BAB II
STUDI PUSTAKA DAN ROAD MAP
A. Studi pustaka1. Minyak
Minyak adalah lipid yang terdiri dari trigliserida, yang merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang (Ketaren, 1985). Trigliserida dapat berwujud padat atau cair, hal tersebut tergantung pada komposisi asam lemak yang menyusunnya. Minyak nabati berbentuk cair karena mengandung sejumlah asam lemak tak jenuh seperti: asam oleat, linoleat ataupun asam linolenat dengan titik cair rendah sedangkan lemak hewani mengandung banyak asam lemak jenuh seperti: asam palmitat dan asam stearat yang memiliki titik cair lebih tinggi, sehingga lemak hewani sering dijumpai berwujud padat pada suhu kamar.
Minyak nabati adalah minyak yang dihasilkan dari tumbuh-tumbuhan, walaupun kebanyakan bagian dari tanaman dapat menghasilkan minyak, tetapi biji-bijian merupakan sumber yang utama. Minyak nabati dapat digunakan baik untuk keperluan memasak maupun industri. Beberapa jenis minyak seperti minyak biji kapas dan minyak jarak tidak cocok untuk dikonsumsi tanpa pengolahan khusus. Minyak nabati merupakan senyawa ester dari gliserin dan campuran berbagai jenis asam lemak, tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik.
a. Bersumber pada tanaman
1) Biji-bijian palawija: minyak jagung, biji kapas, kacang, wijen, bunga matahari, kedelai, kelor, kapuk dan lain sebagainya.
2) Kulit buah tanaman tahunan: minyak zaitun dan kelapa sawit. 3) Biji-bijian dari tanaman tahunan: kelapa, coklat.
b. Bersumber pada hewan
1) Susu hewan ternak: lemak susu
2) Daging hewan ternak: lemak sapi dan lemak babi 3) Hasil laut: minyak ikan sardine, minyak ikan paus
Salah satu jenis minyak nabati yang sedang dikembangkan untuk bahan baku biodiesel adalah minyak biji kapuk. Minyak biji kapuk dapat diperoleh kurang lebih 20% dengan cara pengepresan, ekstraksi pelarut atau kombinasi keduanya. Minyak biji kapuk hampir menyerupai minyak biji kapas, meskipun warnanya lebih terang (muda).
Gambar 2.1. Buah dan Biji Tanaman Kapuk
Gambar 2.2. Stuktur Asam Oleat Tabel 2.1. Komposisi Minyak Biji Kapuk
Komposisi % berat Tabel 2.2. Komposisi Trigliserida Minyak Biji Kapuk
Asam lemak Persentase
Karakteristik minyak biji kapuk menurut standar AOCS disajikan pada Tabel 2.3. Tabel 2.3. Karakteristik Minyak Biji Kapuk Material tak tersabunkan
mengandung asam lemak unik bergugus siklopropenoid yaitu sekitar 10% berat minyak biji kapuk. Gugus siklopropenoid ini sangat aktif secara biologis sehingga tidak dianjurkan untuk menggunakan minyak kapuk sebagai bahan pangan. Asam siklopropenoid yang utama adalah asam malvalat dan sterkulat, yang dapat menyebabkan kemandulan dan gangguan fisiologis pada metabolisme asam lemak, termasuk pembekakan hati dan kantung empedu (Budiarso, 2004).
Gambar 2.3. Struktur Asam Siklopropenoid 2. Solar
Solar atau bahan bakar diesel adalah fraksi minyak bumi yang mendidih pada suhu 200-340oC. Indonesia saat ini memproduksi dua macam solar, yaitu:
a. High Speed Diesel Fuel (HSDF)
HSDF merupakan fraksi yang paling ringan dan tingkat penguapannya lebih tinggi dari seluruh jenis bahan bakar diesel dan digunakan untuk motor diesel putaran tinggi di atas 1000 rpm. Biasanya digunakan untuk kendaraan seperti truk dan bus (Djainudin, 2001).
IDO merupakan bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya digunakan untuk mesin-mesin industri (Djainudin, 2001).
