BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pembuatan Biodiesel dari RBDPO dengan Katalis Limbah Cangkang Kepah

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar rendah emisi pengganti diesel yang terbuat dari sumber daya terbarukan dan limbah minyak. Biodiesel terdiri dari ester monoalkil dari asam lemak rantai panjang yang berasal dari bahan baku minyak terbarukan seperti minyak sayur atau lemak hewan [13]. Reaksinya membutuhkan katalis yang umumnya merupakan basa kuat, sehingga akan memproduksi senyawa

kimia baru yang disebut metil ester [14].

Produksi biodiesel sangat meningkat karena manfaat akan lingkungan [15]. Biodiesel juga merupakan energi terbarukan yang dapat diperbaharui, bersifat biodegradable, ramah lingkungan karena hampir tidak ada membuang gas karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), hidrokarbon (HC)

dan partikel-partikel lain yang mengganggu pernafasan [16].

Biodiesel terdiri dari asam lemak alkil ester dalam rantai lurus panjang yang diperoleh melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati dan lemak hewani dengan alkohol beserta kehadiran katalis yang cocok [17].

Karakteristik biodiesel itu berbeda-beda tergantung dari sumbernya apakah nabati atau hewani. Hal ini pun berhubungan dengan struktur kimianya, seperti jumlah karbon dan jumlah ikatan karbon rangkap [18].

Dalam abad-abad terakhir ini, biodiesel telah mendapatkan popularitas di seluruh dunia sebagai sumber energi alternatif karena banyak manfaatnya [19]. 1. Biodiesel dihasilkan dari tanaman yang terbarukan. Biodiesel mengurangi emisi

karbon monoksida, ozon membentuk hidrokarbon, partikulat diesel yang berbahaya, hujan asam yang menyebabkan sulfur dioksida, asap dan jelaga.

2. Biodiesel merupakan satu-satunya bahan bakar alternatif yang digunakan di setiap mesin konvensional , mesin diesel yang tidak dimodifikasi.

4. Biodiesel aman untuk ditangani dan diangkut karena bersifat biodegradable, sedikit beracun, dan memiliki titik nyala tinggi sekitar 300 F, dibandingkan dengan bahan bakar minyak solar, yang mempunyai titik nyala 125 F.

5. Biodiesel diproduksi dari sumber dalam negeri, menghasilkan kemandirian di daerah penting [19].

Tabel 2.1 Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar (Biofuel) Jenis Biodiesel [20]

2.2Bahan

2.2.1 Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO)

Indonesia berusaha untuk mengambil keuntungan dari pasar dunia dari biofuel, seperti banyak negara-negara berkembang. Negara ini memiliki perkebunan

kelapa sawit yang luas dan sekarang mejadi produsen minyak sawit mentah (CPO) No. Parameter Uji Persyaratan Satuan, Min/ Max

1 Massa jenis pada 40 oC 850 - 890 kg/m3

7 Residu karbon dalam percontoh asli Dalam 10 % ampas distilasi

Periode induksi metode rancimat 360

Minyak kelapa sawit mentah (CPO) dapat diolah menjadi minyak goreng (RBDPO). Dalam proses pengolahan tersebut zat-zat pengotor seperti air, mineral-mineral logam, zat-zat lendir dan asam lemak bebas perlu dihilangkan melalui proses pemurnian. RBDPO hasil pemurnian CPO umumnya dikembangkan sebagai dasar pembuatan metil ester turunan minyak kelapa sawit melalui reaksi transesterifikasi dan produk ini digunakan sebagai biodiesel [22].

Gambar 2.1 Area Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia [23]

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Alkil Ester dari Minyak Sawit [24] Kandungan Asam Lemak Alkil ester dari minyak sawit %

C12 0,3

C14 0,8

C16:0 44,3

C16:1 0,2

C18:0 5,0

C18:1 39,1

C18:2 10,1

C18:3 0,1

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000

2004 2006 2008 2010 2012 2014

Ditanam

2.2.2 Metanol

Alkohol yang biasanya digunakan untuk produksi biodiesel meliputi metanol, etanol, propanol, isopropanol, 2-propanol, n-butanol, dan isobutanol. Alkohol yang mempunyai massa molekul yang lebih tinggi memiliki densitas dan titik didih lebih tinggi. Di antara alkohol ini, methanol dan etanol yang termurah dan diproduksi dalam skala terbesar dan oleh karena itu, methanol dan etanol biasanya digunakan untuk produksi biodiesel di industri [25].

