BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kelapa Sawit
Minyak kelapa sawit (Elais gunensis) berasal dari Guinea di pesisir Afrika Barat, kemudian diperkenalkan ke bagian Afrika lainnya, Asia Tenggara dan Amerika Latin sepanjang garis equator antara garis lintang 15o dan lintang selatan 12o. Kelapa sawit tumbuh baik pada daerah tropis dengan suhu 24o-32oC dengan kelembaban yang tinggi dan curah hujan 200 mm/tahun. Kelapa sawit mengandung kurang lebih 80% perikarp dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis. Kandungan minyak dalam perikarp sekitar 30%-40%. Kelapa sawit menghasilkan dua macam minyak yang sangat berlainan sifatnya, yaitu :
1. Minyak sawit (CPO), yaitu minyak yang berasal dari sabut kelapa sawit 2. Minyak inti sawit (CPKO), yaitu minyak yang berasal dari inti kelapa sawit
Pada umumnya minyak kelapa sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat, oleat, dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti kelapa sawit. Minyak kelapa sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam lemaknya semakin tinggi titik leburnya dari minyak kelapa sawit tersebut (Tambun, 2006).
2.1.1. Komposisi minyak kelapa sawit
Asam lemak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah asam palmitat (C16:0 asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh) (May, 1994).
No. Asam Lemak Persen komposisi
1. Asam Kaprilat ( 8:0) 0,1
2. Asam Kaprikat (10:0) 0,1
3. Asam Laurat (12:0) 0,9
5. Asam Palmitat (16:0) 43,9
6. Asam Stearat (18:0) 4,9
7. Asam Oleat (18:1) 39
8. Asam Lenoleat (18:2) 9,3
9. Asam Linolenat (18:3) 0,3
Gambar 2.1 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit (Allen, 1992)
Tujuan utama dari proses pemurnian minyak adalah untuk menghilangkan rasa serta bau yang tidak enak, warna yang tidak menarik dan memperpanjang masa simpan minyak sebelum dikonsumsi atau digunakan sebagai bahan mentah dalam industri. Pada umumnya minyak untuk tujuan bahan pangan dimurnikan melalui tahap proses sebagai berikut :
1. Pemisahan bahan berupa suspensi dan dispersi koloid dengan cara penguapan, degumming dan pencucian dengan asam.
2. Dekolorisasi dengan pemucatan.
3. Deodorisasi dengan suhu dan tekanan tinggi sehingga menghasilkan produk samping asam lemak bebas. Pemucatan ialah suatu proses pemurnian untuk menghasilkan zat warna yang tidak disukai dalam minyak. Pemucatan ini dilakukan dengan mencampurkan minyak dengan absorben, seperti tanah pemucat (bleaching earth), lempung aktif (activated clay) dan arang aktif atau juga menggunakan bahan kimia. Proses deodorisasi untuk CPO menjadi RBDPO dilakukan dengan cara memompakan minyak ke dalam ketel deodorisasi. Kemudian minyak tersebut dipanaskan pada suhu 200-250°C pada tekanan 1 atmosfer dan selanjutnya pada tekanan rendah (kurang lebih 10 mm Hg) sambil dialiri uap panas selama 4-6 jam untuk mengangkut senyawa yang dapat menguap. Jika masih ada uap air yang tertinggal dalam minyak setelah penguapan aliran selesai maka minyak tersebut perlu divakumkan pada tekanan yang lebih rendah. Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) merupakan hasil samping pemurnian CPO secara fisika, yaitu setelah tahap deguming, deasidifikasi, dan pengeringan sistem vakum. Komponen terbesar dalam PFAD adalah asam lemak bebas, komponen karotenoid dan senyawa volatil lainnya. Secara umum proses pengolahan (pemurnian) minyak sawit dapat menghasilkan 73% olein, 21% stearin, 5% Palm Fatty Acid Distillate (PFAD), dan 0,5% bahan lainnya. Pada
umumnya PFAD digunakan industri sebagai bahan baku sabun ataupun pakan ternak. PFAD memiliki kandungan Free Fatty Acid (FFA) sekitar 81,7%, gliserol 14,4%, squalane 0,8%, vitamin E 0,5%, sterol 0,4% dan lain-lain 2,2%. Pada suhu yang lebih tinggi, asam lemak bebas yang menimbulkan bau dalam minyak akan lebih mudah menguap, sehingga komponen tersebut diangkut bersama-sama uap panas dan terpisah dari minyak RBDPO, asam lemak bebas dari produk samping dari pemurnian RBDPO inilah yang disebut PFAD (Palm Fatty Acid Destillate) ataupun metil ester asam lemak (MEAL) yang sering digunakan sebagai bahan pembuatan sabun batangan. Penurunan tekanan uap selama proses deodorisasi akan mengurangi jumlah uap yang digunakan dan mencegah hidrolisa minyak oleh uap air (Ketaren,1986).
