Abstrak
Kekhawatiran yang besar akibat eksploitasi sumber daya fosil yang berlebihan mengharuskan pemanfaatan sumber daya energi alternatif. Biodiesel telah dianggap sebagai salah satu alternatif yang paling mudah beradaptasi dengan diesel yang berasal dari fosil dengan sifat yang sama dan banyak manfaat lingkungan. Meskipun ada berbagai pendekatan untuk produksi biodiesel, pengembangan katalis yang hemat biaya dan kuat dengan metode produksi yang efisien dan pemanfaatan berbagai bahan baku dapat menjadi solusi optimal untuk menurunkan biaya produksi. Mempertimbangkan kompleksitas proses produksi biodiesel, desain proses, evaluasi kuantitatif dan optimasi biodiesel dari perspektif sistem secara keseluruhan sangat penting untuk membuka kompleksitas dan meningkatkan kinerja sistem. Rekayasa sistem proses menawarkan pendekatan yang efisien untuk mendesain dan mengoptimalkan sistem produksi biodiesel dengan menggunakan berbagai alat. Ulasan ini mencerminkan penelitian biodiesel mutakhir di bidang rekayasa sistem proses dengan fokus khusus pada produksi biodiesel termasuk desain dan simulasi proses, evaluasi keberlanjutan, optimasi, dan manajemen rantai pasokan. Ulasan ini juga menyoroti tantangan dan peluang untuk pengembangan teknologi biodiesel enzimatik yang berpotensi berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Kata kunci: Biodiesel, Analisis siklus hidup, Lipase, Simulasi proses, Keberlanjutan, Optimasi
Tinjauan umum tentang desain proses, simulasi, dan evaluasi keberlanjutan produksi biodiesel
Mustafa Kamal Pasha
1, Lingmei Dai
1, Dehua Liu
(1,3), Miao Guo
2*dan Wei Du
1,3*Pendahuluan
Perubahan iklim global mengancam ekosistem di seluruh dunia melalui peningkatan suhu dan perubahan iklim. Laporan yang diterbitkan oleh Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) menyimpulkan bahwa ada kemungkinan lebih tinggi dari kepunahan sekitar satu juta spesies jika suhu global rata-rata meningkat melebihi batas minimal 1,5°C [1, 2]. Emisi gas rumah kaca (GRK) dari aktivitas antropogenik seperti pembakaran bahan bakar fosil untuk memenuhi kebutuhan energi merupakan kontributor utama
terhadap kenaikan suhu. Hal ini menunjukkan bahwa pada tahun 2050, pengurangan emisi GRK minimal 40% wajib dilakukan untuk mempertahankan kenaikan rata-rata< 1,5 °C [1]. Fenomena ini terus mendorong masyarakat untuk mencari alternatif ramah lingkungan baik dalam sumber daya energi maupun bahan kimia platform [2]. Salah satu pengganti utama bahan bakar konvensional adalah biodiesel, yang telah mendapat banyak perhatian [4]. American Society for Testing and Materials (ASTM) mendefinisikan biodiesel sebagai
"mono-alkil ester dari asam lemak rantai panjang yang berasal dari lemak hewani atau minyak nabati" dengan persyaratan tambahan yaitu memiliki sifat ramah lingkungan.
emisi gas setidaknya setengah dari gas rumah kaca baseline
*Korespondensi: [email protected]; [email protected]
1Departemen Teknik Kimia, Laboratorium Utama untuk Biokatalisis Industri, Kementerian Pendidikan, Universitas Tsinghua, Beijing 100084, Cina
2Departemen Teknik, Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam dan Matematika, King's College London, London, Inggris
Daftar lengkap informasi penulis tersedia di akhir artikel
emisi [4]. Manufaktur biodiesel mendapatkan perhatian yang luas dan pertumbuhan yang dramatis diamati dalam dekade terakhir seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 [5, 6].
Karakteristiknya seperti, emisi GRK yang lebih rendah, struktur molekul yang sangat mudah terurai secara hayati dengan toksisitas pembakaran yang minimal, kompatibilitas
© Penulis(-penulis) 2021. Artikel ini dilisensikan di bawah Lisensi Internasional Atribusi Creative Commons 4.0, yang mengizinkan penggunaan, berbagi, adaptasi, distribusi, dan reproduksi dalam media atau format apa pun, selama Anda memberikan kredit yang sesuai kepada penulis asli dan sumbernya, memberikan tautan ke lisensi Creative Commons, dan mengindikasikan jika ada perubahan. Gambar atau materi pihak ketiga lainnya dalam artikel ini termasuk dalam lisensi Creative Commons artikel, kecuali jika dinyatakan sebaliknya dalam baris kredit pada materi tersebut. Jika materi tidak termasuk dalam lisensi Creative Commons artikel dan penggunaan yang Anda maksudkan tidak diizinkan oleh peraturan perundang- undangan atau melebihi penggunaan yang diizinkan, Anda harus mendapatkan izin langsung dari pemegang hak cipta. Untuk melihat salinan lisensi ini, kunjungi http://creativeco mmons.org/licenses/by/4.0/. Pengabaian Dedikasi Domain Publik Creative Commons
(http://creativecommons.org/publicdomain/ zero/1.0/) berlaku untuk data yang disediakan dalam artikel ini, kecuali dinyatakan lain dalam baris kredit pada data.
TINJAUAN Akses
Terbuka
dengan mesin yang ada dan infrastruktur distribusi bahan bakar adalah fitur yang disukai untuk pertumbuhan industri yang luar biasa [7, 8].
Secara umum, esterifikasi/transesterifikasi asam lemak bebas/trigliserida dengan alkohol yang menggunakan katalis (katalis kimia dan biologis) dan non-katalis merupakan reaksi utama dalam produksi biodiesel yang ada saat ini [7, 9]. Di antara semua rute katalitik, produksi biodiesel menggunakan katalis kimia adalah rute yang paling banyak dikomersialkan karena waktu reaksi yang lebih singkat dan hasil yang tinggi [10]. Namun, ada beberapa keterbatasan dalam katalisis kimia seperti, pemulihan dan daur ulang katalis, jumlah air limbah alkali yang berlebihan dan kompleksitas pemurnian produk hilir [11]. Selain itu, proses katalitik kimia membutuhkan bahan baku berkualitas tinggi untuk menyelamatkan proses dari penyabunan. Dengan demikian, bahan baku berkualitas tinggi secara sengaja mempengaruhi keekonomisan proses dan meningkatkan biaya produk [12]. Akibatnya, proses biokatalitik telah diakui sebagai alternatif yang menguntungkan karena memiliki kondisi reaksi yang ringan, limbah yang lebih sedikit, pemurnian yang mudah, dan fleksibilitas bahan baku [11]. Pemanfaatan bahan baku alternatif yang murah seperti bahan baku generasi kedua dan ketiga sebagai pengganti minyak nabati menawarkan cara yang potensial untuk mengurangi biaya biodiesel [13, 14]. Selain biodiesel, upaya penelitian juga telah dilakukan pada produksi bahan bakar nabati generasi baru dari limbah dengan mengintegrasikan reaksi esterifikasi (rute enzimatik atau kimia) dengan pemulihan asam organik dari
berbagai sumber daya limbah. Selain itu, penelitian terbaru juga telah dilakukan untuk menyelidiki kinerja pembakaran campuran biodiesel pada mesin die- sel injeksi langsung, biodiesel yang berasal dari eceng gondok, biodiesel kelapa sawit, biodiesel Garcinia gummi-gutta, biodiesel asam jawa dan juga bahan bakar alternatif yang dicampur dengan solar [15-18].
Berbagai macam bahan baku (tanaman minyak yang dapat dimakan, tanaman minyak yang tidak dapat dimakan dan limbah minyak, serta mikroalga), kondisi reaksi dan pemisahan yang beragam, dan berbagai jenis katalis membuat pembuatan biodiesel menjadi sistem yang kompleks, yang tidak hanya membutuhkan kerja empiris, tetapi juga upaya penelitian modeling. Ulasan komprehensif terbaru oleh Muhammad dkk.
dan Bhatia dkk. dan oleh Ananthi dkk. memberikan gambaran yang sangat baik tentang kemajuan penelitian dalam produksi biodiesel termasuk sumber daya bahan baku dan karakteristiknya, ekstraksi minyak dan metode transesterifikasi, desain reaktor, dan intensifikasi proses. Untuk mengelola dan memahami kompleksitas proses produksi biodiesel dengan lebih baik, Rekayasa Sistem Proses (Process Systems Engineering/PSE) menawarkan solusi dengan berfokus pada pengembangan dan penerapan metode pemodelan dan komputasi. Artikel ini akan mengulas penelitian pemodelan PSE mutakhir untuk produksi biodiesel dan rantai pasok, serta mengidentifikasi kesenjangan yang muncul dan batas-batas penelitian di masa depan. Secara khusus, desain proses dan simulasi teknologi yang berbeda untuk produksi biodiesel dibandingkan dalam Bagian. "Desain proses dan
Gbr. 1 Peningkatan tahunan produksi biodiesel di Uni Eropa (UE) dari tahun 2007 hingga 2018
simulasi". Bagian "Evaluasi keberlanjutan produksi biodiesel"
berfokus pada evaluasi keberlanjutan (aspek ekonomi dan lingkungan) produksi biodiesel. Bagian "Optimasi" membahas optimasi sistem produksi biodiesel baik pada tingkat proses maupun desain rantai nilai, yang diikuti dengan kesimpulan dan perspektif kritis untuk penelitian di masa depan.