Solar merupakan bahan bakar yang berasal dari olahan minyak bumi yang terdiri dari campuran berbagai macam senyawa hidrokarbon seperti parafin, naftalena, olefin dan aromatis (Tjokrowisastro, 2006). Adapun spesifikasi solar menurut Surat Keputusan Dirjen Migas 3675 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006 disajikan pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Spesifikasi Solar Menurut Surat Keputusan Dirjen Migas 3675 K/24/DJM/2006
No. Karakteristik Unit Solar Metode
uji
Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia II sebagai bahan bakar kendaraan berat. Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel.
mentah hasil degumming dan netralisasi biasanya disebut dengan SVO (Straight Vegetable Oil). SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas yang sangat tinggi dibandingkan dengan solar. Penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi atau tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan pemanas sebelum sistem pompa dan injektor untuk menurunkan harga viskositas bahan bakar.
Viskositas yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya atomisasi yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang. Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel, sehingga diperlukan proses kimia agar menghasilkan FAME (fatty acid methyl ester) yang memiliki massa molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar dan bisa langsung digunakan dalam mesin diesel.
Biodiesel umumnya diproduksi dari SVO menggunakan proses esterifikasi dan transesterifikasi. Kedua proses tersebut akan dijelaskan sebagai berikut:
a. Proses Esterifikasi
lebih reaktif. Esterifikasi ini bertujuan untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga 2% (Ramadhas, 2004).
Reaksi esterifikasi secara umum adalah sebagai berikut:
RCOOH + R’OH → RCOOR’ + H2O
As. lemak alkohol ester air b. Proses Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah ester yang bereaksi dengan alkohol lain dalam kondisi asam atau basa untuk membentuk ester baru. Reaksinya sebagai berikut:
H+ atau R'' O
R- C - OR'' + R' OH
O
R- C - OR' + R" OH
O
(Wingrove, 1981) Reaksi transesterifikasi dilakukan dengan penambahan katalis asam atau basa. Asam dapat mempercepat reaksi dengan memberikan proton ke golongan alkoksi, oleh karena itu membuat reaksi tersebut lebih reaktif. Demikian juga basa dapat mengkatalis reaksi dengan memindahkan kembali proton dari alkohol, jadi reaksi tersebut lebih reaktif (Susilo, 2006).
waktu yang diperlukan 1,4 kali lebih cepat dibandingkan penggunaan NaOH (Susilo, 2006). Secara umum, reaksi transesterifikasi dapat ditulis sebagai berikut:
(Rahayu, 2005) Biodiesel tergolong bahan bakar yang dapat diperbaharui karena diproduksi dari hasil pertanian, seperti: jarak pagar, kelapa, kapuk, kapas, kacang tanah. Biodiesel juga dapat dihasilkan dari lemak hewan dan minyak ikan. Penggunaan biodiesel cukup sederhana, dapat terurai (biodegradable), tidak beracun dan pada dasarnya bebas kandungan belerang (sulfur). Keuntungan lain dari biodiesel antara lain :
1) Tidak memerlukan modifikasi mesin diesel yang telah ada.
2) Kandungan energi yang hampir sama dengan kandungan energi solar
3) Memiliki flash point yang tinggi, yaitu sekitar 200oC, sedangkan solar hanya 60oC, sehingga lebih mudah penyimpanannya.
a. Densitas
Densitas menunjukkan perbandingan massa per satuan volume. Densitas berkaitan dengan nilai kalor yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Jika biodiesel mempunyai massa jenis melebihi ketentuan maka akan terjadi reaksi tidak sempurna pada konversi minyak nabati. Biodiesel dengan mutu seperti ini akan meningkatkan keausan mesin, emisi dan menyebabkan kerusakan mesin.
