Aplikasi Supercritical Fluids (Scf) Pada Reaksi Trans-Esterifikasi Proses Pembuatan Biodiesel

Aplikasi Supercritical Fluids (SCF) pada Reaksi Trans-Esterifikasi Proses Pembuatan Biodiesel
(Bode Haryanto)

APLIKASI SUPERCRITICAL FLUIDS (SCF) PADA REAKSI
TRANS-ESTERIFIKASI PROSES PEMBUATAN BIODIESEL
Bode Haryanto
Jurusan Teknik Kimia
Universitas Sumatera Utara
Jl. Tri Dharma No. 1 Kampus USU Medan 20155
Abstrak
Sumber energi terbarukan yang dikenal dengan Biodiesel yang merupakan hasil reaksi trans-esterifikasi
minyak nabati dengan pereaksi alkil alkohol telah diproduksi secara masal. Kendala produksi yang
ditemukan adalah pada tahap pemisahan untuk memperoleh biodiesel murni. Upaya produksi ini memicu
research dalam rangka mempersingkat tahapan proses dan tentunya juga menurunkan energi input pada
proses produksi. Operasi batch, kontinue, operasi multi tahap, operasi non katalis alkali, homogen dan
heterogen serta memanfaatkan enzyme lipase telah dilakukan, tetapi kendala pada tahap pemisahan tetap
ditemukan, Aplikasi dari supercritical fluid memungkinkan mempersingkat tahap reaksi dan
menghasilkan biodiesel tanpa melalui proses separasi lanjut. Tulisan ini akan membahas metoda dan
aplikasi dari SCF dalam produksi biodiesel.
Kata Kunci :Biodiesel, Trans-Esterifikasi, SCF.

PENDAHULUAN
Biodiesel dikenal sebagai bahan bakar
alternatif pengganti diesel fosil; diproduksi
dari sumber terbarukan dan menunjukkan
keunggulan karena ramah lingkungan.
Biodiesel didefinisikan sebagai mono alkil
ester dari rantai panjang asam lemak dari
berbagai sumber minyak nabati. Biodiesel
dihasilkan melalui proses trans-esterifikasi
dengan alkohol.
Trans-esterifikasi dapat dilakukan
dengan memanfaatkan katalis atau dengan
tanpa katalis. Katalis yang biasa digunakan
adalah dari alkali (NaOH, KOH), asam
(H2SO4, HCL) dan enzyme (lipase).
Reaksi trans-esterifikasi ini telah dipahami
secara baik, studi mengenai kinetika dan
prosesnya telah diaplikasikan secara
komersil.
Proses esterifikasi adalah seluruh

aktifitas hingga diperoleh produk biodiesel
yang murni yaitu, reaksi transesterifikasi,
recovery reaktan tersisa, memurnikan
produk yaitu memisahkan gliserol, katalis
dan produk pengotor dari produk alkil
ester. Sebagai sumber energi terbarukan
seharusnya
memenuhi
persyaratan

kelayakan energi yaitu energi out put dari
suatu proses produksi suatu bahan bakar
harus lebih besar dari total energi input
proses pembuatanya (Batchelor et al.,
1995). Lamanya waktu reaksi dengan
proses batch hingga dua jam, besarnya
energi motor pengaduk untuk rpm tinggi,
serta panjangnya tahap pemurnian pasca
reaksi adalah bagian dari kendala
menurunkan input energi pembuatan

biodiesel. Upaya-upaya terus dilakukan
agar dapat menurunkan energi input adalah
mempersingkat waktu reaksi dengan
mengembangkan proses continue hingga
diperoleh waktu tinggal yang lebih singkat
(Darnoko, et al., 2000). Pemanfaatan
biocatalyst enzyme lipase juga bertujuan
mengurangi energi yang dikonsumsi untuk
proses ini.
Penelitian
untuk
menghasilkan
biodiesel telah sampai pada tahap
pemanfaatan teknologi supercritical fluids,
upaya ini dilakukan dengan atau tanpa
katalis. Selain dapat mempersingkat waktu
reaksi juga tidak diperlukan pemisahan
lanjut
untuk
mendapatkan

produk
biodiesel. Makalah ini bertujuan untuk
59

Jurnal Sains Kimia
Vol 9, No.2, 2005: 59-63

memaparkan mekanisme aplikasi SCF
pada proses pembuatan biodiesel saat ini

memiliki kandungan Kalium hingga 40%
Peterson dan Scarrah (1984).