Rekayasa sistem proses dalam produksi biodiesel
Terlepas dari kemajuan penelitian dan komersialisasi biodiesel berkualitas sebagai bahan bakar nabati yang sesuai dengan spesifikasi standar (EN 14214:2012 atau ASTM 6751 12), pembuatan biodiesel masih merupakan sistem yang kompleks, yang tidak hanya membutuhkan kerja empiris tetapi juga upaya penelitian yang modem. Berbagai macam bahan baku (tanaman minyak yang dapat dimakan, tanaman minyak yang tidak dapat dimakan, dan limbah minyak), kondisi reaksi dan pemisahan yang beragam, dan berbagai jenis katalis telah digunakan dalam pembuatan biodiesel (Gbr. 2). Tujuh alat pemodelan telah diterapkan untuk mengatasi kompleksitas pembuatan biodiesel termasuk desain dan simulasi proses, evaluasi keberlanjutan, dan optimasi (Gbr. 3).
Desain dan simulasi proses
Simulasi proses adalah ilustrasi berbasis model dari proses fisiologis, kimiawi, biologis, dan unit operasi serta proses teknis lainnya dalam perangkat lunak. Ini dapat digunakan untuk
desain, pengembangan, analisis, dan optimalisasi proses produksi biodiesel.
Keuntungan dari simulasi proses adalah untuk (a) mengurangi waktu desain pabrik dengan memungkinkan perancang untuk menguji berbagai konfigurasi pabrik dengan cepat; (b) meningkatkan proses saat ini dengan menjawab pertanyaan 'bagaimana jika', menentukan kondisi proses yang optimal, dan membantu menemukan kendala dalam proses.
Tujuan akhir dari penggunaan simulasi proses adalah untuk mewujudkan pemecahan masalah yang lebih cepat, pemantauan kinerja online, dan pengoptimalan waktu nyata.
Berbagai platform pemodelan, misalnya Aspen Plus, Aspen Hysys, SuperPro Designer, menyediakan sumber daya di mana para peneliti dan insinyur dapat memodelkan, mensimulasikan, mendesain proses mereka.
Beberapa tantangan muncul bagi para peneliti ketika menggunakan platform pemodelan ini. Tantangan pertama yang biasanya dihadapi oleh para peneliti adalah mendefinisikan dan memilih spesies kimia yang tepat untuk mengambil bagian dalam keseluruhan proses. Yun dkk. [19]
menambahkan tiga asam lemak bebas yang berbeda (asam oleat, asam stearat, asam palmitat) dan satu trigliserida (tri olein) sebagai komponen model untuk mensimulasikan proses produksi biodiesel dari minyak nabati limbah. Representasi yang lebih komprehensif dari limbah minyak nabati disusun oleh Abdurakhman dkk. [20] dengan menggunakan lima trigliserida yang berbeda (tri-palmitin, tri-stearin, tri-olein, tri- linolein, tri-linolenin) dan lima FFA (asam linoleat, asam oleat, asam palmitat, asam stearat, asam linolenat) sebagai komponen model. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan komposisi pakan yang realistis dan sensitivitas terhadap perubahan
Gbr. 2 Representasi skematis dari pilihan teknologi dan bahan baku untuk produksi biodiesel
Komposisi ini sangat penting untuk memberikan penilaian yang lebih realistis terhadap pabrik skala besar [20]. Karena komposisi bahan baku biodiesel yang bervariasi, penggabungan semua komponen dalam simulator proses juga merupakan masalah yang menantang. Meskipun beberapa trigliserida dengan rantai asam lemak yang berbeda-beda terdapat dalam bank data Aspen Plus, namun data properti fisiknya tidak dikelola dengan baik. Selain itu, komponen lain seperti enzim masih merupakan komponen non-bank data. Komponen- komponen ini biasanya memiliki struktur yang tidak terdefinisi dan/atau sulit dikarakterisasi sehingga penggabungannya dalam simulator proses masih menjadi masalah yang menantang.
Tantangan kedua dalam menggunakan platform pemodelan adalah mengidentifikasi sifat-sifat kimia dan fisika yang tersedia dalam database. Pemodelan sistem produksi biodiesel dalam simulator ini, model termodinamika NRTL atau UNIQUAC biasanya dipilih karena senyawa polar (gliserol, metanol, dan air) dan sifat sistem reaksi transesterifikasi yang tidak ideal. Zong dkk. [21] menerapkan pendekatan fragmen konstituen kimia untuk estimasi ikatan termo-fisik trigliserida.
Metodologi ini kemudian diperluas
untuk masing-masing mono- dan digliserida [21]. Pada sebagian besar studi simulasi yang dilakukan untuk produksi biodiesel, metode UNIFAC digunakan yang menghasilkan prediksi yang dapat diandalkan untuk koefisien NRTL yang hilang dari sistem biner tril- olein-metanol dan triolein-gliserol [19, 22, 23].
Tantangan lain dalam menggunakan platform pemodelan adalah mengintegrasikan pemodelan padatan, batch, dan unit pemrosesan khusus [24]. Sebagai contoh, produksi biodiesel melibatkan beberapa langkah pemisahan dan pemurnian FAME di mana membran adalah salah satu opsi yang dapat digunakan untuk mendapatkan kemurnian produk yang diinginkan dan pemulihan bahan yang dapat didaur ulang (misalnya metanol, air, lipase cair) [25]. Selain tantangan- tantangan tersebut, beberapa data penting perlu dikumpulkan sebelum desain dan simulasi diagram alir proses, misalnya jenis reaktor dan katalis, laju reaksi atau konversi, stoikiometri reaksi, kondisi proses, kapasitas produksi, mode operasi, dll.
Pendekatan yang sering digunakan dalam desain proses dan simulasi pabrik produksi dimulai dari pemilihan reaktor dan dilanjutkan dengan menambahkan sistem pemisahan dan daur ulang [26, 27]. Di antara beberapa langkah ini, reaksi
Gbr. 3 Kerangka kerja umum untuk integrasi alat pemodelan yang berbeda
Prosedur dan jenis katalis yang digunakan dalam transesterifikasi sangat penting yang menentukan kemurnian produk serta tingkat keparahan pemisahan hilir dan langkah- langkah pemurnian [28]. Sub-bagian berikut ini menyajikan desain proses dan simulasi proses produksi biodiesel dengan katalis kimia dan enzim beserta studi integrasi panas.
Desain proses produksi biodiesel menggunakan katalis kimia Dalam desain proses produksi biodiesel, pilihan mode operasi untuk proses adalah salah satu keputusan yang paling penting.
Banyak publikasi mengenai desain dan simulasi proses untuk produksi biodiesel yang tersedia (Tabel 1). Penelitian- penelitian ini didasarkan pada evaluasi katalisis kimia heterogen dan homogen serta kondisi superkritis
(non-katalitik) dalam konteks keekonomisan proses untuk operasi batch dan kontinyu. Perbandingan ekonomi proses kontinyu dan batch untuk produksi biodiesel telah dipublikasikan oleh Sakai dkk. [29]. Berbagai jenis katalis (heterogen dan homogenis alkali) dan metode pemurnian dibandingkan secara ekstensif. Hasil penelitian menjelaskan bahwa proses batch lebih mahal daripada proses kontinu [22].
Membandingkan perilaku, Fonseca dkk. [30] menunjukkan bahwa dalam kondisi operasi yang biasa, reaktor tangki pengaduk tunggal (CSTR) tidak mampu mencapai produktivitas yang sama dengan reaktor batch. Namun, pengaturan CSTR secara seri adalah pola yang layak untuk produksi massal daripada proses batch [30]. Terlepas dari beberapa keuntungan dari proses batch, proses kontinyu adalah satu-satunya pilihan untuk produksi biodiesel skala besar [23].
Tabel 1 Fitur utama dari studi simulasi yang dilaporkan dalam produksi biodiesel Definisi pakan
(senyawa model)
Proses produksi Estimasi sifat termo- fisik dan model termodinamika
Modul reaktor Kapasitas pabrik (ton/tahun)
Mode operasi Alat simulasi Ref.
Triolein Dikatalisis dengan alkali yang homogen dan heterogen
- Batch 7260 Batch Desainer SuperPro [29]
Triolien murni+
asam oleat
Alkali dan proses yang dikatalisis dengan asam
NRTL dan UNIQUAC-LLE
Hasil 8000 Berkelanjutan Aspen HYSYS [31]
Triolien murni+
asam oleat
Proses alkali, asam, katalis asam heterogen, dan superkritis
NRTL, UNIFAC-LLE dan UNIFAC-VLE
Hasil 8000 Berkelanjutan Aspen HYSYS [22]
Triolein dan trilin- olein
Proses superkritis NRTL dan UNIFAC dengan persamaan keadaan Redlich- Kwong
Hasil 8000 Berkelanjutan Aspen PLUS [43]
Triolein, tripalmitin, dan trilinolein
Superkritis dengan proses kogenerasi daya
Persamaan keadaan UNIFAC dan Soave-Redlich- Kwong
- 2780 dan 16.550 Berkelanjutan CHEMCAD [44]
Triolein Proses yang
dikatalisis oleh enzim
NRTL dan UNIFAC- DMD
Stoikiometri 8000 dan 200.000 Berkelanjutan Aspen PLUS [23]
Triolein, mono olein, asam stearat, asam palmitat, asam oleat
Proses yang dikatalisis oleh enzim
NRTL dan UNIFAC Stoikiometri 6482 Berkelanjutan Aspen PLUS [19]
Tripalmitin, tristearin, triolein, trilinolein dan trilinolenin;
asam palmitat, stearat, oleat, linoleat dan linolenat
Proses dengan katalis alkali
NRTL Konversi 64,000 Berkelanjutan Aspen HYSYS [20]
Triolein, diolein, monoolein
Proses enzimatik NRTL dan UNIFAC- DMD
Kinetik (CSTR) 11,200 Berlanjut Aspen HYSYS [45]
Mengenai produksi biodiesel yang berkelanjutan, Zhang dkk.