Pengukuran densitas minyak perlu dilakukan karena berhubungan dengan kemampuan bakar minyak. Minyak dengan densitas tinggi memiliki kemampuan bakar yang rendah. Hal ini dikarenakan minyak tersusun lebih banyak karbon daripada hidrogen. Karbon mempunyai berat molekul yang lebih besar dan kemampuan bakar yang lebih rendah daripada hidrogen (Agustina, 2003).
b. Viskositas
Viskositas adalah tahanan fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi. Biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi, tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi.
memproduksi spray yang terlalu halus sehingga tidak dapat masuk lebih jauh kedalam silinder pembakaran, menyebabkan pembentukan jelaga dan kebocoran pada pompa.
Viskositas yang terlalu tinggi akan menyebabkan asap yang kotor karena bahan bakar lambat mengalir dan lebih sulit teratominasi. Atomisasi bahan bakar yang memiliki viskositas tinggi akan membentuk tetesan besar dengan momentum tinggi dan memiliki kecenderungan untuk bertumbukkan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin, hal ini menyebabkan pemadaman flame sehingga mesin sulit di starting dan peningkatan emisi (Prihandana, 2006).
c. Pour Point (Titik Tuang)
Pour point adalah temperatur terendah yang masih memungkinkan terjadinya aliran bahan bakar. Pour point yang terlalu tinggi mengakibatkan bahan bakar tidak bisa mengalir karena terbentuk kristal atau gel yang menyumbat aliran bahan bakar. Pada umumnya permasalahan pada aliran bahan bakar terjadi pada saat keberadaan kristal mulai mengganggu proses filtrasi bahan bakar.
d. Flash Point (Titik Nyala)
Flash point adalah temperatur terendah yang menyebabkan bahan bakar dapat menyala atau terbakar oleh udara sekelilingnya yang disertai kilatan cahaya. Penentuan titik nyala ini berkaitan dengan keamanan dalam penyimpanan. Jika nilai flash point rendah akan menyebabkan timbulnya denotasi yaitu ledakan-ledakan kecil yang terjadi sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga dapat meningkatkan resiko bahaya pada saat penyimpanan. Flash point yang tinggi mengakibatkan keterlambatan penyalaan sehingga bahan bakar sukar terbakar dan mesin menjadi sulit dinyalakan (Prihandana, 2006).
e. Indeks Setana
Indeks setana berkorelasi dengan kecepatan bahan bakar mesin diesel yang diinjeksikan ke ruang bakar dapat terbakar secara spontan. Semakin cepat suatu bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar maka semakin tinggi indeks setana bahan bakar tersebut
indeks setana terlalu rendah akan mengakibatkan mesin sukar dinyalakan dan operasi mesin menjadi kasar dan bising.
f. Nilai Kalor
Nilai kalor bahan bakar merupakan jumlah energi maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna per satuan massa atau volume bahan bakar. Dalam proses pembakaran bahan bakar akan diperoleh suhu yang tinggi. Perbedaan suhu yang terjadi antara titik proses pembakaran dengan lingkungan sekitar menyebabkan perpindahan energi yang berupa kalor. Jumlah kalor dapat diukur dengan alat kalorimeter bom.
Kalorimeter bom dapat digunakan untuk menentukan nilai kalor bahan bakar cair. Kalorimeter bom menggunakan oksigen sebagai pengoksidasi. Prinsip kerjanya adalah pembakaran bahan bakar cair secara sempurna didalamnya dengan pemberian oksigen secara berlebih. Nilai kalor dari pembacaan kalorimeter dinyatakan sebagai Qv. Qv yang diperoleh melalui kalorimeter dilakukan pada volume konstan.
Pada hukum termodinamika I :
ΔE
=
Qv
−
W
... (1)W
=
p
.
ΔV
... (2)Berdasar persamaan (1) dan (2) maka diperoleh persamaan:
ΔE=Qv−(p.ΔV) ... (3)
Keterangan :
Qv = kalor yang diterima pada V tetap (joule)
ΔE = perubahan energi dalam yang terjadi (joule)
W = kerja yang dilakukan (joule)
Dari persamaan (4) dapat disimpulkan bahwa kalor yang dibebaskan pada volume tetap sama dengan energi yang dibebaskan dari bahan bakar (Atkins, 1990).
