BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sejarah Biodiesel
Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Alternatif Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia II sebagai bahan bakar kenderaan berat.Biodiesel didefinisikan sebagai metil/etil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO).
emisi gas buang. Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel. Pada umumnya, orang lebih memilih untuk melakukan proses kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil/SVO untuk menghasilkan metil ester asam lemak (fatty acid methyl ester - FAME) yang memiliki berat molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung digunakan dalam mesin diesel konvensional.
Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya bertujuan mengubah [tri, di, mono] gliserida berberat molekul dan berviskositas tinggi yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak methil ester (FAME).
produksi minyak bumi (petroleum) sangat melimpah dan murah, maka minyak untuk mesin diesel tersebut digunakan minyak solar dari minyak bumi. Hal ini menjadi inpirasi terhadap penerus Karl Diesel yang mendesain motor diesel dengan spesifikasi minyak diesel (Sudradjat dkk.,2010)
2.2.Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai mono-alkil ester asam lemak rantai panjang yang berasal dari sumber yang terbarukan, khususnya minyak nabati dan lemak hewan. Produksi biodiesel yang dikembangkan saat ini umumnya dibuat dari minyak tumbuhan (minyak kedelai, canolla oil, rapseed oil, crude palm oil), lemak hewani (beef talow, lard, lemak ayam, lemak babi) dan bahkan dari minyak goreng bekas (Rachmaniah dkk.,2009).
Table 2.1 standart biodiesel berdasarkan ASTM D 6751/EN 1421/03, dan Pr EN 14214/09
N o
Parameter Satuan ASTMD 6751/09
15 Nilon iodin iodine/ 100
- ≤120 ≤120
16 Linolenat metal ester
%w/w - ≤12,0 ≤12,0
tak jenuh
Parameter Satuan ASTMD 6751/09
24 Logam kelompok I
mg/kg ≤5,0 ≤5,0 ≤5,0
2.3 Kelebihan dan kekurangan Biodiesel
Biodiesel juga bersifat biodegradable dan tidak beracun, disamping itu juga biodiesel memiliki flash point (temperature terendah yang dapat menyebabkan uap biodiesel dapat menyala ) yang tinggi daripada diesel normal, sehingga tidak menyebabkan mudah terbakar. Biodiesel juga menambah pelumasan mesin, menambah ketahanan dan mengurangi frekuensi pergantian mesin. Keuntungan lain dari biodiesel yang cukup signifikan adalah sifat emisi yang rendah dan mengandung oksigen sekitar 10 -11% (Lotero, 2004).
Kelebihan lain dari biodiesel adalah:
1. Tidak perlu modifikasi mesin, Pada dasarnya tidak perlu ada modifikasi mesin diesel apabila bahan bakarnya menggunakan biodiesel. Biodiesel bahkan mempunyai efek pembersihan terhadap tangki bahan bakar, injektor dan selang
2. Emisi lebih rendah, biodiesel dapat mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon total, partikel, dan sulfur dioksida. Penambahan 20% biodiesel pada petroleum diesel dapat mengurangi emisi partikel sebesar 14%.
3. Ada efek pelumasan, biodiesel menghasilkan tingkat pelumasan mesin yang lebih tinggi dibandingkan dengan petroleum diesel.
5. Renewable. Biodiesel yang dibuat dari bahan terbarukan (renewable) sehingga dapat mengurangi impor dan penggunaan bahan bakar minyak bumi.
6. Non toksik. Biodiesel lebih aman dan tingkat toksisitasnya 10 kali lebih rendah dibandingkan dengan garam dapur.
7. Konsumsi bahan bakar sama. Konsumsi bahan bakar serupa dengan petroleum diesel(Siahaan dkk., 2009).
Adapun beberapa kelemahan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar diesel yaitu:
1. Kosumsi bahan bakar sedikit lebig tinggi karena nilai kalori yang lebih rendah. 2. Nitro Oksida (NOₓ) sedikit lebih tinggi dari bahan bakar disesel
3. Titik beku lebih rendah daripada bahan bakar disel dimana akan menjadi kendala dan menyulitkan dalam cuaca dingin.
4. Kurang stabil dibandingkan bahan bakar diesel sehingga penyimpanan jangka panjang ( lebih dari enam bulan) dari biodiesel tidak dianjurkan.
5. Dapat mendegradasi plastic,karet alam gasket, dan selang bila digunakan dalam bentuk murni.
6. Dapat melarutkan endapan sedimen dan kontaminan lainnya dari bahan bakar disel dalam tangki penyimpanan dan saluran ahan bakar yang kemudian menuju kedalam mesin sehingga dapat menyebabkan masalah pada katup dan sistem injeksi, karena itu. Pembersihan tangki sebelum mengisi dengan biodiesel dianjurkan (Siahaan dkk.,2009).
2.4 Ekstraksi reaktif
Dengan kata lain, dalam proses ini, alkohol bertindak sebagai keduanya yaitu ekstraksi pelarut dan reagen transesterifikasi selama proses ekstraksi reaktif. Akibatnya, jumlah alkohol diperlukan lebih banyak(Jairurob,dkk., 2013).
