Waktu dan Tempat Penelitian Sifat Fisikokimia Minyak Jarak Pagar

Keterangan : CF t = aliran kas per tahun pada periode t I = investasi awal pada tahun 0 K = suku bunga discount rate Metode Internal Rate of Return IRR digunakan untuk mencari tingkat bunga yang dapat dibandingkan dengan nilai sekarang dari arus kas yang diharapkan di masa datang, tanpa memperhitungkan investasi awal. Apabila nilai IRR yang diperoleh ternyata lebih besar dari Rate of Return yang ditentukan, maka investasi dapat diterima. Perhitungan IRR adalah sebagai berikut. Keterangan : t = tahun ke.. n = jumlah tahun I = nilai investasi awal CF = arus kas bersih IRR = tingkat bunga yang dicari harganya. Untuk mengetahui sejauhmana perbandingan antara nilai sekarang dari rencana penerimaan kas dengan nilai sekarang dari investasi yang telah dilaksanakan, maka dilakukan perhitungan Net Benefit Cost atau Profitability Index PI. Payback period merupakan kurun waktu yang diperlukan untuk menutup kembali pengeluaran investasi. Semakin cepat payback period suatu investasi, semakin layak investasi tersebut dilakukan. Apabila payback period lebih pendek waktunya dibandingkan maximum payback period -nya, maka usulan investasi dapat diterima. Payback period menggunakan rumus berikut ini. Hubungan antar beberapa variabel di dalam kegiatan perusahaan, seperti luas produksi atau tingkat produksi yang dilaksanakan, biaya yang dikeluarkan, serta pendapatan yang diterima oleh perusahaan dari kegiatannya dianalisis dengan menggunakan metode Break Even Point. Kondisi Break Event Point terjadi ketika pendapatan penerimaan perusahaan Total Revenue adalah sama dengan biaya yang ditanggungnya Total Cost. Pendapatan penerimaan perusahaan merupakan hasil perkalian antara jumlah unit barang terjual dengan harga satuannya, sedangkan biaya yang ditanggung adalah penjumlahan dari biaya tetap dan biaya variabelnya. 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Sifat Fisikokimia Minyak Jarak Pagar

Sifat fisikokimia minyak jarak pagar merupakan salah satu informasi awal yang harus diperoleh untuk memproduksi biodiesel jarak pagar. Informasi tersebut menjadi acuan utama dalam proses produksi biodiesel jarak pagar, terutama dalam menentukan tahapan proses dan jenis serta jumlah reaktan yang diperlukan. Beberapa sifat fisikokimia minyak jarak pagar yang dianalisis adalah kandungan asam lemak bebas, bilangan asam, densitas, bilangan iod dan viskositas. Penghitungan