PENGEMBANGAN MINYAK JARAK PAGAR SEBAGAI BIODIESEL (Development of Jatropha Oil as Biodiesel)
Elisa Julianti
Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU email : [email protected]
ABSTRACT
Due to unstable oil price situation in the world market, many countries have been looking for alternative energy to substitute petroleum. Biodiesel is a diesel fuel made from natural, renewable source such as vegetable oil and animal fats. The use of jatropha oil as biodiesel or biofuel has been intensively investigated . In the beginning, the emphasis was placed on the technical possibilities associated with the use of jatropha oil as a biodiesel. Jathropha oil was made from jathropa seed, which contain 46% oil by pressing the seed. The crude jatropha oil then converted into biodiesel fuel through a chemical process called transesterification. The experiment result showed that utilization of jatropha oil as biodiesel is potential, safe and environmental friendly.
Key word : Jathropa Oil, Biodiesel, Transesterification.
ABSTRAK
Situasi harga minyak dunia yang tidak stabil, menyebabkan banyak negara mulai mencari energi alternatif sebagai pengganti minyak bumi. Biodiesel adalah minyak diesel yang dibuat dari bahan-bahan alami, dari suumber yang dapat diperbaharui seperti minyak nabati dan lemak hewan. Penelitian mengenai penggunaan minyak jarak pagar sebagai biodiesel atau biofuel saat ini intensif dilakukan. Pada tahap awal dilakukan penelitian mengenai kemungkinan teknis yang berhubungan dengan penggunaan minyak jarak pagar sebagai biodesel. Minyak jarak pagar diperoleh dari biji buah jarak, yang mengandung minyak 46% dengan cara mengepres biji jarak. Minyak jarak yang dihasilkan kemudian ditransesterifikasi untuk dapat digunakan sebagai biodiesel. Dari hasil penelitian diketahui bahwa minyak jarak potensial digunakan sebagai biodiesel yang aman dan ramah lingkungan.
Kata kunci : Minyak jarak pagar, biodiesel, transesterifikasi.
PENDAHULUAN
Jarak pagar (Jatropha curcas L) merupakan tanaman yang sejak 50 tahun lalu sudah dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah untuk lampu petromak. Saat ini, di tengah kondisi ketersediaan bahan bakar minyak yang berasal dari minyak bumi semakin menipis, serta harganya yang
semakin meningkat, maka penggunaan jarak pagar sebagai sumber bahan bakar alternatif pengganti minyak tanah maupun solar (biodiesel) akan sangat membantu mengatasi masalah ini.
Minyak jarak dapat diperoleh dengan cara mengepres biji jarak yang telah dikeringkan dengan teknologi yang cukup sederhana. Secara tradisional minyak jarak kasar hasil ekstraksi ini
sudah dapat digunakan sebagai bahan bakar lampu-lampu penerangan di pedesaan.
Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, biji jarak mengandung minyak sebesar 46%, dan jika dipress dengan menggunakan alat pengepress minyak sederhana seperti hydraulik press, maka dapat diperoleh rendemen minyak jarak sebesar 22-27% (Departemen Teknologi Pertanian USU, 2005). Kandungan trigliserida dalam minyak jarak penting diketahui karena dari pengolahannya bisa didapatkan senyawa metil ester yang diharapkan bisa menjadi biodiesel.
SIFAT KIMIA DAN FISIKA MINYAK JARAK
Minyak jarak berbeda dari minyak nabati lainnya, karena minyak jarak mempunyai bobot jenis, viskositas, bilangan asetil dan kelarutan dalam alkohol yang tinggi. Ciri khas yang dimiliki minyak jarak adalah kandungan
asam lemak tidak jenuh yang
mengandung gugus hidroksil
(unsaturated hydroxyl fatty acid), cis
9,12 hydroxy octadecanoic acid, yang
umum disebut risionoleat (ricinoleic
acid) dengan rumus molekul sebagai
berikut (Kirk and Othmer, 1993; Patterson, 1994; Crawford et al., 1997).
CH
3-(CH
2)
5-CHOH-CH
2-CH=CH-(CH
2)
7COOH
Hasil penelitian terhadap 19 sampel minyak jarak yang berasal dari tanaman yang tumbuh di berbagai tempat di dunia, diperoleh komposisi campuran dari asam-asam lemak minyak jarak seperti terlihat pada Tabel 1.
