Lee et al. (2007) menyatakan salah satu sumber energi yang menjadi perhatian adalah bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui sehingga ketersediaannya yang semakin berkurang menjadi stimulus untuk mencari sumber-sumber energi terbarukan yang mempunyai kelebihan antara lain; tanpa emisi polutan, ketersediaan di alam dapat diperbaharui, sedikit limbah, tidak menyebabkan pemanasan global, harga stabil, dan menciptakan lapangan pekerjaan. Disebutkan dalam Demirbas (2005) biodiesel merupakan salah satu alternatif bahan bakar fosil yang dibuat dari sumber biologi terbarukan seperti lemak hewani dan minyak nabati, sehingga ketersediaannya di alam dapat diperbaharui, ramah lingkungan, dan dapat menciptakan lapangan pekerjaan baru.
Komponen utama dari minyak nabati dan lemak hewani adalah triasilgliserol (TAG) atau biasa disebut trigliserida. Secara kimiawi TAG termasuk ester yang tersusun dari fatty acids (FA) dengan gliserol. Biodiesel didapatkan dengan mereaksikan secara kimiawi minyak nabati dan lemak hewani dengan alkohol (biasanya metanol) sehingga terbentuk metil ester dan gliserol dengan reaksi transesterifikasi (Knothe et al. 2005). Biodiesel dapat diproduksi dengan bantuan katalis (katalitik) dan tanpa katalis (non-katalitik). Katalis yang biasa digunakan dalam reaksi dapat digolongkan kedalam tiga macam, yaitu katalis asam (H2SO4, H3PO4), katalis basa (NaOH, KOH), dan katalis enzim
(lipase). Penggunaan jenis katalis tergantung pada kandungan FFA (free fatty acid) dalam minyak/lemak. Katalis basa digunakan untuk proses transesterifikasi, sedangkan katalis asam untuk proses esterifikasi (Joelianingsih et al. 2007).
Reaksi kimia yang terjadi pada pembuatan biodiesel merupakan transesterifikasi dan esterifikasi. Reaksi transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak dengan alkohol (metanol) dan menghasilkan fatty acid metil ester (FAME) dan gliserol. Gambar 1 merupakan skema persamaan reaksi transesterifikasi, dimana R1, R2, R3 merupakan
hidrokarbon rantai panjang dari asam lemak. Sedangkan esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas dengan alkohol rantai pendek menghasilkan FAME dan air. Gambar 2 menunjukan skema reaksi esterifikasi.
6
Gambar 1 Persamaan reaksi transesterifikasi.
Gambar 2 Persamaan reaksi esterifikasi.
Metanol akan bereaksi dengan asam lemak dari trigliserida untuk membentuk FAME. Pertukaran ester dapat terjadi dengan atau tanpa katalis, tergantung suhu. Pada suhu 250oC atau lebih reaksi dapat terjadi tanpa katalis. Transesterifikasi membutuhkan kondisi yang bebas air karena adanya air dapat menyebabkan reaksi berubah menjadi hidrolisis (Joelianingsih et al. 2008a).
Kusdiana dan Saka (2001) menyatakan bahwa pembuatan biodiesel dengan katalis diawali dengan reaksi transesterifikasi, pengembalian metanol yang tidak bereaksi, pemurnian metil ester dari katalis, pemisahan gliserol yang merupakan produk samping, pemurnian menggunakan air (aquades) dengan cara pencucian berulang, sehingga proses ini lebih boros air. Reaksi pembuatan biodiesel dengan katalis mempunyai kelebihan yaitu reaksi dapat berjalan lebih cepat dan pada suhu yang rendah sedangkan kekurangannya adalah diperlukannya proses yang panjang untuk memurnikan produk dan perlu pengadukan yang kuat dalam reaksi karena metanol susah larut dalam minyak. Menurut Joelianingsih et al. (2007) proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik mempunyai beberapa kelebihan diantaranya adalah tidak memerlukan penghilangan FFA dengan cara refining
atau pra-esterifikasi. Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat berlangsung dalam satu reaktor sehingga minyak dengan kadar FFA tinggi dapat langsung digunakan. Selain itu, karena tanpa menggunakan katalis, proses pemisahan dan pemurnian produk menjadi lebih sederhana dan ramah lingkungan. Namun, proses non-katalitik biasanya menggunakan metanol sangat berlebih dengan suhu dan tekanan operasi lebih tinggi bila dibandingkan dengan proses katalitik.