[31] mencoba merancang dan mensimulasikan pabrik skala industri secara teoritis dengan menggunakan Aspen HYSYS.
Berbagai katalis kimia (termasuk katalis basa dan asam homogen) dan bahan baku (minyak goreng bekas dan minyak nabati) digunakan untuk menyelidiki bagaimana setiap jenis katalis dan bahan baku mempengaruhi desain proses. Operasi unit yang termasuk dalam desain proses adalah transesterifikasi, esterifikasi, pemulihan metanol, pemisahan biodiesel dan pemurnian dengan ekstraksi metil ester menggunakan heksana atau pencucian air konvensional.
Kelayakan tekno-ekonomi dari setiap opsi teknologi dievaluasi dan dibandingkan berdasarkan konsumsi bahan dan energi.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa setiap proses memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda, yang sangat bergantung pada kualitas bahan baku dan katalis yang digunakan. Secara keseluruhan, proses alkali-katalitik dengan bahan baku minyak nabati murni (Gbr. 4) merupakan pilihan yang lebih disukai karena memiliki investasi yang lebih kecil, tetapi biaya operasinya tinggi karena kebutuhan bahan baku yang berkualitas tinggi (31). Modifikasi dalam desain dilakukan untuk minyak berkualitas rendah (minyak jelantah) yang memiliki kandungan FFA yang tinggi. Dalam hal ini, esterifikasi FFA yang dikatalisis oleh asam sulfat dilakukan sebelum langkah transesterifikasi basa. Berlawanan dengan proses basa dengan perlakuan awal asam, proses yang dikatalisis dengan asam (lihat Gbr. 5) ternyata cocok dan tidak memerlukan langkah perlakuan awal. Namun, dalam desain ini, kebutuhan metanol yang lebih besar menghasilkan reaktor dan kolom distilasi yang lebih besar [18]. Selain itu,
keberadaan asam sulfat membutuhkan reaktor baja tahan karat, yang mengakibatkan biaya reaktor yang lebih tinggi.
Proses dengan katalis asam heterogen dan kondisi superkritis (proses non-katalitik) juga disimulasikan dalam Aspen HYSYS oleh West dkk. [18]. Hasil simulasi digunakan untuk menilai kinerja masing-masing proses untuk bahan baku berkualitas rendah. Hasil penelitian menunjukkan preferensi proses non- katalitik (Gbr. 6) dan proses dengan katalis asam heterogen dibandingkan proses dengan katalis alkali dan katalis asam homogen karena tahap pemisahan yang lebih sedikit sehingga investasi modal lebih rendah. Namun, proses ini memiliki profil energi yang tinggi karena pemanasan dan pemompaan.
Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa setiap proses terdiri dari unit-unit proses yang sama (termasuk reaktor, kolom pencucian, kolom distilasi, penukar panas dan pompa), tetapi operasi proses untuk produksi biodiesel dapat berbeda karena jenis/kemurnian bahan baku. Selain itu, semua studi simulasi membuktikan bahwa setiap proses dapat menghasilkan biodiesel berkualitas tinggi dalam kondisi proses tertentu. Namun, studi simulasi ini umumnya kurang mengintegrasikan data uji coba industri yang sesungguhnya, sehingga menyebabkan beberapa hasil simulasi untuk neraca energi dan massa menjadi terlalu rendah atau terlalu tinggi.
Sebagai contoh, konsumsi air (11 kg/jam air dibutuhkan untuk memproduksi 1177 kg/jam biodiesel) dan fraksi limbah yang diestimasi oleh Zhang dkk. [31] secara tidak wajar rendah jika dibandingkan dengan data industri riil (47,5 kg air untuk 100 kg biodiesel [23]). Untuk setiap desain dan simulasi proses biodiesel, penggabungan data industri yang sebenarnya merupakan pelengkap untuk menganalisis dan mencerminkan kinerja proses dengan lebih baik.
Gbr. 4 Diagram alir rute alkali-katalitik untuk pembuatan biodiesel menggunakan minyak nabati yang dimurnikan [31]
Gbr. 6 Diagram alir rute pembuatan biodiesel non-katalitik (alkohol superkritis) [32]
Desain proses produksi biodiesel menggunakan biokatalis Desain proses untuk produksi biodiesel dengan katalis enzim skala industri sama sekali berbeda dengan desain yang biasa dilakukan. Enzim merupakan spesies yang mahal dan bereaksi lambat dibandingkan dengan katalis kimia konvensional, tetapi menawarkan skema pemurnian yang lebih sederhana dan mudah. Desain proses telah dilakukan oleh Harding dkk. [33]
dan Al-Zuhair dkk. [34] untuk biodiesel enzimatik, tetapi prosesnya kurang optimal dalam beberapa hal. Sotoft et al.
[23] memperluas proses enzimatik lebih lanjut dengan merancang operasi co-solvent dan bebas pelarut untuk biodiesel (lihat
Gbr. 7, 8). Simulasi dilakukan di Aspen PLUS untuk mengeksplorasi bagaimana setiap operasi mempengaruhi kinerja enzim dan desain proses serta keekonomisan proses.
Proses bebas pelarut dirancang menggunakan tiga modul reaktor secara seri dengan pemisahan antar-tahap glikol melalui dekanter. Konfigurasi ini memungkinkan penambahan metanol secara bertahap, yang diperlukan untuk melakukan deaktivasi enzim dengan metanol. Sementara dalam desain proses co-solvent, hasil yang diperlukan dicapai dengan hanya menggunakan satu modul reaktor. Distilasi digunakan untuk pemulihan metanol dan pemurnian produk di kedua
Gbr. 5 Diagram alir rute katalis asam homogen untuk pembuatan biodiesel menggunakan minyak goreng bekas [22]
Gbr. 8 Diagram alir rute enzimatik co-solvent untuk pembuatan biodiesel [23]
proses. Operasi tanpa pelarut dan dengan pelarut tambahan berbeda dalam hal persyaratan pemulihan pelarut dengan distilasi, yang mempengaruhi keekonomisan proses dengan membuat proses menjadi intensif energi. Zheng dkk. [35]
menyatakan bahwa proses co-solvent dapat dibuat hemat energi jika kolom distilasi diganti dengan evaporator triple- effect untuk pemulihan pelarut dan metanol. Neraca energi lengkap menunjukkan bahwa proses yang dikatalisis oleh enzim lebih hemat energi daripada proses alkali/asam dan non-katalitik [35]. Proses co-solvent lebih lanjut ditingkatkan dengan mendesain proses enzimatik dengan CO2superkritis sebagaikatalis.
pelarut bersama [36]. Penggunaan CO2superkritis ditemukan lebih kompetitif sehingga menghilangkan kebutuhan akan langkah-langkah pemulihan pelarut yang diperlukan jika menggunakan pelarut organik. Sebagai kelanjutan dari model- model ini, Yun dkk. [19] mengusulkan desain proses dua langkah untuk produksi biodiesel enzimatik. Mereka menggunakan evaporator film yang dilap sebagai pengganti kolom distilasi untuk mendapatkan kemurnian metil ester asam lemak yang diperlukan yang harus melebihi 98,5%.
Efisiensi konversi yang menjanjikan dicapai dengan menambahkan langkah deasidifikasi setelah transesterifikasi.
Namun, hal ini menambah biaya tambahan untuk langkah netralisasi dan penghilangan garam.
Gbr. 7 Diagram alir rute enzimatik bebas pelarut untuk pembuatan biodiesel [23]
Integrasi panas
Secara umum, proses produksi biodiesel membutuhkan sejumlah langkah distilasi untuk pemurnian produk (terutama dengan bahan baku minyak yang tidak dapat dimakan) dan untuk memulihkan metanol untuk resirkulasi. Analisis pinch [37] adalah metode yang sudah mapan untuk integrasi panas dalam proses dan desain jaringan penukar panas yang optimal.
Sanchez dkk. [38] menggunakan teknik pinch untuk integrasi panas dalam pembuatan biodiesel dari mikroalga. Jaringan penukar panas yang optimal dirancang untuk mengurangi beban pada utilitas pendingin dan pemanas eksternal. Jaringan penukar panas yang simu-
keputusan multi-kriteria pada proses atau sistem tertentu.
Seperti yang digeneralisasi dalam Persamaan (1), LCSA memperhitungkan semua aliran input-output yang terjadi pada setiap tahap siklus hidup melalui 'buaian-ke-kuburan'.
Diformalkan oleh Organisasi Internasional untuk Standardisasi, LCA mengukur jejak lingkungan yang terkait dengan semua tahapan produk, jasa atau proses. LCC dan SLCA memeriksa aspek ekonomi dan konsekuensi sosial secara holistik, mengevaluasi peluang peningkatan berbagai sistem dan proses produk termasuk biodiesel:
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan pemanas dan pendingin
EI =(Σ)
(Σ)
EIf dalam Xmasuk+ΣΣ
EIfkeluar Xkeluar, berkurang sebesar ~ 13% dan 11%. Sementara itu, Song dkk.