kandungan asam lemak bebas dilakukan untuk mengetahui persentase jumlah asam lemak yang telah terhidrolisis, sehingga terlepas dari molekul trigliserida. Hal ini diperlukan sebagai dasar penghitungan metanol yang dibutuhkan pada reaksi esterifikasi. Adapun total asam yang terkandung di dalam minyak jarak pagar dianalisis dengan menggunakan metode bilangan asam yang merepresentasikan banyaknya mg KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam. Analisis bilangan iod dilakukan untuk mengetahui banyaknya jumlah ikatan rangkap yang terkandung di dalam asam lemak minyak jarak pagar. Minyak jarak pagar mempunyai komposisi asam lemak dominan berupa asam oleat yang memiliki satu ikatan rangkap. Informasi densitas dan viskositas menjadi data pendukung dalam perhitungan skala produksi dan alat yang digunakan. Hasil analisis sifat fisikokimia minyak jarak pagar dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Hasil analisis sifat fisikokimia minyak jarak pagar No. Analisis Nilai Satuan 1 Kandungan Asam Lemak Bebas 32,08 2 Bilangan Asam 63,84 mg KOH g minyak 3 Densitas 0,91 gcm 3 4 Bilangan Iod 97,24 g Iod 100 g minyak 5 Viskositas 30 o C 52,60 cP Dari beberapa sifat fisikokimia tersebut di atas, parameter utama yang menjadi acuan perhitungan proses produksi biodiesel jarak pagar adalah kandungan asam lemak bebasnya. Kandungan asam lemak bebas minyak jarak pagar yang digunakan sangat tinggi, yaitu 32,08. Syam et al. 2009 menyebutkan bahwa penurunan kualitas minyak jarak pagar dengan indikator naiknya kandungan asam lemak bebas pada umumnya disebabkan oleh kurang baiknya penanganan dan kondisi penyimpanan, serta adanya kontak dengan udara bebas dan sinar matahari. Tingginya kandungan asam lemak bebas mengharuskan adanya perlakuan awal minyak jarak pagar sebelum ditransesterifikasi menjadi biodiesel metil ester. Standar kandungan asam lemak bebas yang menjadi ambang batas diperlukan tidaknya perlakuan pendahuluan terhadap minyak jarak pagar berbeda- beda antar peneliti. Akbar et al. 2009, Fan dan Burton 2009 serta Syam et al. 2009 mengurangi kandungan asam lemak bebas sampai di bawah 1 melalui proses esterifikasi, sedangkan Knothe 2005 membatasi kandungan FFA kurang dari 0,5 agar rendemen biodieselnya maksimal. Berchmans dan Hirata 2008 menyatakan bahwa paling tidak kandungan FFA minyak jarak pagar agar dapat ditransesterifikasi langsung tanpa perlakuan pendahuluan adalah tidak lebih dari 2.