O O ║ ║ H2C -O-C-R1 CH3 -O- C-R1 | O O CH2 -OH | ║ ║ | HC - O-C-R2 + 3 CH3OH → CH3 - O-C-R2 + CH - OH | O O | | ║ ║ CH2 -OH H2C- O-C-R3 CH3 –O-C-R3
TG 3 Metanol 3 FAME (ME) GL
R-COOH + CH3OH → R-COOCH3 + H2O FFA Metanol FAME Air
7
Perbandingan kelebihan dan kelemahan proses produksi katalitik dan non-katalitik dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Beberapa kelebihan dan kekurangan metode produksi biodiesel (katalitik dan non-katalitik)
No Metode Kelebihan Kekurangan
1
Katalitik
Transesterifikasi katalis basa
1) Proses dapat terjadi pada suhu dan tekanan rendah (60- 65oC, 1 atm),
2) Rasio molar metanol terhadap minyak rendah,
3) Tidak bersifat korosif.
1) Membutuhkan perlakuan khusus pada bahan baku, 2) Pemurnian yang
panjang,
3) Perlu pengadukan kuat,
4) Butuh katalis dan agen penjernihan.
2 Transesterifikasi katalis asam
1) Cocok untuk bahan yang mengandung FFA tinggi (bisa sekaligus esterifikasi), 2) Cocok untuk memproduksi ester rantai bercabang, 3) Digunakan sebagai tahap esterifikasi.
1) Laju reaksi rendah, 2) Membentuk produk
samping yang tidak diharapkan pada suhu reaksi tinggi, 3) Konversi ester menurun dengan adanya air. 3 Katalis biologi 1) Konversi dapat dilakukan pada kondisi suhu, tekanan, dan PH rendah, 2) Fase pemisahan mudah dan menghasilkan gliserol dengan kualitas tinggi, 3) Dapat digunakan langsung untuk bahan dengan FFA tinggi.
1) Membutuhkan waktu reaksi lama,
konsentrasi katalis yang tinggi, dan imobilisasi enzim, 2) Enzim dapat mudah
tidak aktif karena kandungan campuran pada minyak seperti fosfolipid sehingga terjadi degumming pada minyak. 4 Non- katalitik Kondisi superkritik metanol 1) Dapat digunakan langsung pada FFA tinggi,
2) Laju reaksi tinggi, 3) Penjernihan produk
mudah dan ramah lingkungan.
1) Suhu dan tekanan tinggi,
2) Rasio molar metanol terhadap minyak tinggi.
5 Tekanan
atmosfir
1) Dapat digunakan langsung pada FFA tinggi,
2) Penjernihan produk mudah dan ramah lingkungan.
1) Rasio molar metanol terhadap minyak tinggi,
2) Suhu reaksi tinggi, 3) Laju reaksi rendah. Sumber: Tambunan (2010)
8
Teknologi produksi biodiesel non-katalitik yang berkembang saat ini masih mengalami kendala terkait rasio energi dalam proses produksi karena nilainya masih lebih rendah dari produksi biodiesel secara katalitik. Oleh karena itu, diperlukan suatu terobosan teknologi yang dapat meningkatkan performansi dari sistem alat produksi biodiesel secara non-katalitik. Panas yang tidak termanfaatkan dalam sistem perlu didaur ulang, sehingga energi yang dipakai dapat lebih hemat. Perancangan alat penukar panas (APP) yang mampu meminimalisasi penggunaan energi pada sistem merupakan salah satu metode yang diharapkan mampu memecahkan persoalan itu.