Metanol umumnya digunakan dalam produksi biodiesel sebagai reaktan. Umumnya, metanol lebih banyak ditemukan daripada etanol [26].

Metanol mempunyai sifat senyawa polar dengan rantai karbon terpendek sehingga bereaksi lebih cepat dengan trigliserida dan melarutkan semua jenis katalis baik basa maupun asam [27].

Tabel 2.3 Sifat Fisika Metanol [28] Sifat Fisika

Berwujud cair

Berat Molekul : 32,04 g/mol Titik didih : 64,5 o_C

Titik leleh : -97,8 oC

Tekanan uap : 12,3 kPa (20 oC)

2.2.3 Katalis Heterogen

Untuk menghindari operasi penyisihan katalis dan pembentukan sabun, banyak usaha telah dilakukan yaitu mencoba katalis asam padat atau katalis basa yang dapat digunakan menjadi katalis heterogen [29].

Katalis heterogen adalah kandidat yang menjanjikan untuk biodiesel produksi dari minyak nabati. Katalis heterogen biasanya juga murah [30]. Proses katalitik heterogen dapat mengatasi masalah katalis homogen karena katalis padat dapat dengan mudah dipulihkan dan juga dapat digunakan kembali. Selain itu, proses netralisasi yang menghasilkan sejumlah besar air limbah akan dihilangkan [10].

Kelemahan menggunakan katalis heterogen adalah bahwa biaya utilitas dan energi yang tinggi. Reaksi heterogen dilakukan pada suhu dan tekanan yang lebih tinggi daripada reaksi homogen, diperlukan konsumsi energi yang lebih tinggi dan karena itu, energi berkaitan dengan biaya yang lebih tinggi [32].

Katalis basa heterogen CaO dapat dibuat melalui proses kalsinasi CaCO3

[33]. Produksi biodiesel dengan proses transesterifikasi heterogen dapat dicapai oleh semua katalis CaO terutama cangkang meretrix venus [11]. Kalsium oksida yang berasal dari cangkang meretrix venus telah terbukti menjadi katalis yang aktif dalam produksi biodiesel [10]. CaO dapat bereaksi dengan gliserol untuk membentuk Ca-digliserosida yang lebih larut dari CaO dan aktif dalam transesterifikasi minyak [34]. Ditemukan bahwa katalis ini terdiri atas kalsium (97%) dan beberapa zat-zat lain (Si, Na, Fe, Al, Sr, S, Mn) yang telah dianalisa oleh XRF [9]. Limbah industri ini menjanjikan sumber daya katalis yang murah dan bisa menghasilkan biodiesel yang murah [11]. CaO murni adalah katalis basa padat yang bagus untuk proses transesterifikasi menggunakan minyak yang memiliki kadar FFA rendah. CaO murni juga relatif murah dan tidak beracun [30]. CaO murni mempunyai kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan katalis pendukung. Hal ini disebabkan oleh dekomposisi termal dari karbonat dan dehidroksilasi kelompok OH selama kalsinasi. CaO murni adalah katalis yang paling cocok untuk produksi biodiesel. Namun, bisa menyebabkan pembentukan sabun yang tinggi [35].

2.3Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah proses yang menggunakan alkohol (misalnya metanol, etanol, propanol atau butanol), dengan adanya katalis untuk memecah molekul dari minyak mentah menjadi metil atau etil ester dari minyak tersebut dan gliserol sebagai produk sampingan secara proses kimia [26].