2.1.2 Refined Bleached and Deodorized Palm Oil ( RBDPO )
Unit pengolahan sawit yang umumnya dilakukan adalah unit pabrik minyak goreng sawit terdiri dari unit refined yang meliputi tangki leaching dan tangki deodorisasi dan unit fraksinasi meliputi kristalisasi (crystallize) dan filter press. Pada proses dry fractionations, minyak sawit mentah (crude palm oil) dirafinassi terlebih dahulu menghasilkan refined bleached deodorized (RBD) palm oil dan selanjutnya dilakukan fraksinasi untuk memperoleh olein dan stearin. Pada proses wet fractionation, minyak sawit mentah difraksinasi terlebih dahulu menghasilkan crude olein dan crude stearin dan selanjutnya dilakukan rafinasi terhadap crude olein untuk menghasilkan RBD palm Olein (Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 2002).
2.2. Karakterisasi Limbah Lemak Hewani
Minyak dan lemak yang ditemukan dalam organisme hidup yang pada dasarnya terdiri dari ester asam lemak dan campuran gliserin dan dikenal sebagai trigliserida, yang dihidrolisis selama proses ekstraksi dan penyimpanan, melepaskan asam lemak dan gliserin. Penggunaan lemak hewani menghilangkan kebutuhan untuk berkontribusi terhadap pasokan biodiesel (Janaun&Ellis, 2010). Lemak hewani sudah tersedia karena industri dikelola dengan baik untuk pengendalian produk dan prosedur penanganannya. Namun, ada masalah keamanan hayati terkait dengan lemak hewan yang berasal dari hewan yang terkontaminasi. Biodiesel yang dibuat dari minyak goreng bekas atau dari lemak hewan kurang tahan terhadap cuaca dingin daripada
biodiesel yang terbuat dari minyak kedelai murni, sebagai aditif dikembangkan khusus untuk industri biodiesel (Tickell, 2006).
Lemak ayam diekstrak dari residu pemotongan ayam boiler dan dapat disaring atau tidak karena telah dijamin bahwa produk tersebut mengandung minimal 90% dari total asam lemak, maksimal 3% kotoran, tanpa FFA atau produk degradasi lemak.
Industri pengolahan unggas termasuk penyembelihan, pembersihan bulu dan isi perut (eviscerate), dan danging broiler es atau beku, danging ayam, kalkun, bebek dan unggas lain. Sebagian industri hanya melakukan proses penyembelihan dan pembersihan, ada yang melakukan penyembelihan pembersihan dan proses lebih lanjut, dan ada juga yang hanya melakukan proses selanjutnya saja. Pengolahan lebih lanjut menggunakan unggas bersih menjadi berbagai macam produk seperti dangim masak, kaleng panggang seletah dimasak lebih dahulu rolls, patties, irisan danging dalam gravy dan danging ayam bertulang yang dikalengkan.