[39] melaporkan bahwa biaya operasional biodiesel dari mikroalga dapat dikurangi sebesar~ 41,6% dan 22,5
kpi
r s
r, kpi r, s
c s
c, kpi c, s
(1) dibandingkan dengan dua kasus referensi yang berbeda ketika
integrasi panas berbasis analisis pinch dilakukan. Yun dkk. [19]
mengemukakan analisis pinch untuk penukar panas desain jaringan dan optimalisasi energi enzim-kucing
Di mana variabel EI(kpi) menunjukkan dampak keberlanjutan total dari proses tertentu yang dinyatakan sebagai indikator kinerja utama kpi (misalnya potensi pemanasan global dan biaya ekonomi). EI (kpi) ditentukan oleh karakteristik
faktor dampak untuk sumber daya input r (EIf in ) atau emisi proses produksi biodiesel yang telah disederhanakan. Hasil
penelitian menunjukkan keluar r, kpi
pengurangan kebutuhan pemanasan sebesar 15,6%
dibandingkan
Senyawa yang diikat c ( EIf (c) (,kpi)) dan aliran input atau output (X inatauXout) pada tahap siklus hidup s.
ke proses yang tidak terintegrasi. Beberapa penelitian lain
menggunakan r, s c, s
analisis pinch untuk integrasi panas dan massa yang optimal dan menemukan pengurangan yang signifikan dalam konsumsi energi dan biaya utilitas [40, 41]. Namun, pendekatan termodinamika yang diadopsi dalam studi ini kurang dalam konfigurasi subsistem yang gagal dalam menjamin keputusan terbaik [42]. Dalam hal ini, Martin dkk. [42] memberikan kontribusi melalui pendekatan integrasi dan optimasi panas secara simultan untuk desain proses biodiesel yang optimal.
Tampaknya, suhu dan laju aliran merupakan parameter keputusan utama untuk optimasi dan masalah integrasi panas yang menghasilkan konsumsi energi dan air yang jauh lebih rendah dengan keuntungan keseluruhan yang lebih tinggi.
Evaluasi keberlanjutan produksi biodiesel Keberlanjutan, sebagai konsep yang sama dengan pembangunan berkelanjutan, telah dipikirkan d e n g a n matang untuk mencakup
keseimbangan utama dari tiga dimensi: lingkungan, ekonomi, dan sosial, di mana kinerja yang buruk terkait dengan salah satu dimensi tersebut dapat menghalangi kinerja dimensi lainnya [46].
Penilaian keberlanjutan siklus hidup (LCSA) mengacu pada evaluasi semua dampak lingkungan, sosial dan ekonomi dalam proses pengambilan keputusan menuju produk yang lebih berkelanjutan di sepanjang siklus hidupnya. Berawal dari penilaian siklus hidup, pendekatan pemikiran siklus hidup telah diperluas sejak tahun 2002 untuk membentuk kerangka kerja metodologi LCSA, yang terdiri dari tiga pilar (Gbr. 3) - penilaian siklus hidup lingkungan (LCA), biaya siklus hidup (LCC), dan LCA sosial. Sebagai kerangka kerja evaluasi yang sistematis dan ketat, kemampuan keberlanjutan siklus hidup memberikan perspektif integratif dan holistik untuk
Evaluasi aspek keberlanjutan semakin banyak dilaporkan untuk proses produksi biodiesel selama dekade terakhir.
Namun, sebagian besar laporan tersebut berfokus pada aspek lingkungan dan ekonomi keberlanjutan dan mengabaikan aspek sosial. Sub-bagian berikut ini menyajikan diskusi rinci tentang kinerja tekno-ekonomi dan lingkungan dari proses produksi biodiesel.
Evaluasi ekonomi
Kinerja ekonomi adalah faktor yang paling penting untuk mengevaluasi keberlanjutan produksi biodiesel dan memainkan peran penting dalam industrialisasi proses apa pun. Biaya produksi yang lebih tinggi merupakan tantangan utama untuk peningkatan produksi biodiesel dan penggunaannya sebagai alternatif untuk petro-diesel [47].
Namun, penelitian ekstensif telah dilakukan selama beberapa dekade terakhir mengenai keekonomisan proses dan pengurangan biaya produk. Penelitian-penelitian ini menguraikan pemanfaatan bahan baku yang berbeda bersama dengan teknologi alternatif untuk produksi dan pemurnian biodiesel. Sebagian besar penelitian tersebut menganalisis total investasi yang dibutuhkan untuk produksi biodiesel, termasuk investasi modal tetap dan biaya produksi. Estimasi biaya tersebut sering didasarkan pada diagram alir proses dan dipengaruhi oleh jenis dan ukuran peralatan, bahan konstruksi, bahan dan keseimbangan energi [48]. Analisis ekonomi dapat dilakukan dengan perangkat lunak yang tersedia secara komersial seperti Aspen In-Plant Cost Estimator atau Aspen Icarus Process Evaluator [23, 32]. Variabel-variabel kunci yang menentukan kinerja ekonomi dari pabrik produksi biodiesel meliputi
kapasitas produksi, jenis bahan baku, dan proses produksi berteknologi tinggi.
Kapasitas produksi
Skala produksi merupakan faktor penting yang dapat mempengaruhi profil tekno-ekonomi dengan menurunkan atau meningkatkan biaya unit biodiesel. Hal ini diuraikan dengan menganalisis kinerja ekonomi pabrik produksi biodiesel dengan berbagai kapasitas produksi. Salah satu studi tersebut dilakukan oleh You dkk. [49] untuk produksi biodiesel dengan katalis alkali menggunakan minyak kedelai yang dimurnikan dengan tiga skala produksi yang berbeda (8, 30, 100 kilo ton/tahun). Disimpulkan bahwa kapasitas yang lebih tinggi menghasilkan ARR (Tingkat Pengembalian Setelah Pajak) yang lebih menarik dengan BBP (Harga Impas Biodiesel) yang lebih rendah dan NAP (Net Annual Profit) yang lebih tinggi. Penulis juga menyatakan bahwa peningkatan kapasitas pabrik memberikan dampak ekonomi yang sama untuk minyak kedelai dan juga minyak jelantah. Di sisi lain, Apostolakou dkk.
[50] menganalisis pengaruh kapasitas pabrik terhadap kelayakan ekonomi dari pembuatan biodiesel dengan menggunakan proses katalis alkali. Mereka menemukan bahwa skala produksi 60 kilo ton/tahun adalah ambang batas, di atas itu, peningkatan skala produksi dapat meningkatkan kelayakan proses karena biaya produksi biodiesel dapat sangat berkurang.
Hasil yang sama dilaporkan oleh Van Kasteren dan Nis- woro [51] untuk proses superkritis menggunakan minyak jelantah dengan tiga kapasitas pabrik yang berbeda (8, 80 dan 125 kilo ton/tahun biodiesel). Mereka menemukan bahwa dengan meningkatnya kapasitas pabrik, biaya biodiesel menurun dari 0,52 menjadi 0,17 US$/L. Glisic dkk. [52]
menganalisis keekonomian dari tiga proses produksi biodiesel yang berbeda dan menyelidiki pengaruh skala produksi terhadap nilai bersih sekarang (NPV) dari proses tersebut.
Proses yang dievaluasi adalah transesterifikasi homogen berkatalis alkali, transesterifikasi non-katalitik untuk produksi biodiesel dan proses hidrogenasi katalitik untuk produksi diesel.
Para penulis melaporkan bahwa kapasitas pabrik secara signifikan mempengaruhi NPV dari semua proses. Khususnya untuk proses hidrogenasi katalitik, NPV meningkat dari 7 menjadi 53,1 juta dolar AS seiring dengan peningkatan kapasitas pabrik dari 100 menjadi 200 kilo ton/tahun. Mereka menyimpulkan bahwa kapasitas pabrik di bawah 100 kilo ton/tahun (untuk semua pabrik yang diinvestigasi) menghasilkan nilai NPV negatif setelah 10 tahun umur proyek.
Baru-baru ini, Navarro-Pineda dkk. [53] menilai keekonomian produksi biodiesel dari jarak pagar dengan menggunakan proses yang dikatalisis dengan katalis alkali.
Mereka juga menyertakan proses hulu perkebunan jarak pagar dan produksi pelet dari bungkil yang diperoleh dari proses ekstraksi minyak. Para penulis menemukan bahwa biaya produksi biodiesel tetap konstan ketika kapasitas produksi lebih besar dari 10.000 m3/tahun. Namun, pada skala ini, biaya pabrik lebih besar daripada pabrik
pendapatan yang hanya dapat dibalik dengan hasil minyak jarak pagar yang lebih tinggi. >Demikian pula, Kookos [54]
mengindikasikan bahwa sebuah pabrik dengan kapasitas produksi tahunan sebesar 42.000 ton dapat menghasilkan biodiesel yang kompetitif secara ekonomi dengan menggunakan jelantah sebagai bahan baku. Seperti yang dilaporkan oleh Apostolakou dkk. [51], biaya produksi unit biodiesel yang dikatalisis dengan katalis kimia menurun dan dapat dinyatakan sebagai fungsi dari ukuran pabrik. Penurunan biaya produksi yang signifikan dari 0,9 menjadi 0,75 euro/L biodiesel diamati dengan peningkatan kapasitas produksi dari 0 menjadi 40 kilo ton/tahun, yang diikuti oleh plateau [50].
Sebaliknya, total investasi modal meningkat secara proporsional dengan ukuran produksi tetapi tidak linier.
Umumnya produksi massal selalu hemat biaya dan paling ekonomis, demikian pula halnya dengan biodiesel. Pengaruh ukuran pabrik terhadap total investasi modal telah diselidiki dalam penelitian sebelumnya [23] di mana tren yang sama ditunjukkan untuk operasi dengan pelarut bersama dan tanpa pelarut. Terlihat bahwa total investasi modal bervariasi antara 10 dan 60 juta euro sementara ukuran pabrik meningkat dari nol hingga 1000 juta kg biodiesel per tahun [23].