Perpindahan massa dan difusi terjadi yang membantu dalam pengambilan minyak. Ekstraksi reaktif dapat digunakan untuk mencapai hasil yang lebih tinggi dan membantu untuk menurunkan biaya produksi itu sendiri. Hal ini juga dapat mengurangi waktu reaksi dan penggunaan reagen dan co-pelarut(Sulaimandkk.,2013).
2.5 Transesterifikasi
Transesterifikasi merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk mengubah minyak menjadi biodiesel.Transesterifikasi merupakan reaksi antara trigliserida yang terkandung dalam minyak dan penerima gugus asil. Penerima gugus asil dapat berupa asam karboksilat (asidolisis), alkohol (alkoholisis) atau ester lain (interesterifikasi) (Roblesdkk.,2009).
Metode konvensional untuk memproduksi biodiesel melibatkan katalis asam dan basa untuk membentuk asam lemak alkil ester.Biaya pengolahan dan masalah lingkungan yang terkait dengan produksi biodiesel dan pemulihan produk samping telah menyebabkan dibutuhkannya metode produksi alternatif. Reaksi enzimatik yang melibatkan lipase dapat menjadi alternatif yang sangat baik untuk menghasilkan biodiesel melalui proses yang biasa disebut alkoholisis, yaitu suatu bentuk reaksi transesterifikasi (Akoh dkk.,2007).
yang lebih tinggi untuk biodiesel dan gliserol karbonat. Novozym 435 sering dipilih sebagai lipase yang efektif untuk produksi biodiesel (Seong dkk.,2011).
Konversi gliserol dan DMC untuk gliserol karbonat melalui transesterifikasi menggunakan Novozym 435 yaitu 95%, 97% yield biodiesel dari minyak rapeseed dan minyak biji kapas dengan metanol inter-butanol(Royan,dkk.,2007).
Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem pelarut dapat dilihat pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem pelarut
Gliserol karbonat merupakan bahan baku terbarukan dan murah yang dihasilkan dari produksi biodiesel sebagai produk sampingan (Seong dkk.,2011).
Keuntungan utama dari kerja lipase sebagai biokatalis adalah kondisi reaksi yang ringan dan mudah memisahkan gliserol tanpa pemurnian sehingga menghemat waktu, menghasilkan sedikit limbah dan kemurnian produk yang sangat tinggi (Antezak dkk., 2009).
Selain itu, asam lemak bebas dalam minyak dapat benar-benar dikonversi menjadi metil ester tanpa terjadinya pembentukan sabun sehingga meningkatkan yield biodiesel dan mengurangi biaya untuk pemurnian bahan bakar.Karakteristik enzim memungkinkan penggunaan bahan dengan asam tinggi lemak bebas (FFA) atau kadar air yang tinggi seperti minyak non-pangan, minyak goreng dan minyak limbah industri dan berbagai alkohol seperti metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, dan isobutanol (Lukovic dkk.,2011).
Yield biodiesel tidak hanya tergantung pada asal usul lipase, tetapi juga
2.5 BAHAN
2.5.1 Mesokarp Buah Sawit
Buah sawit mempunyai warna bervariasi mulai dari hitam, ungu, hingga merah tergantung pada varietas tanamannya.Buah bergerombol dalam tandan yang muncul dari setiap ketiak pelepah daun.Dalam satu tandan, umumnya terdapat sekitar 2.000 buah sawit dengan tingkat kematangan yang bervariasi. Tandan yang dianggap matang atau layak panen adalah tandan yang telah berwarna merah jingga.Warna tersebut timbul karena meningkatnya kandungan karotena (pigmen warna merah alami) yang berada di bagian kulit buah sawit yang matang.
• Varietas Tanaman Kelapa Sawit Yang Dibedakan Berdasarkan Warna
Kulit Buah
Ada 3 varietas kelapa sawit yang terkenal berdasarkan perbedaan warna kulitnya. Varietas – varietas tersebut adalah:
1. Nigrescens
2. Virescens
Pada waktu muda buahnya berwarna hijau dan ketika masak warna berubah menjadi jingga kemerahan, tetapi ujungnya tetap kehijauan.Varietas ini jarang dijumpai di Lapangan.
3. Albescens
Pada waktu muda buah berwarna keputih-putihan, sedangkan setelah masak menjadi kekuning-kuningan dan ujungnya berwarna ungu kehitaman.Varietas ini juga jarang dijumpai.
• Varietas Tanaman Kelapa Sawit Yang Dibedakan Berdasarkan Bentuk
Buah
1. Dura
Tempurung cukup tebal antara 2 – 8 mm dan tidak lingkaran sabut pada bagian luar tempurung.Daging buah relatiif tipis dengan persentase daging buah terhadap buahbervariasi antara 35 – 50%.kernel (daging biji) biasanya besar dengan kandungan minyak yang rendah.Dalam persilangan, varietas Dura dipakai sebagai pohon induk betina.