4. Pencampuran Biodiesel dengan Solar
Melihat dari sifat biodiesel yang memiliki viskositas lebih tinggi dibandingkan minyak solar maka pemakaian biodiesel murni secara langsung pada mesin diesel akan menemui berbagai kesulitan karena diperlukan banyak modifikasi pada mesin. Viskositas tinggi akan membuat bahan bakar teratomisasi menjadi tetesan yang lebih besar dan memiliki kecenderungan bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin. Hal ini menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit, penetrasi semprot bahan bakar, dan emisi mesin.
Salah satu cara untuk menurunkan viskositas biodiesel adalah mencampurnya dengan minyak solar. Campuran biodiesel dengan solar dapat ditulis sebagai Bxx, dimana xx menyatakan persen komposisi biodiesel dalam total campuran tersebut, misalnya B10, B20 atau B100 yang berarti campuran biodiesel dan minyak solar yang masing-masing mengandung 10%, 20%, dan 100% biodiesel. Hasil pencampuran biodiesel dengan solar harus memenuhi standar bahan bakar solar dari pertamina.
dengan solar untuk minyak jarak dari penelitian Rahayu, 2005 adalah B20 sedangkan menurut Darmanto, 2006 untuk minyak kelapa komposisi campuran terbaik biodiesel dengan solar adalah B15. Biodiesel minyak kapuk yang dihasilkan dari penelitihan pendahuluan juga akan dijadikan sebagai campuran bahan bakar solar, untuk mengetahui komposisi terbaik campuran perlu dilakukan penelitian, mengingat asam lemak penyusun minyak biji jarak dan kelapa berbeda dengan biji kapuk. Komposisi asam lemak minyak jarak, minyak kelapa dan minyak kapuk disajikan pada Tabel 2.5.
Tabel 2.5. Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak, Kelapa dan Kapuk
Asam lemak penyusun minyak biji kapuk yang terbesar adalah asam oleat sama seperti minyak jarak tetapi persentasinya lebih besar, untuk mengetahui komposisi terbaik pada campuran biodiesel minyak biji kapuk dengan solar perlu dilakukan penelitian.
5. Penelitian yang Relevan
Dari penelitian pendahuluan telah diketahui bahwa proses degumming mampu menurunkan kadar fosfor dari 21,029 mg/L menjadi 2,534 mg/L sehingga sesuai dengan standar mutu biodiesel Indonesia 2006 RSNI EB 02055I (<10 mg/L). Pada proses esterifikasi telah diperoleh kombinasi yang tepat untuk menurunkan kadar FFA secara maksimal yaitu pada waktu reaksi 60 menit dan kecepatan pengadukan 300 rpm. Pada kombinasi tersebut, kadar FFA minyak biji kapuk yang semula 13,2569% menjadi 0,7620%.
Pengujian viskositas minyak nabati yang telah dilakukan menunjukkan bahwa viskositas minyak nabati lebih besar bila dibandingkan dengan minyak diesel. Viskositas minyak nabati berkisar antara 2.3 - 6 cSt (Soerawidjaja, 2002).
Viskositas dan karakteristik biodiesel tidak jauh berbeda dengan minyak solar, maka campuran biodiesel dengan minyak solar dalam konsentrasi tertentu dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar kendaraan berbahan bakar minyak solar tanpa merusak atau memodifikasi mesin, dan dalam pengujian tenaga dan unjuk kerja mesin berbahan bakar minyak solar juga tidak berubah (Boedoyo, 2006).
setana yang tinggi mengakibatkan pembakaran efektif dan keterlambatan penyalaan pendek dan efisiensi mesin menjadi tinggi (Altin, 2000).
Penelitian pada campuran minyak kelapa dan solar didapatkan bahwa campuran biodiesel dengan solar yang tepat sesuai dengan standar pertamina adalah B15 (Darmanto, 2006).
Penelitian pada komposisi campuran minyak jarak dan solar didapatkan bahwa campuran yang tepat sesuai dengan standar pertamina adalah B20 (Rahayu, 2005).
B. ROAD MAP
Biji Kapuk Pengepresan Minyak biji kapuk De-gumming esterifikasi (Crude oil)