O

Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi katalis heterogen antara lain :

a. Molar rasio (minyak:alkohol)

Salah satu variabel yang paling penting mempengaruhi hasil ester adalah rasio Molar alkohol dengan minyak. Rasio stoikiometri untuk transesterifikasi memerlukan tiga mol alkohol dan satu mol trigliserida untuk menghasilkan tiga mol asam lemak metil ester dan satu mol gliserol. Namun, transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan di mana rasio Molar tinggi digunakan untuk mendorong reaksi ke kanan, meningkatkan kelarutan dan kontak antara trigliserida dan molekul alkohol [5].

b. Pengadukan

Katalis

Katalis

2010). Kecepatan pengadukan 375 rpm cukup untuk reaksi transesterifikasi katalis [12].

c. Kandungan Air

Produksi metil ester menurun dengan bertambahnya jumlah air dalam reaksi [38]. Air sangat mengurangi jumlah ester yang terbentuk. Kandungan air dalam minyak dapat dihilangkan dengan melakukan pemanasan minyak untuk meghilangkan kelembaban [39].

d. Katalis

Namun, untuk jumlah katalis yang tinggi, konversi tetap stabil dan hanya menambah biaya produksi [40].

e. Waktu Reaksi

Pada awalnya, reaksi lambat karena pencampuran dan penyebaran metanol dengan minyak dan kenaikan yield biodiesel sangat cepat dalam rentang waktu reaksi dari 0,5 sampai 1 jam. Seterusnya, waktu reaksi berlebihan akan berdampak berkurangnya hasil produksi biodiesel karena reaksi mundur serta menyebabkan lebih banyak asam lemak untuk membentuk sabun [41].

f. Suhu Reaksi

Suhu minimum yang digunakan adalah 50°C. Dibawah 50°C, viskositas minyak yang tinggi menyebabkan masalah dalam pengadukan. Suhu penyimpanan untuk minyak sawit sekitar 55°C untuk menjaga likuiditas. Suhu maksimum adalah 65°C karena titik didih metanol adalah 68°C [42].

g. Kandungan asam lemak

2.4 Analisis Ekonomi

Kepah merupakan jenis kerang-kerangan dimana mempunyai populasi yang banyak biasanya hidup di daerah laut. Cangkang kepah merupakan salah satu bahan sisa dari makanan laut dimana biasanya pengkonsumsi dari makanan laut tersebut membuangnya dan akibatnya menghasilkan limbah. Dalam cangkang kepah terkandung zat CaCO3 yang mempunyai potensi yang besar sebagai katalis dalam

pembuatan biodiesel dan juga untuk mengurangi banyaknya limbah serta meminimalkan dampak ke lingkungan. Untuk menjadikan cangkang kepah sebagai katalis, cangkang kepah harus dikalsinasi terlebih dahulu untuk menghasilkan abu cangkang kepah, jadi abu cangkang kepah tersebut bisa dijadikan katalis heterogen untuk pembuatan biodiesel. Selain itu katalis heterogen juga sedang dikembangkang dan cangkang kepah cocok sebagai katalis heterogen.

Untuk itu, perlu dilakukan kajian potensi ekonomi biodiesel dari RBDPO dengan katalis abu cangkang kepah. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dikaji potensi ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi.

 Biaya bahan baku untuk biodiesel dari katalis abu cangkang kepah:  Biaya pembelian RBDPO 9 run (1 L Rp 10.000)

= Rp 13.500

 Biaya listrik pembuatan abu cangkang kepah = 230 V x 30 A x 3,5 jam / 1000 x Rp 1.352

= Rp 41.979,6 [44]

 Biaya pembelian metanol

= 85,064 x 9 run = 765,676 ml (1 L Rp 15.000)

= Rp 11.485,14 [45]

 Biaya listrik pada hot plate

= 500 W x 18 jam / 1000 x Rp 1.352 x 9 run

 Biaya bahan baku untuk biodiesel dari katalis CaO murni:  Biaya pembelian RBDPO 9 run (1 L Rp 10.000)

= Rp 13.500

 Biaya listrik pre-treatment CaO murni = 230 V x 30 A x 2 jam / 1000 x Rp 1.352

= Rp 18.657,6 [44]

 Biaya pembelian metanol

= 85,064 x 9 run = 765,676 ml (1 L Rp 15.000)

= Rp 11.485,14 [45]

 Biaya listrik pada hot plate

= 500 W x 18 jam / 1000 x Rp 1.352 x 9 run

= Rp 12.168 [44]

 Biaya pembelian CaO murni = 45 gr x Rp 1.100

= Rp 49.500 [46]

Total biaya bahan baku = Rp 105.310,74

129,9 gr x 0,87038 gr/cm3 = 113.06 ml x 9 run = 1.017,54 ml ~ 1,02 L