Gambar 2.2 Penampang buah kelapa sawit varietas Dura 2. Pisifera
tinggi, sedangkan daging biji sangat tipis. Jenis Pisifera tidak dapat diperbanyak tanpa menyilangkan dengan jenis yang lain. Varietas ini dikenal sebagai tanaman betina yang steril sebab bunga batina gugur pada fase dini. Penyerbukan silang antara Pisifera dengan Dura akan menghasilkan varietas Pisifera.
Gambar 2.3 Penampang buah kelapa sawit varietas Pisifera
3.Tanera
Varietas ini mempunyai sifat-sifat yang berasal dari kedua induknya, yaitu Dura dan Pisifera. Tempurung sudah menipis, ketebalannya berkisar antara 0,5 – 4 mm. Persentase daging buah terhadap buah tinggi, antara 60 – 96%. Tandan buah yang dihasilkan oleh Tanera lebih banyak daripada Dura, tetapi lebih kecil .
3.Macro Carya
Tempurung sangat tebal, sekitar 5 mm, sedang daging buahnya tipis sekali.
4.Diwikka – wakka
Varietas ini mempunyai ciri khas dengan adanya dua lapisan daging buah.Diwikka–wakka dapat dibedakan menjadi diwikka-wakkadura, diwikka-wakkapisifera dan diwikka-wakkatenera.
Perbedaan ketebalan daging buah kelapa sawit menyebabkan perbedaan persentase atau rendamen minyak yang dikandungnya. Rendamen minyak tertinggi terdapat pada varietas Tanera yaitu sekitar 22 – 24%, sedangkan pada varietas Dura antar 16 – 18%. Jenis kelapa sawit yang diusahakan tentu yang mengandung rendamen minyak tinggi sebab minyak sawit merupakan hasil olahan yang utama( Risza,S., 1994).
2.5.2 DMC(dimethyl carbonate)
dan pelarut ekstraksi pada saat yang sama dalam produksi biodiesel (Zhang dkk.,2010).
Untuk produksi skala industri, bagaimanapun harus dipertimbangkan bahwa jika pelarut memiliki manfaat, itu akan menjadi solusi yang memperkenalkan masalah lain seperti pengurangan kapasitas (sebagai pelarut membutuhkan volume), isu lingkungan (toksisitas,emisi) dan biaya (pemulihan dan kerugian). Isu-isu negatif harus diimbangi dengan efek positif(Nielsen dkk.,2008).
2.5.3 Novozyme 435
Katalis yang sering digunakan dalam produksi biodiesel adalah katalis homogen (KOH dan NaOH). Namun, penggunaan katalis homogen memiliki kelemahan yaitu pemisahan katalis dari produknya cukup rumit (Mutreja dkk., 2011).
Sintesis biodiesel biasanya dilakukan dengan transesterifikasi dikatalisis alkali kimia atau asam, yang memungkinkan waktu reaksi singkat dan konversi yang tinggi.Namun, metode ini memerlukan pretreatment terhadap substrat yang berair dan menyebabkan kesulitan dalam memulihkan katalis dan gliserol.Hal ini juga membutuhkan banyak energi dan pengolahan produk limbah. Transesterifikasi enzimatik dapat menghindari masalah transesterifikasi kimia dengan beroperasi di bawah kondisi moderat dan enzim dapat digunakan kembali. Selain itu, tidak menghasilkan limbah (Seong dkk., 2011).
tingkat industri untuk berbagai aplikasi dalam industri pengolahan makanan, farmasi dan kosmetik. Dengan kemampuannya untuk mengkatalisis berbagai reaksi, lipase adalah katalis yang cocok untuk transesterifikasi berbagai bahan baku, bahkan bahan baku dengan nilai asam tinggi, yang dianggap sebagai bahan baku berkualitas rendah (Guldhe dkk., 2015).
Penggunaan Immobilized Lipases (ILs) dalam proses transesterifikasi minyak merupakan proses yang menjanjikan karena ILs lebih toleran terhadap pelarut organik, panas dan kekuatan geser serta lebih mudah dipulihkan daripada lipase bebas. Namun, biaya menjalankan proses ini masih lebih tinggi daripada katalis kimia, seperti NaOH dan H2SO4. Untuk mengatasi hal ini, biaya dapat dikurangi dengan meningkatkan masa pakai lipase selama proses transesterfikasi. Untuk mencapai tujuan tersebut, pelarut dapat digunakan untuk mencegah pencucian lipase dan menghilangkan efek inhibisi alkohol (metanol biasanya) dan gliserol (Zhao dkk., 2015).
Salah satu jenis enzim lipase terimmobilisasi yang telah banyak digunakan dalam produksi biodiesel yaitu Novozym 435.Novozym 435 dapat digunakan untuk mengkatalisasi transesterifikasi dan reaksi hidrolisis untuk produksi biodiesel. Novozym 435 memiliki struktur berpori dan lebih sensitif terhadap perubahan rasio mol serta dapat mencapai konversi yang tinggi dengan rasio mol, temperatur dan jumlah katalis yang lebih rendah(Haigh dkk., 2013).