Limbah dari industri pengolahan unggas dapat berasal dari penyembelihan, penghilangan bulu, pembungan isi perut, pencucian, pendinginan dan operasi pembersihan. Jumlah dan mutu limbah tergantung pada cara penanganan darah dan bulu, jenis peralatan pengolahan yang digunakan, dan cara pengolahan pengendalian polusi dalam pabrik. Dalam pengolahan broiler, sekitar 70 persen dari berat asal unggas merupakan produk akhir. Sisa 30 persen meliputi bulu, usus, kaki, kepala, dan darah yang membutuhkan pembuangan cairan dan padatan pada pengolahan (Lakmi, 1993). Minyak/ Lemak 12:0 14:0 16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 18:3 20:4 ≥ 20 Ayam 0.1 1-1.3 17-20.7 5,4 6-12 42,7 20,7 0.7-1.3 0,1 1,6 Lard 0,1 1-2 23,6-30 2,8 12-18 40-50 7-13 0-1 1,7 1,3 Lemak 0,1 3-6 23,3 -32 4,4 19-25 37-43 2-3 0,6-0,9 0,2 1,8 Ikan 0,2 6,1 14,3 10,0 3,0 15,1 1,4 0,7 0,7 56,5 Butter - 7-10 24-26 - 10-13 1-25 2-5 - - - Kedelai - 0,1 6-10,2 - 2-5 20-30 50-60 - - - Rapeseed 0,2 0,1 3,9 0,2 1,7 60,0 18,8 9,5 - 4,0 Jagung - 1-2 8-12 0,1 2-5 19-49 34-62 0,7 - 2,0 Olive - - 9-10 - 2-3 73-84 10-12 - - - Kapas - - 20-25 - 1-2 23-35 40-50 - - - Gambar 2.2 Komposisi asam lemak rata-rata beberapa minyak nabati dan lemak hewani
2.3. Metanol
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alkohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada
keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi etanol industri. Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbondioksida dan air.
Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbondioksida dan air adalah sebagai berikut :
2 CH3OH + 3 O2 2 CO2 + 4 H2O
Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan aditif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan industri. Penambahan racun ini akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). Metanol kadang juga disebut sebagai wood alkohol karena dahulu merupakan produk samping dari destilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melalui proses multi tahap. Secara singkat, gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida, kemudian gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol. Tahap pembentukannya adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah eksotermik (Hikmah&Zuliyana, 2010).
2.4. Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah istilah umum yang digunakan untuk menjabarkan reaksi organik dimana ester ditransformasikan menjadi bahan lain melalui interchange dari alkoxy. Reaksi transesterifikasi adalah reaksi setimbang dan transformasi yang terjadi oleh adanya pencampuran reaktan. Keberadaan katalis dapat mempercepat reaksi untuk memperoleh konversi ester yang tinggi dengan menggunakan alkohol berlebih.
Pada prinsipnya, transesterifikasi adalah mengeluarkan gliserin dari minyak dan mereaksikan asam, lemak bebasnya dengan alkohol (biasannya metanol) menjadi alkohol ester (Fatty Acid Methyl Ester) atau biodiesel. Reaksi antara senyawa ester, misalnya CPO dengan senyawa alkohol (metanol) memerlukan katalis untuk mempercepat proses reaksinya. Reaksi alkoholisis merupakan reaksi setimbang dengan kalor reaksi kecil. Pergeseran reaksi ke kanan biasanya dilakukan dengan menggunakan alkohol berlebih. Dalam reaksi alkoholisis, alkohol bereaksi bolak balik yang pada suhu kamar dan tanpa bnatuan katalisator akan berlangsung sangat lambat (Hendartomo,2004).
Hasil dari penelitian pada suhu 50oC menunjukkan adanya konversi trigliserida menjadi metil ester mencapai pada suhu 73oC dan konversi akan meningkat hingga 85% pada suhu 65oC. Setelah reaksi berlangsung selama 1 menit konversi metil ester mencapai 80% dan setelah waktu reaksi 1 jam konversi metil ester diperoleh 93 hingga 98% (Freedman et al., 1984).