BAHAN DAN METODA

Bio-katalis Enzim Lipase
Proses esterifikasi telah menggunakan
enzim sebagai katalis. Enzim lipase
memiliki kemampuan untuk menghidrolisa
trigliserida asam lemak menjadi bentuk

asam lemak bebas dan dengan kehadiran
senyawa pereaksi etanol dan metanol
menghasilkan metil ester. Faktor yang
mempengaruhi jalannya reaksi adalah
konsentrasi enzim, lama inkubasi, tekanan
dan temperatur. Madras et al. (2004)
melaporkan proses sintesa enzimatik
biodiesel dari minyak bunga matahari
dengan pereaksi metanol dan etanol
dengan hadirnya SCF CO2 dengan persen
enzim 1 hingga 6 mg dengan waktu
inkubasi 1 hingga 12 jam dan temperatur
operasi 45 0C diperoleh jumlah metil ester
maksimum 27–30%.

Trans-Esterifikasi.
Reaksi dengan katalis standar batch dan
berkesinambungan
Pada
proses

batch
dengan
menggunakan katalis asam atau alkali akan
memerlukan waktu berkisar dua jam.
Temperatur operasi biasanya berkisar
temperatur didih metanol akibatnya operasi
standar berlangsung dalam dua fase. Untuk
meningkatkan jumlah kontak dilakukan
pengadukan dengan rpm tinggi. Operasi
berkesinambungan (continue)
dapat
menurunkan lama waktu reaksi hingga 60
menit dengan konversi mencapai 97,3%
(Darnoko, et al. 2000). Perlakuan terhadap
operasi juga dipengaruhi oleh jenis bahan
baku dan kandungan minornya.
Katalis padat reaksi fase heterogen
Penelitian
dengan
memanfaatkan

berbagai
katalis
padat
(phase
heterogeneous) seperti logam dan abu
masih dilakukan dan dapat dilaporkan
bahwa, peneliti sebelumnya, Frederique et
al. (2003) melaporkan bahwa katalis dari
synthesis of pyrone metal complexes with
Sn and Zn memiliki kemampuan yang
lebih baik dalam mengkonversi metil ester,
dibanding katalis standar seperti NaOH
dan H2SO4.
Gryglewicz (1999),
menggunakan katalis heterogen untuk
proses esterifikasi rapseed ester. Peterson
dan Scarrah (1984) melaporkan jenis
penyangga yang digunakan dan bentuk
penyangga yaitu, Tablet MgO (98%),
Tablet Al2O3 (97%) dan Bulat SiO2 (93%)

+ Al2O3 (3%). Hartman (1956) meneliti
bahwa abu janjang sawit bersifat tidak
larut dalam trigliserida dan metanol,
sehingga bersifat heterogen pada proses
transesterifikasi. Abu batang kelapa
60

HASIL DAN PEMBAHASAN
PI

H

V1

PP

MS

V2
BPR

TK

V3
WGM

INV
CT

Gambar 1. Proses Reaksi Esterifikasi dengan
Katalis Enzim di dalam
SCF CO2TK (Liquid CO2 Tank), V1-V3
(High Pressure Needle Valve), P (Pressure
Transducer), H (Heater), MS (Magnetic
Stirrer), PI (Pressure Indicator), INV
(Incubation Vessel), BPR (Back Pressure
Regulator), CT (Cold Trap), WGM (Wet
Gas Meter)
Gambar 1 secara singkat dapat dilihat
bahwa minyak kedelai untuk selang masa

inkubasi tiga jam pada INV dialiri SCF
CO2 pada tekanan 122 bar dan temperatur
360dengan pereaksi butanol 1.2 M dan

Aplikasi Supercritical Fluids (SCF) pada Reaksi Trans-Esterifikasi Proses Pembuatan Biodiesel
(Bode Haryanto)

konsentrasi enzim 15% (w/w) dapat
menghasilkan Fatty Acid Butil Ester
(FABE) hingga 100%. Reaksi berlangsung
satu tahap dimana produk FABE akan
terlepas dari CO2 di CT ketika tekanan
mengalami penurunan (Nagesha et al.,
2004)

Ditunjukkan bahwa kenaikan temperatur
secara umum akan menaikkan perolehan
metil ester. Secara khusus untuk
temperatur operasi 4000C kenaikan
konversi sangat besar dan ketika waktu

reaksi mencapai 40 menit, ester telah
terbentuk 100%.

Trans-Esterifikasi non-Katalis.