Menurut Kirk and Othmer (1993), minyak jarak dapat larut di dalam etil alkohol 95% pada suhu ruang serta pelarut organik polar dan sedikit larut di dalam golongan hidrokarbon alifatis. Kelarutan minyak jarak yang rendah di dalam petroleum dapat digunakan untuk membedakan dari golongan trigliserida lainnya (Tabel 2).
MASALAH-MASALAH DENGAN PENGGUNAAN MINYAK JARAK
Masalah yang timbul dalam rangka pengembangan minyak jarak sebagai bahan bakar alternatif adalah nilai viskositas dan titik nyala (flash
point) minyak jarak yang masih cukup
tinggi. Nilai viskositas minyak jarak kasar adalah sebesar 0.9100 g/ml pada
suhu 15o C dan titik nyalanya sebesar
dibandingkan minyak diesel yang hanya mempunyai viskositas sebesar 0.8410
g/ml dan titik nyala 50o C (Kandpal and
Madan, 1994).
Masalah lain yang berkaitan dengan penggunaan minyak jarak adalah berkaitan dengan cetane number yang rendah (kebanyakan minyak nabati memiliki cetane number yang rendah dan tidak stabil bila dicampur dengan
minyak solar (La Puppung, 1986). Sebagai bahan bakar mesin diesel, hal
ini tidak menguntungkan, karena
rendahnya cetane number akan
menyebabkan terlalu lamanya ignition
delay, sehingga pada saa terjadi autoignition, dalam ruang bakar tersedia
terlalu banyak bahan bakar yang telah siap terbakar.
Tabel 1. Komposisi asam lemak minyak jarak
Asam Lemak Rumus Molekul Jumlah (%)
a) b) c)
Risinoleat C18H34O3 89.5 89.0 - 89.4 Tidak disebut
Dihidroksistearat C18H36O4 0.7 1.3 – 1.4 Tidak disbeut
Palmitat C16H32O2 1.0 0.9 - 1.2 14.1 – 15.3
Stearat C18H36O2 1.0 0.7 – 1.2 3.7 – 9.8
Oleat C18H34O2 3.0 3.2 – 3.3 34.3 – 45.8
Linoleat C18H32O2 4.2 3.4 – 3.7 29.0 – 44.2
Linolenat C18H35O2 0.3 0.2 0.0 – 0.3
Eikosaenoat C18H40O2 0.3 Tidak disebut Tidak disebut
a) Kirk and Othmer (1993), b) Patterson (1994), c) Gubitz et al., (1998)
PROSES PENGOLAHAN MINYAK JARAK
Proses pengolahan minyak biji jarak dari biji buah jarak meliputi
pengeringan buah jarak untuk
mengeluarkan biji dari buah jarak, pengeringan biji jarak hingga diperoleh kadar air biji 6%, pemisahan kulit biji
(cangkang) dengan daging biji yang dapat dilakukan secara manual atau menggunakan mesin pemisah biji jarak. Sebelum dilakukan pengepresan biji jarak, maka dilakukan pemanasan pendahuluan berupa pemanasan dengan
menggunakan oven pada suhu 105o C
selama 30 menit. Dengan cara ini akan dihasilkan minyak jarak dengan mutu
yang baik. Kemudian dilakukan penghancuran daging biji, pengepresan minyak dengan menggunakan mesin
pengepres dan penyaringan minyak
(Departemen Teknologi Pertanian,
2005). Tabel 2. Sifat Fisikokimia minyak Jarak
Sifat-Sifat Nilai a) b) c) Viskositas u-v (6.3-8.8 st) (Gardner-Hold, 25oC) 9.5-10 Poise (20oC) 17.1-52 cSt (30oC) Bobot Jenis 0.967-0.963 (20/20oC) 0.958-0.969 (15.5oC) 0.920 g/cm 3 (15oC) Bobot Molekul - 298 -
Bilangan Asam 0.4-4.0 4.0 (max) 3.5 0.1
Bilangan Penyabunan 176-181 177-187 -
Fraksi Tak Tersabunkan (%)
0.7 1 (max) -
Bilangan Iod (Wijs) 82-88 82-90 105.20.7
Warna (Appearance) Tidak lebih gelap dari
3’ (Gardner max)
2.2-0.3 R (max) -
Indeks Bias 1.477-1.478 (25oC) 1.477-1.481
(20oC)
- Kelarutan dalam alkohol
20oC Jernih (Tidak keruh) - -
Bilangan hidroksil - 156 -
Bilangan Asetil 145-154 140 (minimal) -
Titik Nyala (Taq close
cup),oC
230 - 240
Titik Nyala (Claveland
Open Cup), oC 285 - - Suhu Pembakaran, oC 499 - - Titik Api, o C 322 - - Titik Tuang - 18oC - Putaran Optik 7.5-9.0 - - Titik Leleh, o C -33 5 -
Tegangan permukaan pada
20oC, dyne/cm2 39.9 - -
PEMURNIAN MINYAK JARAK
Pemurnian minyak bertujuan untuk memperbaiki kualitas minyak dengan jalan memisahkan kotoran yang tidak diinginkan, agar diperoleh minyak dengan karakteristik yang sesuai dengan keinginan konsumen. Disamping itu
pemurnian juga bertujuan untuk
memperpanjang masa simpan minyak sebelum digunakan (Kirk and Othmer, 1993).