Bahan baku
Sebagian besar studi tekno-ekonomi menyimpulkan bahwa tingginya biaya produksi biodiesel disebabkan oleh harga bahan baku. Sebuah studi penilaian ekonomi yang diterbitkan oleh Haas dkk. [55] menunjukkan bahwa biaya produksi biodiesel meningkat secara linear dengan meningkatnya biaya bahan baku. Mereka menemukan bahwa biaya bahan baku adalah sekitar 88% dari total biaya produksi biodiesel. Oleh karena itu, ada peningkatan perhatian penelitian pada bahan baku berbiaya rendah sebagai langkah untuk mengurangi biaya biodiesel. Namun, sumber daya berbiaya rendah sering kali merupakan bahan baku berkualitas rendah, yang menimbulkan biaya pemrosesan tambahan karena langkah-langkah pra- perlakuan, pemisahan dan pemurnian. Sebagai contoh, pada skala industri, proses katalis basa merupakan pilihan yang paling ekonomis untuk memproduksi biodiesel dari minyak berkualitas tinggi [32, 56]. Namun, proses ini menjadi solusi yang tidak layak untuk bahan baku minyak berkualitas rendah (bahan baku yang lebih murah) yang mengandung asam lemak bebas dan kandungan air yang tinggi karena adanya kebutuhan tambahan untuk pengolahan awal yang membutuhkan banyak energi. Sebuah teknologi yang mampu memproses bahan baku minyak berkualitas rendah dan berkualitas tinggi tanpa langkah pra-perlakuan tambahan menawarkan solusi.
Teknologi produksi biodiesel non-katalitik superkritis dan enzimatik adalah contoh teknologi yang memiliki kemampuan untuk memproses bahan baku berkualitas rendah tanpa persyaratan pra-perlakuan [19, 22, 23, 32].
Teknologi alternatif dan perbandingannya untuk produksi biodiesel yang ekonomis
Keekonomian produksi biodiesel bervariasi dengan teknologi produksi, yang didorong oleh jumlah
operasi unit dan biaya terkait pada peralatan dan konsumsi energi [47]. Sebagai alternatif, keuntungan ekonomi tersebut juga dapat muncul karena katalis yang relatif lebih murah yang digunakan dalam proses tersebut. Selain itu, jenis katalis sangat penting karena menentukan jenis dan urutan skema produksi dan pemurnian.
Tabel 2 membandingkan studi evaluasi ekonomi pada proses katalitik yang berbeda untuk produksi biodiesel. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, proses katalis alkali memberikan hasil yang lebih tinggi dalam waktu reaksi yang lebih singkat, tetapi bukan merupakan pilihan yang layak secara ekonomi ketika minyak berkualitas rendah dipertimbangkan [57].
Proses ini dibatasi oleh reaksi penyabunan (pembentukan sup) yang terjadi antara katalis dan asam lemak bebas, yang menghasilkan pemurnian hilir yang intensif energi dan membuat prosesnya tidak menguntungkan. Proses yang dikatalisis dengan asam dapat menghindari reaksi samping dan dapat mengesterifikasi FFA menjadi biodiesel. Zhang dkk. [57]
menunjukkan bahwa proses dengan katalis asam dapat menghasilkan biaya produksi yang lebih rendah, harga impas biodiesel yang lebih rendah, dan tingkat pengembalian pajak yang lebih baik dibandingkan dengan proses basa yang menggunakan minyak nabati limbah. Namun, laju reaksi yang lambat, kebutuhan alkohol yang tinggi dengan ukuran reaktor yang lebih besar dan masalah korosi yang ditimbulkan oleh katalis asam memiliki implikasi biaya dan membuat proses ini tidak layak secara ekonomi [22, 32, 57].
Proses katalis asam heterogen dapat menjadi alternatif yang menjanjikan dengan manfaat ekonomi dibandingkan dengan proses katalis asam homogen. Analisis tekno-ekonomi yang dilakukan oleh West dkk. [22] menunjukkan bahwa proses katalis asam heterogen memiliki kinerja eko-nomi yang lebih baik (biaya produksi dan investasi modal yang lebih rendah) dibandingkan dengan proses katalis asam homogen yang muncul karena mudahnya pemisahan dan daur ulang katalis, sifat yang tidak terlalu korosif, serta tidak adanya langkah pencucian untuk pemurnian produk. Namun, laju reaksi yang lambat dan hasil biodiesel yang lebih rendah tetap menjadi masalah utama dalam proses katalis asam. Masalah ini dapat diatasi dengan mentransesterifikasi trigliserida dengan metanol superkritis. Menggunakan kondisi superkritis memberikan hasil metil ester yang lebih tinggi dalam waktu reaksi yang lebih singkat dengan tahapan pemurnian yang lebih sedikit sehingga menghasilkan harga biodiesel yang sangat kompetitif [32, 51] dibandingkan dengan proses yang telah disebutkan sebelumnya [22, 56]. Studi yang dilakukan oleh Lee dkk. [32] lebih lanjut menguraikan manfaat ekonomi dari proses non-katalitik superkritis dengan mengestimasi nilai yang paling menjanjikan untuk discounted cash flow return rate (DCFRR), discounted payback period (DPP), dan net present value (NPV) pabrik. Namun, kebutuhan alkohol yang tinggi dan kondisi operasi yang ekstrim (350°C dan 45 MPa) [22] membuat proses ini menjadi sangat boros energi dan mengeluarkan biaya yang cukup besar untuk proses tersebut.
Teknologi perspektif lain adalah proses yang dikatalisis oleh enzim yang lebih menguntungkan [23, 36] daripada proses kimiawi.
Proses katalitik dan non-katalitik dalam hal kondisi reaksi yang lebih ringan, mentoleransi bahan baku berkualitas rendah dan pemurnian produk yang mudah. Proses yang dikatalisis oleh enzim juga dapat dilakukan dengan adanya pelarut untuk meningkatkan produktivitas enzim. Sotoft dkk. [23], menunjukkan bahwa biaya enzim yang merupakan 50% dari biaya bahan baku tanpa adanya pelarut berkurang menjadi sekitar 22% ketika t-butanol digunakan sebagai pelarut bersama. Meskipun biaya enzim berkurang secara signifikan, namun hal ini menyebabkan tingginya biaya produksi karena konsumsi energi yang tinggi untuk pemulihan pelarut.
Menggunakan CO superkritis (2)sebagai co-solvent dapat lebih meningkatkan profitabilitas proses dengan meningkatkan produktivitas enzim dan menghilangkan langkah pemulihan pelarut yang intensif energi [36]. Hal ini dikonfirmasi oleh Lisboa dkk. [36], yang melaporkan biaya produksi biodiesel sebesar 0,75 euro/L yang lebih rendah daripada biaya yang diperkirakan oleh Sotoft dkk. [37].
(EUR 2,35/L biodiesel) untuk proses bebas pelarut dengan produktivitas dan harga enzim yang sama. Untuk bahan baku minyak berkualitas rendah, proses enzimatik secara ekonomi lebih unggul daripada proses katalis asam dan alkali dalam hal investasi modal tetapi lebih rendah dalam biaya operasi [59].
Perbedaan ini disebabkan oleh tingginya biaya yang terkait dengan enzim yang tidak dapat bergerak yang menunjukkan bahwa penggunaan kembali enzim untuk beberapa batch diperlukan untuk mengurangi biaya operasi. Profitabilitas proses yang dievaluasi dengan nilai sekarang bersih (NPV) untuk tingkat bunga yang diasumsikan 13,5% dan umur pabrik 10 tahun menunjukkan bahwa proses enzimatik lebih menarik secara ekonomi daripada proses yang dikatalisis dengan katalis alkali (44). Secara umum, kemampuan penggunaan kembali enzim yang diimobilisasi atau menggunakan biokatalis yang murah (lipase terlarut atau cair) adalah aspek yang paling penting, perbaikan yang dapat membuat proses enzimatik secara ekonomi kompetitif dengan proses yang dikatalisis secara kimiawi.
Evaluasi lingkungan
Analisis Daur Hidup ( Life Cycle Analysis/LCA) telah diadopsi secara luas sebagai alat untuk mengevaluasi kinerja lingkungan dari produk atau proses apa pun. Dalam LCA sebelumnya (lihat Tabel 3), inventarisasi produksi biodiesel yang berasal dari proses yang dibantu oleh mesin dimasukkan ke dalam LCA untuk mengidentifikasi titik-titik penting lingkungan yang berkontribusi terhadap dampak dan mengevaluasi keberlanjutan lingkungan dari produksi biodiesel. Seperti yang divisualisasikan pada Gbr. 9, inventarisasi termasuk aliran input-output dikaitkan dengan kategori dampak lingkungan titik tengah dan dikonversi menjadi indikator kategori dengan menggunakan faktor karakterisasi yang ditentukan; hasil indikator yang dikumpulkan menyediakan pro- file berkarakteristik dari sistem biodiesel, yang dapat dinormalisasi lebih lanjut dan dihubungkan dengan area perlindungan (yaitu kategori titik akhir termasuk kesehatan manusia, ekosistem, penipisan sumber daya).
Tabel 2 Ringkasan parameter ekonomi dari berbagai proses dengan bahan baku yang berbeda Bahan baku
minyak
Katalis Media reaksi Kapasitas pabrik (ton/tahun)
Mode operasi
Biaya produksi (juta $/tahun)
Biaya produksi (juta $/tahun)
Biaya biodiesel ($/kg)
Ref.