4

Dengan mengkondisikan metanol atau
etanol pada supercritical area ternyata
memiliki kemampuan untuk bereaksi
terhadap trigliserida membentuk metil
ester biodiesel tanpa kehadiran katalis.
Penelitian yang dilakukan Kusdiana dan
Saka (2001) melaporkan bahwa pada
tekanan 14 M.Pa, temperatur 3500C,
dengan perbandingan ratio metanol
rapeseed oil 42 dapat dihasilkan ester 95%
dalam selang waktu produksi 240 detik.
Peneliti yang sama melaporkan bahwa
dengan kondisi supercritical metanol dapat
mengkonversi 100% untuk selang waktu
15 menit, etanol dan 1 propanol setelah 45
menit. (Warabi, et al., 2004). Dengan
kondisi operasi yang berbeda Madras et al.
(2004) pengaruh temperatur terhadap
konversi metil ester dan waktu reaksi, lihat
Gambar 2.
Konversi ME vs Waktu Operasi

100
m etil e ster,%

80
60

T= 200C
T= 250C

40

T= 300 C
T= 350 C

20

T= 400 C

0
0

10

20

30

40

50

Waktu Reaksi, m enit

Gambar 2. Grafik Pengaruh Waktu vs Konversi
Metil Ester

3

5

6

7

1

2

Gambar 3. Sistem pada Supercritical Metanol

1. autoclave, 2. furnace listrik, 3. kontrol
temperatur , 4. kontrol tekanan, 5. produk
keluar, 6. condenser, 7. penimbun produk.
Secara singkat dapat dilihat dimana
minyak dan metanol cair dimasukkan ke
dalam autoclave dengan perbandingan
yang ditentukan, selanjutnya dinaikkan
tekanan dan temperatur hingga kondisi
kritiknya.
Dalam kondisi gas produk
keluar dan melalui condenser diperoleh
metil ester (Demirbas, 2002) seperti pada
Gambar 3.
Air dan FFA pada reaksi TransEsterifikasi di SCF non katalis.
Kehadiran air dan asam lemak pada
proses trans-esterifikasi SCF tidak
mempengaruhi jalannya reaksi. Gambar di
bawah menyajikan perbandingan antara
SCF metanol, katalis asam dan basa
terhadap pengaruh air dan asam lemak
bebas (Kusdiana et al., 2004)

Madras et al. (2004) melaporkan
pengaruh kenaikan temperatur dari 200
hingga 4000C dalam SCF metanol.
61

Jurnal Sains Kimia
Vol 9, No.2, 2005: 59-63

Konversi Metil Ester vs Kandungan Air

Metil Ester.%

100
80
60
40
20
0
0

1

2

3

4

5

6

Kandungan Air,%
SCF Metanol

Katalis Asam

Katalis Alkali

Gambar 4. Grafik Konversi Metil Ester vs
Kandungan Air

Gambar 4 menyajikan informasi dari
hasil penelitian terhadap kandungan air
dimana kandungan air tidak mempengaruhi
reaksi menggunakan SCF metanol (nonkatalis).

Metil Ester,%

Pengaruh Kandungan FFA,% vs
Konversi Metil Ester,%
120
100
80
60
40
20
0
0

10

20

30

40

Kandungan FFA,%
SCF Metanol

Katalis Asam

Katalis Alkali

Gambar 5. Grafik Pengaruh Kandungan FFA vs
Konversi Metil Ester

Gambar 5 menyajikan pengaruh asam
lemak bebas pada proses trans-esterifikasi.
Reaksi menggunakan SCF metanol (nonkatalis) tidak dipengaruhi oleh kandungan
FFA pada minyak. Pada katalis asam
menurun
kemampuannya
dengan
bertambahnya FFA dan diikuti katalis
alkali yang kemampuan lebih menurun
dengan bertambahnya air.
Permasalahan yang ada pada proses
pembuatan biodiesel secara standar adalah
lamanya waktu reaksi dan panjangnya
tahap pemisahan/pemurnian sehingga
62