4.2 Proses Produksi Biodiesel Jarak Pagar

Proses produksi biodiesel jarak pagar dilakukan dengan menggunakan reaktor biodiesel skala 100 liter per batch yang dapat dilihat pada Gambar 8. Gambar 8 Reaktor biodiesel skala 100 liter per batch. Tingginya kandungan asam lemak bebas minyak jarak pagar tidak memungkinkan untuk dilakukan proses transesterifikasi secara langsung. Apabila reaksi transesterifikasi langsung dilakukan tanpa adanya perlakuan pendahuluan, maka katalis basa KOH akan bereaksi dengan asam lemak bebas membentuk garam sabun. Sabun yang terbentuk selanjutnya akan menghambat reaksi antara metanol dengan trigliserida. Pembentukan sabun juga dipengaruhi oleh lamanya reaksi transesterifikasi. Hossain et al. 2010 meneliti pengaruh lama reaksi transesterifikasi terhadap banyaknya sabun yang terbentuk. Hasilnya diperoleh data bahwa jumlah sabun semakin banyak pada jam ke-2 sampai jam ke-6, sehingga menghambat pembentukan biodiesel dan mengakibatkan rendemen biodiesel pada jam ke-6 lebih sedikit 27,5 dibandingkan pada jam ke-2 49,5. Metanol ditambahkan pada reaksi esterifikasi secara berlebih untuk menekan keseimbangan reaksi kearah FAME. Hal ini dikarenakan reaksi esterifikasi yang bersifat bolak-balik. Skema reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9 Skema reaksi esterifikasi asam lemak Christie 1993. Banyaknya metanol yang ditambahkan sebagai reaktan adalah 225 dari jumlah asam lemak bebas. Dengan skala produksi 100 liter minyak jarak pagar densitas : 0,91 kgl, maka kandungan asam lemak bebasnya adalah 29,19 kg, kebutuhan metanol densitas : 0,7918 kgl untuk reaksi esterifikasi adalah 65,68 kg atau setara dengan 82,95 liter, sedangkan kebutuhan asam sulfat adalah 6,57 kg 3,57 liter. Proses produksi biodiesel dimulai dengan memanaskan minyak jarak pagar sampai mencapai suhu reaksi yaitu 50 o C dan melarutkan asam sulfat ke dalam metanol. Sifat reaksi pencampuran yang eksotermis mengharuskan tahapan ini dilakukan dengan hati-hati. Setelah minyak jarak pagar mencapai suhu yang diharapkan, maka campuran metanol dan asam sulfat kemudian ditambahkan ke dalam minyak jarak pagar. Pemanasan dan pengadukan kemudian terus dilakukan selama 1 jam. Setelah reaksi esterifikasi selesai dilakukan, campuran sisa metanol, air dan katalis akan berada pada lapisan atas, sedangkan campuran antara FAME dan minyak jarak pagar akan berada pada lapisan bawah. Terbentuknya dua lapisan produk dikarenakan adanya perbedaan densitas dan polaritas kedua campuran. Kandungan asam lemak bebas dalam FAME dan minyak jarak pagar pada akhir tahap pertama proses esterifikasi jauh lebih sedikit dibandingkan dengan sebelum esterifikasi, sehingga proses selanjutnya yaitu transesterifikasi dapat dilakukan. Pada proses transesterifikasi, 910 gram KOH dilarutkan dengan 13,65 kg metanol. Seperti halnya proses pelarutan asam sulfat dengan metanol, pelarutan KOH juga merupakan reaksi eksotermis yang menghasilkan panas. Larutan metanol yang mengandung KOH biasa disebut sebagai metoksida. Metoksida kemudian ditambahkan ke dalam minyak jarak pagar dan kemudian diaduk selama 1 jam pada suhu 50 o C. Setelah proses transesterifikasi, maka campuran FAME dan metil ester bersama dengan campuran gliserol dan katalis serta sisa metanol didiamkan dalam tangki pemisah untuk memisahkan fraksi polar dan non polar. Gliserol, katalis KOH serta air akan berada pada lapisan bawah yang terpisah dari lapisan atas yang terdiri dari FAME dan metil ester. Lapisan-lapisan produk transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 10. Metil Ester Gliserol Gambar 10 Lapisan-lapisan produk transesterifikasi minyak jarak pagar. Pada akhir proses, biodiesel FAME dan ME kemudian dipisahkan untuk selanjutnya dicuci dan dikeringkan. Adapun gliserol kasar yang masih mengandung senyawa pengotor lainnya akan dipisahkan untuk kemudian ditingkatkan kemurniannya sebelum digunakan sebagai salah satu komponen penyusun formula CDS.