Menurut La Puppung (1986), perbedaan yang agak tajam antara minyak jarak bebas gum (Crude
Degummed Castor Oil) dan minyak
jarak RB (Refined Bleached Castor Oil) terletak pada bilangan asam yang terdapat di dalam minyak tersebut. Minyak jarak bebas gum memiliki bilangan asam yang lebih tinggi
dibandingkan minyak jarak RB.
Sedangkan indeks viskositas dari minyak jarak bebas gum sama dengan indeks viskositas dari minyak jarak RB. Titik tuang minyak jarak RB lebih rendah dibandingkan titik tuang minyak jarak bebas gum.
BIODIESEL
Biodiesel secara kimia didefenisikan sebagai metil ester yang diturunkan dari
minyak/lemak alami, seperti minyak nabati, lemak hewan atau minyak goreng bekas. Biodiesel merupakan bahan bakar yang bersih dalam proses pembakaran, bebas dari sulfur dan benzien karsinogenik. Dapat didaur ulang dan tidak menyebabkan akumulasi
gas rumah kaca, tidak toksik
(toksisitasnya 10% lebiih rendah dari
toksisitas garam dapur), dapat
didegradasi (waktu degradasi hampir sama dengan gula). Biodiesel dapat digunakan langsung atau dicampur dengan minyak diesel (Peeples, 1998).
Sifat fisikokimia biodiesel mirip dengan bahan bakar diesel. Bahan bakar fosil mempunyai kandungan sulfur, nitrogen dan metal yang tinggi dan dapat menyebabkan hujan asam serta efek
rumah kaca. Biodiesel tidak
mengandung sulfur dan senyawa
benzene sehingga lebih ramah
lingkungan dan mudah terurai di alam. Kandungan energi, viskositas dan perubahan fase relatif sama dengan bahan bakar diesel yang berasal dari petroleum. Mesin dengan bahan bakar
biodiesel menghasilkan partikulat,
hidrokarbon dan karbon monookasida yang lebih rendah daripada bahan bakar
tinggi daripada mesin diesel dengan bahan bakar diesel (Tat et al., 2000).
Kandungan panas dari berbagai
minyak nabati kira-kira 90%
dibandingkan dengan minyak diesel No. 2 (bahan bakar diesel untuk transportasi yang biasanya digunakan sebagai referensi untuk bahan bakar diesel dari minyak nabati). Umumnya panas pembakaran akan meningkat dengan meningkatnya panjang rantai . Daya mesin biodiesel (118.000 BTUs) hampir sama dengan daya mesin diesel (130.500 BTUs) sehingga engine tarque dan
horsepower yang diperoleh relatif sama
dengan konsumsi bahan bakar yang sama.
Perbedaan Cetane number
biodiesel dari minyak nabati segar biasanya lebih tinggi dari minyak diesel
yang dapat mempercepat waktu
pembakaran setelah diinjeksikan ke dalam silinder (Tat et al., 2000). Cetane
number dapat diduga dengan
perhitungan cetane index dengan empat variabel persamaan dari densitas dan pengukuran suhu. Cetane index digunakan karena keterbatasan sampel yang digunakan dan keterbatasan dalam pengujian bahan bakar terhadap mesin diesel (ASTM D 4737-96).