Proses yang dikatalisis dengan bahan kimia
Minyak sayur Alkali Tidak ada 8000 Berkelanjutan 7.59 6.86 0.857 [57]
Limbah memasak
Alkali 7.76 7.08 0.884
minyak Asam 5.92 5.15 0.644
Limbah minyak goreng Limbah memasak
minyak
Asam (ekstraksi heksana)
6.35 5.62 0.702
Limbah memasak
Asam/alkali Tidak ada 8000 Berkelanjutan 5.78 5.20 - [22]
minyak Homogen 5.37 4.76 -
asam 4.45 3.88 -
Asam heterogen Non-katalitik
5.19 4.59 -
Kanola segar Alkali Tidak ada 40,000 Berkelanjutan 50.9 45.8 1.0 ($/L) [32]
minyak Asam/alkali 40.2 35 0.762
Limbah kanola Non-katalitik 32.49 29 0.632
minyak Limbah
minyak kanola
Minyak lobak Alkali Tidak ada 50,000 Berkelanjutan 65.9 1.15 ($/L) [50]
Limbah memasak
Non-katalitik Tidak ada 8000 Berkelanjutan 3.5389 0.52 ($/L) [51]
minyak 80,000 17.134 0.24
125,000 18.790 0.17
Limbah memasak
Non-katalitik Tidak ada 100,000 Berkelanjutan 54.934 0.727 ($/L) [52]
minyak Alkali 55.590 0.671
Minyak kedelai mentah
Alkali Tidak ada 37,854,118 L/
tahun
Berkelanjutan 21.329 20.041 0.53 ($/L) [55]
Minyak kelapa sawit
Alkali Tidak ada 1000 Batch - 1166,7 ($/ton
biodiesel)
2.3 ($/L) [59]
Produktivitas enzim (kg biodiesel/kg enzim)
Harga enzim ($/kg)
Proses yang dikatalisis oleh enzim Minyak lobak Tidak bisa
bergerak
Tidak ada 8000 Berkelanjutan 1200 1000 1.95 [23]
enzim 200,000 10 0.98
1000 0.96
10 0.065
Minyak kelapa sawit
Enzim yang diimobilisasi
Tidak ada 1000 Batch 5 siklus 1200 2.414 [59]
Limbah minyak goreng
Enzim yang diimobilisasi
Tidak ada 8000 Berkelanjutan 200 siklus - 1.15 [58]
Minyak lobak Tidak bisa bergerak
Pelarut bersama
8000 Berkelanjutan 4250 1000 3.12 [23]
enzim 200,000 10 2.87
1000 2.23
10 1.97
Limbah minyak Enzim yang diimobilisasi
Pelarut bersama
8500 Berkelanjutan - 2000 $/klU 0.86 [34]
Limbah minyak bunga matahari bekas memasak
Enzim yang diimobilisasi
CO
2superkritis
8000 Berkelanjutan - 800 /kg€
8 /kg€
1.64 /L€
0,75 /L€
[36]
Minyak kelapa sawit
Lipase yang dapat larut
Tidak ada 1000 Batch Sekali pakai - 7.821 [59]
Minyak sayur Lipase yang dapat larut
N/A 11,200 Berkelanjutan Sekali pakai 1000 1.4 [45]
Tabel 3 Ikhtisar studi LCA yang berfokus pada produksi biodiesel
Bahan baku Fokus Unit fungsional Batas-batas Alokasi Kategori dampak Ref.
Jarak Pagar Perbandingan dua
teknologi yang menggunakan katalis yang berbeda
1 ton biodiesel Baik untuk roda - Kesehatan manusia, kualitas
ekosistem, sumber daya [76]
Rapeseed Perbandingan p r o d u k s i biodiesel secara anorganik dan biokatalitik
1 ton biodiesel Cradle-to-gate Massa ARD, GWP, FWAE, AP/EP, MAE, OLD, HT, TE, PO
[33]
Limbah minyak sayur Perbandingan alternatif proses
1 ton biodiesel Industri Massa ARD, AP, EP, GWP, MAE,
OLD, HT, TE, PO, FWAE [74]
Minyak kelapa sawit Perbandingan proses alkali dan biokatalitik
Biodiesel 1, 5, 10 Mg Cradle-to-gate - CC, C, RO, RI, OLD, E, AP/EP, ME, R, LU, FF
[67]
Lemak unggas Perbandingan empat 1 ton biodiesel Transportasi pakan dan Massa GWP, AP, EP, OLD, PO, NRED [73]
Lumpur pembuangan limbah Lemak daging sapi Limbah minyak goreng
teknologi produksi dari berbagai limbah kaya FFA
industri
Minyak kelapa sawit Perbandingan teknologi biodiesel
menggunakan katalis bio dan alkali
1 ton biodiesel 1 hektar kelapa sawit
Pertanian dan industri Massa C, RO, RI, CC, R, R, OLD, E, AP/
EP, LU, ME, FF
[70]
Limbah minyak sayur Pembuatan biodiesel 2018 kg biodiesel Tempat lahir ke gerbang
- GRK [78]
Limbah minyak sayur Perbandingan lingkungan 1 ton biodiesel Tempat lahir ke gerbang
Massa ARD, GWP, OLD, TE, PO, HT, [11]
Minyak kedelai
Minyak jarak pagar Limbah minyak sayur
Dampak lingkungan dari produksi biodiesel alkali dan biokatalitik Perbandingan antara
minyak jarak pagar dan minyak nabati limbah untuk produksi biodiesel menggunakan proses katalis alkali
FWAE, AP, EP, MAE
1 ton biodiesel Tempat lahir ke gerbang - GWP, HT, RI, RO, RO, OLD, TE, MAE, AP, EP, LU, NRED, ME
[65]
Minyak kedelai Perbandingan antara rute enzimatik etil dan metil alkali untuk produksi biodiesel
1 ton biodiesel Tempat lahir ke gerbang
- NRED, GHG, OLD, PO, AP, LEG, SWG
[75]
Minyak kedelai Minyak kelapa sawit
Perbandingan produksi biodiesel dari minyak kelapa sawit dan minyak kedelai
1 MJ biodiesel Tempat lahir ke gerbang
Energi ARD, GWP, HT, AP, EP [66]
Minyak kedelai Perbandingan biodiesel 1 MJ biodiesel Baik untuk roda Energi massa GWP, ARD, OLD, PO, AP, EP, [60]
Mikroalga Jarak Pagar
berasal dari jarak pagar, kedelai dan mikroalga
HT, FWAE, MAE, TE
ARD penipisan sumber daya abiotik, GWP potensi pemanasan global, MAE ekotoksisitas akuatik laut, TE ekotoksisitas terestrial, OLD penipisan lapisan ozon, PO oksidasi fotokimia, HT toksisitas manusia, EP potensi eutrofikasi, FWAE ekotoksisitas akuatik air tawar, AP potensi pengasaman, CC perubahan iklim, C karsinogen, RO organik pernapasan, RI anorganik pernapasan, E ekotoksisitas, ME ekstraksi mineral, LU penggunaan lahan, FF bahan bakar fosil, NRED kebutuhan energi tak terbarukan, R radiasi, GHG emisi gas rumah kaca, SWG timbulan limbah padat, LEG timbulan limbah cair
Tantangan metodologis utama dalam LCA
Produksi biodiesel secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi tiga tahap siklus hidup. Produksi bahan baku merupakan tahap pertama, yang meliputi penanaman, pemanenan, pengangkutan dan penyimpanan tanaman biji minyak, serta produksi dan pengangkutan semua bahan kimia yang dibutuhkan. Tahap kedua melibatkan pra-pengolahan (penggilingan, ekstraksi dan pemurnian) bahan baku minyak dan konversi melalui esterifikasi/transesterifikasi menjadi biodiesel. Tahap ketiga meliputi penyimpanan, distribusi dan transportasi ke stasiun pengisian bahan bakar, dan pada akhirnya pembakaran biodiesel. Seperti yang dirangkum dalam Tabel 3, studi LCA yang dilakukan oleh Hou et al.
[60] mengadopsi pendekatan sumur-ke-roda penuh dengan memasukkan
semua proses yang relevan dalam tahap siklus hidup biodiesel (misalnya produksi bahan kimia dan energi, pengadaan bahan baku dan transportasi, produksi biodiesel dan pembakaran biodiesel pada tahap penggunaan). Namun demikian, sebagian besar studi yang disurvei menggunakan pendekatan well-to- gate (lihat Tabel 3) yang tidak memasukkan tahap distribusi dan penggunaan akhir biodiesel. Pendekatan ini berguna ketika studi dilakukan untuk membandingkan jalur teknologi yang berbeda untuk produksi biodiesel, karena kinerja mesin kendaraan tidak berubah dengan pembakaran bahan bakar yang dihasilkan dari jalur teknologi yang berbeda [61]. Namun, jika tujuan dari kajian ini adalah untuk membandingkan biodiesel dengan bahan bakar pengganti fosil, misalnya biodiesel dengan
bahan bakar diesel konvensional, pendekatan well-to-wheel menawarkan cerminan yang lebih baik dari keseluruhan kinerja siklus hidup di mana mesin berperan dalam emisi gas buang dan kinerja pengapian. Pengurangan yang signifikan dalam hal partikulat, hidrokarbon dan emisi karbon monoksida dilaporkan yang merupakan keuntungan besar dari biodiesel dibandingkan dengan diesel konvensional [62].
Unit fungsional adalah faktor penting lainnya yang mengukur fungsi-fungsi yang teridentifikasi dari sistem produk di mana semua aliran material dan energi dan semua efek yang dihasilkan dari aliran ini terkait [63]. Pada umumnya, ada empat jenis unit fungsional yang dapat diidentifikasi dalam LCA biodiesel, yaitu unit yang berhubungan dengan input, unit yang berhubungan dengan output, unit lahan pertanian, dan tahun [64]. Dalam LCA biodiesel, sebagian besar studi memilih unit fungsional berdasarkan output dari sistem produk (misalnya, ton biodiesel, L biodiesel, MJ biodiesel) [60, 65-67], sementara beberapa studi menggunakan lahan pertanian dan kilometer layanan transportasi sebagai unit fungsional [68, 69].