memperbesar
energi
input
akibat
pengadukan yang besar. Di sisi lain proses
standar ini memiliki kemudahan dalam
kondisi operasi dan pengendaliannya.
Dengan
menggunakan
biokatalis
seperti lipase ternyata mampu menurunkan
kebutuhan energi motor. Tetapi dengan
waktu inkubasi dan kemampuan konversi
dan perolehan metil ester dengan SCF CO2
yang relatif bervariasi maka perlu
dilakukan studi optimasi dan tentunya
diperlukan kondisi yang khusus untuk
menjamin kerja enzim.
Kajian SCF-metanol, etanol dan
sebagainya memiliki kualitas konversi
yang sangat baik dengan waktu reaksi yang
singkat dan tidak lagi memerlukan
perlakuan khusus pada tahap pemurnian.
Di sisi lain dibutuhkan energi yang cukup
besar untuk mencapai kondisi operasi pada
temperatur 200 hingga 5000C dan tekanan
20 M.Pa. Selain itu, diperlukan material
yang khusus dan mahal dalam merancang
proses supercrital non katalis ini.
Dari keunggulan dan kelemahan yang
dimiliki perlu dilakukan analisa lebih
lanjut terhadap kemungkinan pemanfaatan
metoda di atas dalam memproduksi secara
komersial. Sebagai bahan bakar baru maka
juga harus memenuhi persyaratan energi
dimana output energi suatu produk bahan
bakar harus lebih besar dari input energi
untuk menghasilkan produk tersebut.
KESIMPULAN
SCF metanol, etanol memiliki potensi
dikembangkan
dalam
memproduksi
biodiesel. Tahap operasi non-katalis
tersebut
ternyata
lebih
singkat
dibandingkan dengan operasi katalis yang
cendrung membutuhkan waktu reaksi dan
perlakuan pasca reaksi yang lebih panjang.
Kajian lebih mendalam perlu dilakukan
hingga diperoleh kondisi optimum tetapi
harus diikuti dengan menurunnya input
energi pada SCF-Metanol dan Etanol.
Disarankan
untuk
melakukan
perlakuan mekanik pada tahap pemisahan

Aplikasi Supercritical Fluids (SCF) pada Reaksi Trans-Esterifikasi Proses Pembuatan Biodiesel
(Bode Haryanto)

sehingga operasi standar dan enzimatik
tetap
memiliki
potensi
untuk
dikembangkan.
DAFTAR PUSTAKA
Batchelor, S.E., Booth, J.E., Walker, K.C. 1995,
Energy analysis of rape methyl mster (RME)
production from winter oilseed rape, J.
Industrial Crops and Product, no.4, 197-202.
Darnoko D. and Cheryan M. 2000. Continuous
production of palm methyl esters. J. Am. Oil
Chem. Soc. No.77, 1269-1273.
Demirbas Ayhan, 2002. Biodiesel fuels from
vegetable oils via catalytic and non catalytic
supercritical alcohol and other methods: a
survey,
Energy
Conversion
and
Management, no.44, 2093-2109.
Frederique R. Abreu, Daniela G. Lima, Elias H.
Hamu, Sandra Einloft, Joel C. Rubim and
Paulo A.Z. Suarez.2003. New metal catalyst
for soybean oil transesterification. J. Am. Oil
Chem. Soc. No. 80, 601- 604.
Gale G. Hoyer, 1985. Extraction with supercritical
fluids: Why,how and so what, Chemtech,
July, 440-448
Greyglewicz, S. 1999. Rapeseed oil methyl ester
preparation using heterogeneous catalyst.
Bioresource Technol,, No.70, 249 – 253.
Hartman, L.1956. Methanolysis of triglycerides, J.
Am. Oil Chem. Soc. No.33, .129
Kusdiana D. and Saka S., 2001, Kinetics of
transesterification in rapseed oil to biodiesel
fuel as treated in supercritical methanol,
Fuel, no.80, 693-698.
Kusdiana D. and Saka S., 2004, Effect of water on
biodiesel fuel production by as treated in
supercritical
methanol,
Bioresource
Technology, no.91, 289-295.
Madras G, Kolluru C and Kumar R, 2004,
Synthesis of biodiesel in supercritical fluids,
Fuel, no. 83, 2009-2033.
Mark A.McHugh and Val J.Krukonis,1994.
Supercritical Fluids Extraction, Principle and
practice,
Elsevier
Group,ButterwortHeinemann,USA.
Nagesha G.K, Manohar B and Sankar KU, 2004.
Enzymatic esterification of free fatty acid of
hydrolyzed soy deodorizer distillate in
supercritical carbon dioxide, Supercritical
Fluids, no.32, 137- 145.

Warabi, Y, Kusdiana D. and Saka S.,
2004,Reactivity of triglycerides and fatty
acid of rapeseed oil in supercritical Alcohol,
Bioresource Technology , no.91, 283-287.
Zarina I. 2000, Study of Affectivity Catalyst from
Ash Palm Bunch in Metanolizing Stearin,
Magister Thesis, Chemical Engineering
Dept. ITB.

Peterson G.R. and Scarrah W.P. 1984. Rapeseed 0il
transesterification
by
heterogeneous
catalysis. J Am. Oil Chem. Soc. No. 61,1593
– 1597.

63