Alkohol yang digunakan dalam reaksi alkolisis pada umumnya adalah metanol atau etanol. Pada umumnya alkohol dengan atom C lebih pendek mempunyai kereaktifan yang lebih tinggi daripada alkohol dengan atom C lebih panjang. Untuk meningkatkan hasil reaksi, perlu diperhatikan beberapa faktor yang mempengaruhi reaksi alkoholisis, yaitu :
1. Suhu : Semakin tinggi suhu maka kecepatan reaksi semakin besar
2. Katalisator : Fungsi katalisator adalah mengaktifkan zat pereaksi, sehingga pada suhu tertentu konstanta kecepatan reaksi bertambah besar. Untuk mempercepat reaksi katalisator yang biasa digunakan adalah katalisator asam misalnya asam klorida dan sam sulfat atau katalisator basa misalnya natrium hidroksida dan kalium hidroksida.
3. Waktu reaksi : Semakin lama reaksi berlangsung maka konversi akan semakin besar diperoleh kesetimbangan.
4. Konsentrasi zat pereaksi : Kecepatan reaksi sebanding dengan konsentrasi zat pereaksi. Semakin pekat zat pereaksi kecepatan reaksi semakin tinggi.
5. Kecepatan pengadukan : Tumbukan yang terjadi antara pereaksi akan semakin banyak jika kecepatan pengadukan semakin besar, sehingga kecepatan reaksi akan bertambah besar.
6. Perbandingan pereaksi : Reaksi alkoholisis dilakukan dengan menggunakan alkohol berlebih. Alkohol dapat ditambahkan dengan kelebihan 65% dari kebutuhan stoikiometris atau dengan perbandingan rasio molar alkohol yang diperlakukan berbanding minyak sebesar 5:1
Transesterifikasi yang menghasilkan metil ester merupakan standar uni Eropa harus memenuhi kemurnian metil ester minimum sebesar 96,5% (b/b) agar dapat dipakai sebagai substitusi bahan bakar mesin diesel atau biodiesel (Kraomanoglu et al, 1996).
Esterifikasi dilakukan dalam wadah berpengaduk pada suhu 40-50oC. esterifikasi dilakukan didalam wadah berpengaduk magnetik dengan kecepatan konstan. Keberadaan pengaduk ini penting untuk memastikan terjadinya reaksi diseluruh bagian reaktor. Produk esterifikasi alkali akan berupa metil ester di bagian atas dan gliserol dibagian bawah (akibat perbedaan densitas). Setelah dipisahkan dari gliserol, metil ester tersebut selanjutnya dicuci dengan air destilat panas (10 vol%). Karena memiliki densitas yang lebih tinggi dibandingkan metil ester, air pencuci ini juga dipisahkan dari metil ester dan menempati bagian bawah reaktor. Metil ester yang telah dimurnikan ini selanjutnya bisa digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel atau disebut biodiesel (Ramadhas et al., 2005).
2.5. Metil Ester
Metil ester diperoleh melalui suatu proses kimia yang disebut transesterifikasi dimana gliserin dipisahkan dari minyak nabati. Proses ini menghasilkan dua produk yaitu metil ester dan gliserin yang merupakan produk samping. Bahan baku utama untuk pembuatan metil ester antara lain minyak nabati, lemak hewani, lemak bekas/lemak daur ulang (Rahayu, 2005).