Selain itu, beberapa penelitian menyajikan hasil akhir menggunakan unit multi-fungsi [68, 70]. Ravindra dkk. [70]
menggunakan input, output dan unit fungsional terkait lahan pertanian. Mereka menggunakan pendekatan
untuk ekstraksi minyak adalah produksi 1000 kg minyak sedangkan unit fungsional untuk tahap pertanian adalah per hektar lahan pertanian. Demikian pula, Zhang dkk. [69]
melaporkan dua unit fungsional terkait output dalam studi mereka untuk biodiesel berdasarkan MJ biodiesel dan jarak tempuh 1 km. Penerapan kilometer layanan transportasi sebagai unit fungsional merupakan pilihan yang lebih baik ketika tujuannya adalah untuk membandingkan biodiesel dan bahan bakar fosil yang digunakan untuk transportasi. Penilaian dengan beberapa unit fungsional dapat menghindari hasil yang bias dan sangat efektif untuk penilaian yang lebih baik terhadap sistem apa pun dalam berbagai skenario.
Terlepas dari unit fungsional dan definisi batas sistem, pendekatan alokasi, yaitu pembagian beban lingkungan di antara berbagai produk sangat penting untuk sistem biodiesel [63]. Dalam LCA biodiesel, perhatian alokasi utama adalah antara biodiesel dan produk sampingan gliserol. Terdapat empat opsi utama untuk mengadopsi pendekatan alokasi yaitu, alokasi nol, alokasi fisik, alokasi nilai ekonomi atau nilai pasar, dan perluasan sistem atau berbasis substitusi.
Gbr. 9 Fase penilaian dampak siklus hidup (LCIA)
alokasi [71]. Di antara LCA biodiesel yang disurvei dalam tinjauan ini, pilihan alokasi tersebar (Tabel 3). Alokasi yang diadopsi dalam sebagian besar LCA biodiesel didasarkan pada sifat fisik produk. Beberapa studi yang terkait dengan LCA biodiesel mengadopsi pendekatan alokasi nol dan membebankan semua beban lingkungan ke produk utama biodiesel. Namun, pendekatan ini belum tentu mewakili kontribusi aktual dari produk yang diteliti. Prosedur alokasi yang berbeda dapat mempengaruhi hasil LCA biodiesel, yang harus dievaluasi dengan analisis sensitivitas [63]. Castanheira dan Freire [72] menganalisis sensitivitas hasil akhir LCA terhadap pendekatan alokasi yang berbeda dalam evaluasi biodiesel kelapa sawit. Mereka menggunakan tiga metode alokasi yang berbeda (alokasi massa, alokasi energi dan alokasi ekonomi) dan menyatakan bahwa dampak lingkungan yang diestimasi dengan alokasi energi dan ekonomi lebih tinggi dibandingkan dengan alokasi massa. Ringkasan kami pada Tabel 3 menyajikan kurangnya analisis ketangguhan dalam LCA biodiesel, yaitu analisis sensitivitas yang tidak disajikan dalam sebagian besar karya yang dipublikasikan.
Sejumlah artikel penelitian telah dipublikasikan mengenai evaluasi kinerja lingkungan dari biodiesel dan penggunaannya dengan mempertimbangkan berbagai bahan baku dan teknologi produksi yang berbeda. Sub-bagian berikut ini membahas secara rinci kinerja lingkungan dari biodiesel yang menggunakan berbagai bahan baku dan teknologi produksi yang berbeda.
Kinerja lingkungan dari biodiesel yang menggunakan berbagai bahan baku
Berbagai bahan baku dapat digunakan untuk produksi biodiesel yang menawarkan manfaat lingkungan berdasarkan kebutuhannya untuk pertanian, transportasi dan beberapa kondisi lainnya. Bahan baku yang dinilai untuk kinerja lingkungan biodiesel melalui siklus hidupnya meliputi bahan baku generasi pertama, kedua dan ketiga serta limbah minyak dan lemak (lihat Tabel 3). Hou et al.
[60] melakukan LCA komprehensif terhadap biodiesel dari bahan baku yang berbeda (kedelai, jarak pagar, mikroalga) dan membandingkan kinerja lingkungannya dengan diesel konvensional (yang berasal dari fosil). Di antara bahan baku yang berbeda, mikroalga muncul sebagai alternatif yang lebih layak dalam hal potensi ekotoksisitas terestrial (TEP) dan potensi ekotoksisitas akuatik air tawar (FWAEP) karena input pertanian yang lebih rendah. Hou dkk. [60] menemukan bahwa FWAEP yang disebabkan oleh proses pertanian berkontribusi sebesar 92%, 43,9% dan 91% terhadap total beban lingkungan dalam siklus hidup biodiesel berbahan dasar jarak pagar, mikroalga dan kedelai. Dibandingkan dengan diesel konvensional, biodiesel memiliki kinerja yang lebih baik dalam hal potensi pemanasan global (GWP), penipisan lapisan ozon (ODP) dan penipisan lapisan ozon (ADP), tetapi menunjukkan kinerja yang lebih buruk dalam hal
pengasaman, eutrofikasi, oksidasi fotokimia, dan toksisitas [60]. Kinerja biodiesel yang lebih baik pada ADP, GWP dan ODP terutama disebabkan oleh penyerapan CO2dan energi matahari dari lingkungan melalui sintesis fosfat selama pertanian biomassa. Dalam penelitian lain, kinerja lingkungan dari biodiesel generasi kedua dibandingkan dengan biodiesel berbasis limbah minyak [65]. Ketika minyak nabati dari jarak pagar dibandingkan dengan minyak jelantah untuk produksi biodiesel, minyak jelantah menunjukkan dampak lingkungan yang lebih rendah terhadap semua kategori kerusakan (perubahan iklim, kesehatan manusia, dan kualitas ekosistem).
Rendahnya kinerja lingkungan dari biodiesel berbahan dasar jarak pagar disebabkan oleh kebutuhan pupuk, bahan kimia, air dan lahan untuk penanaman dan pemanenan biomassa [65].
Namun, biodiesel berbasis minyak goreng bekas menunjukkan dampak lingkungan yang parah untuk kategori kerusakan sumber daya (termasuk ekstraksi mineral dan permintaan energi tak terbarukan). Beban total terhadap lingkungan adalah 74% lebih rendah jika menggunakan limbah minyak nabati sebagai bahan baku dibandingkan dengan minyak jarak [65].
Lebih lanjut untuk membandingkan dampak lingkungan dari berbagai bahan baku limbah, Dufour dkk. [73] mengadopsi analisis well-to-gate terhadap bahan baku termasuk lemak daging sapi, lumpur limbah, lemak unggas dan limbah minyak nabati. Ruang lingkup penelitian ini diperluas dengan melakukan analisis well-to-rod dari bahan baku generasi pertama (kedelai dan rapeseed) untuk membandingkan dampak biodiesel yang berasal dari limbah minyak dengan generasi pertama dan diesel konvensional. Ketika temuan- temuan ini dibandingkan, hasilnya menunjukkan keunggulan lingkungan dari biodiesel yang berasal dari bahan kaya FFA dibandingkan dengan biosolar generasi pertama dan biosolar konvensional. Sementara itu, di antara bahan baku yang kaya FFA, limbah minyak nabati menunjukkan kinerja lingkungan yang lebih baik dalam hal penghematan GRK [73]. Dari diskusi di atas dapat disimpulkan bahwa limbah minyak merupakan bahan baku yang sangat penting untuk produksi biodiesel.
Kinerja lingkungan dari biodiesel dari jalur teknologi yang dikatalisis secara kimiawi
Selain membandingkan bahan baku potensial yang berbeda, LCA juga dilakukan dalam perspektif membandingkan jalur teknologi yang berbeda untuk produksi biodiesel. Salah satu studi tersebut dilakukan oleh Morais dkk. [74] untuk mengevaluasi kelayakan lingkungan dari biodiesel yang dihasilkan dari tiga alternatif teknologi termasuk proses non- katabolik (superkritis) dengan propana sebagai co-solvent, proses katalis asam, dan proses katalis alkali tradisional dengan pra-perlakuan asam. Untuk setiap teknologi alternatif, penipisan sumber daya abiotik dan potensi ekotoksisitas akuatik laut ditemukan sebagai kategori dampak lingkungan yang paling relevan. Metanol yaitu
digunakan sebagai bahan baku dalam semua proses alternatif, secara signifikan berkontribusi terhadap penipisan sumber daya abiotik karena disintesis dari sumber daya fosil.
Dibandingkan dengan metanol, etanol dapat menjadi pilihan yang lebih disukai karena asalnya yang terbarukan. Artinya, etanol bertanggung jawab untuk menyerap sejumlah besar CO2, mengurangi efek GRK secara signifikan dari sistem manufaktur [75]. Selain itu, rute non-katalitik (kondisi superkritis) yang menggunakan propana sebagai co-pelarut adalah proses yang relatif lebih ramah lingkungan [74]. Hal ini dikarenakan tidak adanya katalis dan konsumsi uap yang lebih rendah dibandingkan dengan proses lainnya.
