingging (2008). Hasilnya didapatkan nilai sebesar 1.05, 1.03, dan 1.02 untuk laju alir metanol 1.5, 3.0, dan 4.5 mL menit-1. Rasio energi yang didapatkan pada setiap laju alir metanol mencapai nilai 1 artinya energi yang dikandung produk (biodiesel) sama dengan energi yang digunakan untuk menghasilkan biodiesel.
Hasil perhitungan rasio energi dengan metode dan persamaan yang sama (RE2) yang digunakan oleh Sigalingging (2008) yaitu pada laju alir metanol 3.0 mL
menit-1 didapatkan nilai 1.02, berarti menunjukan nilai yang lebih besar dibandingkan rasio energi yang didapat oleh Sigalingging (2008) yaitu 0.84. Hal ini berarti daur ulang panas yang diterapkan dalam sistem mampu meningkatkan efisiensi energi proses. Secara keseluruhan perbandingan rasio energi antara hasil penelitian penulis dengan Sigalingging (2008) ditampilkan pada Gambar 17. Diagram batang dalam garis kotak putus-putus merupakan hasil penelitian ini.
Gambar 17 Perbandingan rasio energi hasil penelitian penulis dan Sigalingging (2008) berdasarkan definisi RE2 pada persamaan (27).
Beberapa peneliti mendefinisikan rasio energi berbeda, Yadav et al. (2010) menyatakan rasio energi merupakan perbandingan antara energi yang dikandung oleh produk (output) dengan energi yang digunakan dalam proses produksi (dituliskan dalam RE4 pada persamaan (29)). Oleh sebab itu, rasio energi yang
didapatkan oleh Pleanjai dan Gheewala (2009), Pradhan et al. (2008), dan Yadav et
1.05 1.03 1.02 0.84 0.98 0.0 0.5 1.0 1.5 1.5 3.0 4.5 a b R a si o E n e rgi
1.5, 3.0, 4.5 merupakan hasil penelitian, (a) Minyak sawit metode non- katalitik, (b) Minyak sawit metode katalitik (Sigalingging 2008)
37
al. (2010) lebih besar karena tidak memperhitungkan energi awal yang dikandung oleh bahan baku. Beberapa rasio energi hasil penelitian dengan menggunakan definisi RE4 ditampilkan pada Gambar 18. Sedangkan menurut Sigalingging (2008)
rasio energi adalah perbandingan energi yang dikandung produk biodiesel (output) dengan energi awal yang dikandung bahan baku ditambah energi proses produksi (RE2 pada persamaan (27)).
Pimentel dan Patzek (2005) mendefinisikan rasio energi dengan cara menghitung jumlah kandungan energi biodiesel dibagi dengan jumlah total energi proses dikurangi dengan kandungan energi produk samping, (ditampilkan dalam RE3 pada persamaan (28)). Perbandingan rasio energi beberapa produksi biodiesel
ditampilkan dalam Gambar 18. Diagram batang dengan batas garis putus-putus merupakan hasil perhitungan dengan definisi RE2 pada persamaan (27), diagram
batang dengan batas garis putus titik adalah hasil perhitungan dengan definisi RE4
pada persamaan (29), dan diagram batang (f) dengan batas garis titik-titik adalah hasil perhitungan dengan definisi RE3 pada persamaan (28) dan merupakan
penelitian Pimentel dan Patzek (2005), mereka melaporkan bahwa energi yang dikandung biodiesel lebih rendah dari energi fosil yang dibutuhkan untuk memproduksinya.
Perhitungan rasio energi pada penelitian ini menggunakan persamaan RE2,
seperti yang digunakan oleh Sigalingging (2008) sehingga dapat langsung membandingkan efektifitas daur ulang panas dalam sistem setelah dilakukan modifikasi pada alat. Penggunaan persamaan RE1 berdasarkan pertimbangan bahwa
bahan baku yang dijadikan biodiesel sudah berupa fase liquid (minyak) yang sudah memiliki kandungan energi dan dapat digunakan secara langsung. Oleh karena itu, memperhitungkan kandungan energi bahan baku merupakan salah satu metode untuk dapat menentukan rasio energi bersih dalam produksi biodiesel.
38
Gambar 18 Perbandingan rasio energi dengan pengertian yang berbeda pada beberapa produksi biodiesel.
Hill et al. (2006) menyimpulkan bahwa biodiesel akan memiliki keuntungan lebih besar ketika proses produksi bahan baku mengkonsumsi energi yang rendah dan energi yang dibutuhkan untuk mengubahnya menjadi biodiesel pun rendah sehingga didapatkan nilai rasio energi yang besar, karena secara umum nilai rasio energi yang semakin besar mengindikasikan suatu proses produksi semakin baik. Dalam arti lain energi yang dihasilkan lebih besar daripada energi yang dibutuhkan untuk memproduksinya. Nilai rasio energi 1.05, 1.03, dan 1.02 hasil penelitian menunjukan nilai rasio energi positif dan mampu ditingkatkan ketika sistem produksi dapat lebih dioptimalkan dengan mengetahui ketersediaan energi yang dapat diubah menjadi kerja atau kualitas energi yang berada dalam sistem tersebut, hal itu dapat dilakukan dengan melakukan analisis eksergi.