Minyak nabati yang digunakan dapat dalam bentuk minyak. Produk metil ester tergantung pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku serta pengolahan pendahuluan dari bahan baku tersebut. Alkohol yang digunakan sebagai pereaksi untuk minyak nabati adalah metanol, namun dapat pula digunakan etanol, isopropanol atau butil, tetapi perlu
diperhatikan juga kandungan air dalam alkohol tersebut. Bila kandungan air tinggi akan mempengaruhi hasil biodiesel. Disamping itu hasil metil ester juga dipengaruhi oleh tingginya suhu operasi proses produksi, lamanya waktu pencampuran atau kecepatan pencampuran alkohol (Rahayu, 2005).
kriteria dasar untuk metil ester dapat dipergunakan sebagai bahan bakar biodiesel mengacu pada standar yang dikeluarkan oleh America Standard for Testing Material (ASTM), pada umumnya kualitas biodiesel mengacu pada beberapa faktor, diantaranya :
1. Kualitas bahan baku
2. Komposisi asam lemak dari tumbuhan ataupun hewan
3. Proses produksi dan bahan yang digunakan pada proses tersebut 4. Tempat produksi
Parameter Metode Batas terendah Satuan
Titik nyala D93 130 min oC
Kadar air dan endapan D2709 0,05 mak %Volume Viskositas kinetika, 40oC D445 1,9 – 6,0 Mm2/s
Kadar abu D874 0,02 mak Wt. %
Kadar sulfur total D5453 0,05 mak Wt.% Compper srip corotion D130 No. 3 mak -
Angka setana D613 47 MIN -
Titik kabut D2500 - OC
Resedu karbon D4530 0,05 mak Wt.%
Bilangan asam D664 0,8 mak mg KOH/g
Gliserol bebas D6584 0,02 Wt.%
Gliserol total D6584 0,24 Wt.%
Kandungan pospor D4951 10 ppm
Table 2.3 ASTM D6751-02 Spesifikasi biodiesel (Sumber : ASTM International, 2002)
Secara umum, biodiesel memiliki angka setana yang lebih tinggi dibandingkan dengan solar. Biodiesel pada umumnya memiliki rentang angka setana dari 46–70, sedangkan bahan bakar diesel memiliki angka setana dari 47-55 (Bouaid, 2005).
2.6. Biodiesel
Biodiesel adalah alkil ester dari rantai panjang asam lemak yang berasal bahan lemak, seperti minyak nabati atau lemak hewan. Biodiesel adalah bahan bakar diesel alternatif dapat diperbaharui dan berkelanjutan. Manfaat bahan bakar ini dibandingkan dengan bahan bakar fosil
diantaranya yaitu toksisitas lebih rendah dan hampir nol emisi belerang (Marcheti J.M., dkk, 2008). Bila dibandingkan dengan minyak solar yang digunakan pada mesin diesel, biodiesel lebih menurunkan emisi karbon monoksida, sulfur, hidrokarbon, dan asap pada keluaran proses dan pada pembakaran biodiesel tidak menambah tingkat level CO2 pada atmosfer (Qing S., dkk., 2007). Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono alkil ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan. Biodiesel merupakan solusi yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol pada mesin dan dapat diangkut serta dijual dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini. Biodiesel bersifat biodegradable, hampir tidak mengandung sulfur, dan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan jalan yang tidak ramah lingkungan. Alternatif bahan bakar terdiri dari metil atau etil ester, hasil transesterifikasi baik dari triakilgliserida (TG) atau esterifikasi dari asam lemak bebas (FFA) (Ma, et al., 1999).
Biodisel tidak sama dengan minyak nabati, karena biodiesel adalah minyak nabati yang telah mendapatkan perlakuan lebih lanjut secara proses kimia, yaitu dengan memisahkan minyak menjadi alkil ester (biodiesel) dan gliserin, biodiesel dapat dipakai langsung secara murni 100% pada mesin atau dipakai dalam bermacam-macam konsentrasi campuran dengan bahan bakar solar atau tanpa melakukan modifikasi pada mesin. Biodiesel mempunyai banyak nama dagang, umumnya disesuaikan dengan nama bahan dasar biodiesel itu dibuat, seperti:
1. CME (coco metil ester) biodiesel dari minyak kelapa
2. FAME (fatty acid metil ester) biodiesel dari minyak goreng bekas 3. POME (palm metil ester) biodiesel dari minyak kelapa sawit 4. SME (soybean metil ester) biodiesel dari minyak kacang kedelai