Sementara itu, rute yang dikatalisis dengan asam umumnya menyebabkan dampak lingkungan tertinggi, terutama karena profil energi yang tinggi terkait dengan operasi pemulihan metanol. Dibandingkan dengan proses katalis alkali, proses non-katalitik superkritis dilaporkan dapat mengurangi pengasaman sebesar 754%, pengurangan sumber daya abiotik sebesar 313%, ekotoksisitas akuatik laut sebesar 793%, dan pemanasan global sebesar 496% [74]. Ketika dampak lingkungan dari katalis alkali (kalium hidroksida dan natrium hidroksida) dibandingkan, natrium hidroksida (NaOH) menunjukkan dampak lingkungan yang lebih besar pada kualitas ekosistem dan kesehatan manusia [76]. Hal ini dapat dijelaskan oleh natrium hidroksida yang merupakan bahan berbahaya bagi lingkungan jika dibandingkan dengan kalium hidroksida (KOH). Selain itu, NaOH menghasilkan garam yang larut dalam air pada netralisasi dengan asam dan KOH diendapkan menjadi kalium sulfat dengan bereaksi dengan asam sulfat. Pengendapan garam mengurangi konsumsi air yang berlebihan dan pembuangan air yang tercemar ke lingkungan, sementara hal ini tidak terjadi pada penggunaan NaOH [23].
Kinerja lingkungan dari biodiesel dari jalur teknologi yang dikatalisis enzim
Berbeda dengan studi yang disebutkan di atas, banyak peneliti mengevaluasi teknologi enzimatik untuk produksi biodiesel dalam LCA mereka dan melaporkan bahwa teknologi ini berpotensi memiliki dampak lingkungan yang lebih rendah dibandingkan dengan teknologi katalis kimia. Sebagai contoh, penggunaan biokatalis (fosfolipase) untuk degumming minyak nabati dapat mengurangi 44 ton CO2ekuivalen per 1000 ton minyak yang diproduksi karena efisiensi yang tinggi dan kebutuhan bahan baku yang rendah [77]. Untuk menguraikan lebih lanjut manfaat lingkungan yang ditawarkan oleh produksi biodiesel secara enzimatik, LCA dilakukan untuk membandingkan proses enzimatik dengan proses yang dikatalisis dengan katalis alkali. Studi-studi ini menunjukkan bahwa proses yang dikatalisis enzim mengungguli proses yang dikatalisis alkali dalam setiap ukuran kategori dampak potensial termasuk toksisitas pada manusia, pemanasan global, dan penipisan lapisan ozon [33, 70]. Ravindra dkk. [70]
membandingkan hasil untuk kedua proses berdasarkan skor tunggal dan skor total akhir. Skor tunggal
Hasil penelitian menunjukkan bahwa, untuk kedua proses tersebut, penggunaan lahan berkontribusi paling besar terhadap dampak lingkungan (75% untuk katalis enzim dan 70% untuk katalis alkali). Namun, skor total menunjukkan kontribusi yang lebih kecil terhadap total dampak lingkungan oleh proses yang dikatalisis oleh enzim [70]. Menggunakan enzim yang diimobilisasi sebagai pengganti enzim bebas dalam produksi biodiesel ternyata dapat mengurangi beban lingkungan pada proses tersebut [67]. Hal ini karena penggunaan kembali lipase amobil mengurangi konsumsi mineral dan karbohidrat yang dibutuhkan untuk produksi bentuk terlarutnya.
Secara keseluruhan, teknologi produksi enzimatik memberikan pengurangan dampak lingkungan yang signifikan dibandingkan dengan proses yang dikatalisis dengan bahan kimia. Namun, penciptaan ozon fotokimia, potensi pemanasan global, ekotoksisitas terestrial, dan potensi toksisitas pada manusia merupakan beberapa kategori dampak di mana proses enzimatik menunjukkan kontribusi yang hampir sama dengan proses katalisis alkali konvensional [11]. Kategori dampak ini dapat dibuat lebih rendah untuk proses enzimatik ketika tahap pertanian dihindari dan minyak nabati limbah berbiaya rendah digunakan sebagai bahan baku. Dalam sebuah penelitian, diperkirakan bahwa untuk satu ton produksi biodiesel, 1775, 1633 dan 383 kg CO2eq diemisikan ke atmosfer dengan katalis alkali, katalis enzim, dan katalis enzim dengan menggunakan limbah minyak goreng, masing-masing [11]. Proses yang terakhir menunjukkan pengurangan emisi gas rumah kaca yang signifikan.
Gambar 10 menunjukkan emisi gas rumah kaca untuk biodiesel dalam studi LCA yang disurvei dalam tinjauan ini (lihat Tabel 3). Secara umum, emisi GRK berkisar antara 0,51×
10-4hingga 0,11 kg CO2eq/MJ biodiesel, yang dalam banyak kasus lebih rendah daripada solar konvensional sehingga memastikan pengurangan GRK bersih untuk penggunaan biodiesel sebagai pengganti solar. Variasi emisi GRK dengan teknologi yang sama dan menggunakan bahan baku yang sama dapat dikaitkan dengan variasi dalam batas-batas sistem, metode alokasi dan asumsi metodologis lainnya. Untuk sebagian besar kasus, proses enzimatik menunjukkan pengurangan emisi GRK yang cukup besar dibandingkan dengan proses yang dikatalisis oleh bahan kimia, yang mungkin disebabkan oleh penurunan konsumsi energi. Secara komprehensif, dapat disimpulkan bahwa proses enzimatik merupakan proses y a n g lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan proses yang dikatalisis dengan bahan kimia.
Optimalisasi
Produksi biodiesel merupakan sistem yang kompleks yang melibatkan bahan baku yang beragam, sejumlah alternatif teknologi, dan berbagai urutan dan kondisi pemisahan/pemurnian yang memerlukan optimasi pada beberapa aspek. Dalam kompleksitas seperti itu, kriteria desain yang saling bertentangan dapat menjadi perhatian seperti efektivitas biaya dan kelestarian lingkungan. Bagian ini berfokus pada optimalisasi produksi biodiesel dengan mempertimbangkan
kompleksitas sistem dan kriteria desain yang berkelanjutan, misalnya maksimalisasi keuntungan, minimalisasi biaya, dan minimalisasi dampak terhadap lingkungan.
Optimasi dengan tujuan tunggal dan multi-tujuan Pendekatan optimasi telah diterapkan pada sistem produksi biodiesel baik pada tingkat proses maupun desain rantai nilai, yang memberikan solusi dan wawasan untuk mendukung pengambilan keputusan. Dalam penelitian sebelumnya, seperti yang dirangkum dalam Tabel 4, berbagai alat bantu (Aspen Plus/HYSYS, SuperPro Designer, MATLAB, Excel) telah diadopsi untuk mengoptimalkan proses produksi biodiesel untuk berbagai tujuan. Metodologi dalam penelitian ini didasarkan pada implementasi model proses dalam simulator proses komersial (misalnya Aspen PLUS/HYSYS, SuperPro Designer) yang digabungkan dengan algoritma optimasi multi- objektif (MOO) yang memecahkan model proses untuk berbagai tujuan. Patle dkk. [79] menggunakan Non-Dominated Sorted Genetic Algorithm (NSGA) yang dijalankan di Excel.
Algoritma ini dihubungkan dengan simulasi proses yang ketat di Aspen Plus untuk MOO dari dua proses pembuatan biodiesel berkelanjutan yang berbeda. Hubungan dan komunikasi antara program MOO berbasis Excel dan Aspen
Plus dibuat melalui aplikasi visual basic (VBA). Masalah optimasi diselesaikan untuk beberapa tujuan termasuk keuntungan, tugas panas dan limbah organik. Hasil yang diperoleh memungkinkan mereka untuk memutuskan teknologi produksi terbaik untuk pembobotan tujuan tertentu.
Demikian pula, Woinaroschy dkk. [80] mempresentasikan optimasi multi-objektif dari proses produksi biodiesel dengan mempertimbangkan tiga tujuan (keuntungan, emisi organik yang mudah menguap, dan jumlah pekerjaan) untuk optimasi.
Mereka menggunakan algoritma genetika multi-objektif (MOGA) yang diimplementasikan dalam MATLAB yang dihubungkan dengan simulasi proses yang ketat di SuperPro Designer. Fitur Component Object Module (COM) dari SuperPro Designer dan Graphical User Interface (GUI) MATLAB digunakan untuk menghubungkan SuperPro Designer dan MATLAB untuk transfer data. Dalam penelitian ini, ketiga pilar keberlanjutan (Lingkungan, ekonomi, dan sosial) dievaluasi dan dioptimalkan secara bersamaan. Algoritme evolusioner yang diterapkan dalam pekerjaan ini berkinerja baik dan memiliki sifat yang menarik ketika diintegrasikan dengan simulator proses. Namun, mengingat kompleksitas proses produksi biodiesel, analisis yang cermat terhadap berbagai masalah diperlukan, termasuk kendala
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Emisi gas rumah kaca (kg
CO2eq/MJ biogas dari biogas )
Gbr. 10 Emisi GRK dalam studi siklus hidup biodiesel yang disurvei [11, 29, 60, 67, 73, 75] (diesel konvensional [68]) 0.0419
0.00982
0.09 0.0455
0.075718 0.025073
0.11 0.023088
0.000051
0.023 0.0205
0.023 0.0167
0.063
Semua diiieselll yang lazim Proses yang dikatalisis enzim
Proses kimiawi yang dikatrol 0.02618 Lemak
Kedelai Rapeseed Foullltry Lumpur limbah Daging sapi tinggi Daging sapi tinggi Limbah masak kedelai Kedelai (ethanolll) Miiicroalllgae
Rapeseed Jarak Pagar Kedelai Kedelai Rapeseed Limbah memasak oiiilll
Kedelai