Flash point tergantung pada
kandungan metanol. Flash point biodiesel lebih tinggi dan tidak memproduksi asap, dapat didegradasi, dan toksisitas rendah, karena biodiesel tidak mengandung hidrokarbon aromatik jika dibandingkan dengan minyak diesel (Mittelbach, 1996). Minyak nabati dapat disuling hanya di bawah tekanan yang rendah. Pada tekanan atmosfir lebih terurai melalui penguapan yang akan
mulai terjadi pada suhu 300oC. Karena
itu flash point minyak nabati lebih tinggi daripada minyak diesel. Kehadiran pelarut dengan titik didih rendah atau aditif akan lebih merendahkan flash
point, menyebabkan penguapan yang
lebih besar dari asam lemak bebas dibandingkan dengan minyak.
TRANSESTERIFIKASI
Tingginya viskositas minyak jarak berhubungan dengan densitas minyak jarak yang juga cukup tinggi. Untuk mengatasi hal ini maka dilakukan pengubahan komposisi trigliserida pada minyak jarak menjadi ester melalui proses transesterifikasi.
Pada dasarnya proses pembuatan biodiesel adalah merobah minyak nabati ke dalam bentuk ester. Untuk
memperoleh ester, minyak nabati direaksikan dengan alkohol (methanol atau etanol). Untuk mempercepat reaksi
maka digunakan KOH atau NaOH sebagai katalisator.
Reaksi transesterifikasi dapat ditulis sebagai berikut : CH2OCOR1 CH2OH R1COOCH2CH3 + NaOH CHOCOR2 + 3 CH3CH2OH CHOH + R2COOCH2CH3 Catalyst + CH2OH CH2OCOR3 R3COOCH2CH3
Minyak (Trigliserida) + Etanol + katalis Gliserin + Campuran Etil Ester
Gambar 1 . Proses Transesterifikasi Pemrosesan ini secara rinci dapat
dijelaskan sebagai berikut :
- Pencampuran methanol dengan katalis: Katalis yang digunakan adalah sodium hidroksida, campuran ini lalu
ditambahkan pada minyak dan
dimasukkan ke dalam reaktor untuk
dipanaskan sampai suhu 150oF selama
1 sampai 8 jam. Kemudian kelebihan metanol dikeluarkan. Dari campuran ini akan diperoleh dua zat dengan berat jenis yang berbeda, yaitu gliserin dan metal ester sehingga dapat dipisahkan
dengan cara pengendapan atau
memakai sentrifugal.
- Pemisahan Gliserin dan Metil Ester Gliserin yang dihasilkan biasanya sudah berupa gliserin dengan tingkat kemurnian 80-88%. Namun ada kalanya masih mengandung sisa katalis dan sabun. Untuk itu perlu dipisahkan dengan asam (misalnya hidroklorik). Metil ester lalu dicuci
dengan air hangat untuk
membersihkannya dari sisa katalis atau sabun. Dari sini terlihat bahwa tidak ada bahan yang terbuang pada pengolahan biodiesel (Hariyadi et al., 2005).
Gambar 2. Skema pemrosesan biodiesel dari minyak atau lemak (Hariyadi et al., 2005).
Alcohol Recovery
Reactor Settler Washing Purification Evaporation
Neutralisation Distilation Settler Evaporation Biodiesel Control Oil Alcohol Catalyst Mineral Acid Fatty Acid Gliserin
TEKNIK PENCAMPURAN DALAM FORMULASI BIODIESEL
Sifat-sifat biodiesel selama ini
ditentukan berdasarkan percobaan
kimiawi. Saat ini dimungkinkan penentuan sifat-sifat dari campuran biodiesel dengan menggunakan teknik aljabar. Beberapa teknik estimasi sifat-sifat biodiesel (Hariyadi et al., 2005) adalah sebagai berikut :
1. Densitas (nl)
nl = ait + bi
t = suhu (oC), sedangkan a dan b
adalah konstanta yang tergantung pada jenis biodiesel, dan i mengacu pada
masing-masing bahan campuran.
Perbedaannya dengan hasil percobaan adalah sekitar 0.15%.
2. Viskositas
Persamaan untuk memperoleh
viskositas dari campuran berbagai biodiesel adalah :
Inhmix = Sxi 3”Inhl
Dimana Inh adalah viskositas masing-masing biodiesel. Dibandingkan dengan viskositas hasil percobaan, formula ini menghasilkan perbedaan yang cukup besar yaitu rata-rata 108.8%.