4.3 Peningkatan Kemurnian Gliserol Hasil Samping Produksi Biodiesel

Jarak Pagar Bahan dominan yang terkandung dalam gliserol hasil samping produksi biodiesel jarak pagar adalah sisa metanol yang tidak bereaksi, sabun sebagai hasil reaksi antara asam lemak bebas dengan katalis KOH dan katalis KOH yang digunakan pada proses transesterifikasi, sehingga gliserol kasar bersifat basa Kocsisová dan Cvengroš 2006, El-Diwani et al. 2009. Asam fosfat digunakan untuk memisahkan gliserol dari katalis basa dan sabun. Asam fosfat digunakan karena sifatnya yang sangat higroskopis, sehingga sangat mudah berikatan dengan bahan yang bersifat polar. Reaksi antara asam fosfat dengan KOH akan membentuk garam berupa kalium fosfat, sedangkan reaksi antara sabun dengan asam fosfat akan membentuk asam lemak. Kedua reaksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 11. KOH + H 3 PO 4 K 3 PO 4 + H 2 O A sabun R OH O R O - K + O O P OH O-H OH O P OH O - K + OH Asam lemak bebas B Gambar 11 Reaksi pembentukan K 3 PO 4 A dan asam lemak B pada proses peningkatan kemurnian gliserol kasar Farobie 2009. Pemisahan garam kalium fosfat dari gliserol dilakukan dengan cara penyaringan vakum. Garam kalium fosfat yang diperoleh masih bersifat sedikit asam, sehingga memerlukan perlakuan lanjutan yaitu pemurnian agar dapat digunakan sebagai pupuk. Garam kalium fosfat dapat dilihat pada Gambar 12. Gambar 12 Garam kalium fosfat pada proses peningkatan kemurnian gliserol kasar. Setelah garam terpisahkan dari gliserol, campuran gliserol akan memisah dari asam lemak yang terbentuk sebagai akibat adanya reaksi antara sabun dengan asam fosfat. Produk yang dihasilkan pada proses peningkatan kemurnian gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel jarak pagar dapat dilihat pada Gambar 13. Gambar 13 Produk proses peningkatan kemurnian gliserol kasar. Perbandingan kemurnian antara gliserol sebelum dengan setelah kemurniannya ditingkatkan sudah dilakukan oleh Farobie 2009 yang menganalisis kemurnian gliserol menggunakan metode GC-MS Gas Chromatograhy – Mass Spectroscopy. Hasil analisis GC-MS gliserol kasar hasil samping produksi biodiesel jarak pagar sebelum dan sesudah peningkatan kemurnian dapat dilihat pada Gambar 14. Gambar 14 Hasil analisis GC-MS gliserol hasil samping produksi biodiesel jarak pagar. A Gliserol kasar B Gliserol hasil pengingkatan kemurnian Farobie 2009. Pada Gambar 14 terlihat bahwa secara kualitatif pengurangan senyawa pengotor gliserol terlihat dengan adanya pengurangan dari 17 puncak menjadi 11 puncak. Secara kuantitatif, analisis penentuan kadar gliserol yang dilakukan oleh Farobie 2009 menunjukkan bahwa peningkatan kemurnian gliserol meningkat dari 40,19 menjadi 82,15. Tingkat kemurnian gliserol di atas 80 sudah sesuai dengan SNI 06-1564-1195 yang menyatakan bahwa kadar gliserol hasil pemurnian yang diperbolehkan untuk dikomersialkan mempunyai kadar gliserol minimum 80.

4.4 Formulasi Coal Dust Suppressant CDS

Setiap komponen penyusun formula CDS memiliki fungsi masing-masing. Polimer PVA merupakan polimer yang sangat larut di dalam air. Penggunaan polimer PVA dalam formula CDS adalah sebagai pembentuk lapisan film pada permukaan debu batubara, sehingga dapat menghambat pembentukan debu. Struktur polimer PVA dapat dilihat pada Gambar 15. Keterangan : R = H atau COCH 3 Gambar 15 Struktur kimia monomer Poli Vinil Alkohol Saxena 2004. Pada saat larutan CDS mengering, polimer PVA akan membentuk lapisan film tipis yang akan menahan laju penguapan air dari debu batubara, sehingga kelembaban batubara akan relatif terjaga dan debu menjadi tidak mudah terbang. Surfaktan SLS merupakan surfaktan anionik yang berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan formula CDS. Rendahnya nilai tegangan permukaan formula CDS menyebabkan batubara akan lebih mudah menangkap uap air, sehingga bobotnya bertambah dan menjadi lebih sulit menjadi debu. Penambahan gliserol pada formula CDS bertujuan untuk meningkatkan efek pelembab yang akan membuat kemampuan debu batubara mengikat uap air menjadi lebih baik. Gliserol hasil samping produksi biodiesel jarak pagar masih mengandung 20 bahan lain yang terdiri dari metanol, sisa katalis dan bahan lainnya. Formulasi dilakukan pada suhu ruangan, tanpa adanya pemanasan untuk melihat kelarutan masing –masing komponen bahan di dalam air yang digunakan sebagai pelarut. Hasil formulasi diperoleh 3 formula dengan penampakan fisik berupa larutan bening yang cukup kental. Penampakan ketiga formula dapat dilihat pada Gambar 16.