3. Cetane Number
Persamaan untuk memperoleh cetane
number dari campuran berbagai
biodiesel adalah :
Pmix = axiPi
Perbedaan rata-rata persamaan untuk memperoleh viskositas dari campuran berbagai biodiesel adalah 6.633%.
4. Heating Value
Rumus untuk mendapatkan heating value dari campuran biodiesel hampir
sama dengan formula untuk
memprediksi cetane number.
Keduanya tergantung dari jumlah komposisi masing-masing substansi
dalam campuran serta nilai
propertiesnya masing-masing.
5. Cloud Point
Persamaan untuk memperoleh clouds
point dari campuran biodiesel adalah :
Ln(t+10)=2.2 – 1.57ln ax, dengan perbedaan rata-rata 0.7%.
KESIMPULAN
1. Biji jarak potensial digunakan sebagai sumber minyak, karena kandungan minyak dari biji jarak sebesar 46%. Minyak jarak dapat diperoleh dengan cara mengepres biji jarak.
2. Minyak jarak yang diperoleh dari hasil pengepresan masih mempunyai viskositas dan titik nyala yang cukup
tinggi sehingga untuk dapat
digunakan sebagai bahan bakar alternatif (biodiesel), harus dilakukan proses transesterifikasi.
3. Pada proses pengolahan minyak jarak menjadi biodiesel melalui transesterifikasi akan diperoleh hasil samping berupa gliserin dan asam
lemak yang masih dapat
dimanfaatkan.
DAFTAR PUSTAKA
Akintayo,E.T. 2003. Characteristics and
composition of Parkia
biglobbossa and Jatropha curcas
Oils and Cakes.
American Standard Technical Material-ASTM D 93-90. 1993. Standard Test Method for Flash Point by Pensky-Mortens Closed Tester.
Annual Book of ASTM
Standards, Vol.05.01.
Crawford, J., A.Psaila and S.T.Orszullk. 1997. Miscelenous Additives and Vegetables Oil. In : Mortier,R.M. and S.T.Orszullk (ed). Chemistry and Technology of Lubricants. Blackie Academic &Profesional, London.
Departemen Teknologi Pertanian USU. 2005. Proses Pembuatan Minyak Jarak Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Kerjasama Antara Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU dengan
Balai Penelitian dan
Pengembangan Propinsi
Sumatera Utara Medan.
Gubitz,G.M., M.Mittelbach and
M.Trabi. 1999. Exploitation of the tropical seed plant Jatrhopa
curcas L. Bioresource
Technology 67 .
Hariyadi,P., N.Andarwulan, L.Nuraida dan Y.Sukmawati (ed). 2005. Kajian Kebijakan dan Kumpulan Artikel Penelitian Biodiesel. Kementrian Riset dan Teknologi RI, Masyarakat Perkelapasawitan
Indonesia (MAKSI),Southeast
Asian Food and Agricultural
Science and Technology
(SEAFAST) Centre, IPB.
Kandpal, J.B., M.Madan.1994. Jatropha
curcas : a renewable source of
energy meeting future energy
needs. Technical Note,
Renewable Energy 6 (2).
Kirk,R.E. and D.F.Othmer. 1993.
Encyclopedia of Chemical
Technology. Volume 5. The Interscience Encyclopedia Inc., New York.
La Puppung,P. 1986. Minyak jarak memiliki potensi sebagai bahan dasar minyak lumas. Lembaran Publikasi Lemigas 20 (4) : 55-64. Mittelbach, M. 1996. Diesel fuel derived from vegetable oils, VI : Specifications and quality control of biodiesel. Bioresource Tech. 56 : 7-11.
Patterson,H.B.W. 1989. Handling and Storage of Oilseeds. Oils, Fats and Meal. Elsevier Applied Science, London.
Peeples,J.E. 1998. Biodiesel
States : Meeting economic, policy &
technical challenges.
Proceedings of the 1998 PORIM
International Biofuel and
Lubricant Conference. 4-5 May 1998. Malaysia.
Salunkhe,D.K., J.K.Chayan, R.N.
Adeule and S.S.Kadam. 1992.
Word Oilseeds Chemistry,
Technology and Utilization.
Nostrand Reinhold, New York. Tat,M.E., J.H.van Garpen, S.Soylu,
M.Canakci, A.Monyem and
S.Wormley. 2000. The speed of sound and isentropic bulk
modulus of biodiesel at 21oC
