Analisis energi dan eksergi pada produksi biodiesel berbahan baku CPO (Crude palm oil)

ANALISIS ENERGI DAN EKSERGI PADA PRODUKSI
BIODIESEL BERBAHAN BAKU CPO (Crude Palm oil)

RISWANTI SIGALINGGING

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

i

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Analisis Energi dan Eksergi pada
Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil)” adalah karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian

akhir tesis ini.
Bogor,

Agustus 2008

Riswanti Sigalingging
NIM 151060101

ii

ABSTRACT

RISWANTI SIGALINGGING. Energy and Exergy Analysis of Biodiesel
Production from CPO (Crude Palm Oil). Under supervision of ARMANSYAH
H.TAMBUNAN and SRI ENDAH AGUSTINA.

Biodiesel production from renewable resources needs a certain amount of
energy Input. Accordingly, the effectiveness of biodiesel production depends on
the energy ratio, i.e. the ratio of energy contained in the biodiesel to the energy
input during production including energy content in the feedstock. This research

is aimed to evaluate energy ratio in biodiesel production. The tool used in this
experiment is exergy analysis, which incorporates the fisrt and second law of
thermodynamic. Materials required in the biodiesel production was evaluated in
term of its energy content. The result of analysis showed that the energy ratio and
the energy needed to produce per kilogram biodiesel using noncataliytic
production method with modified process were 1.00 and 39.63 MJ/kg, while
using catalytic method were 0.98 and 41.05 MJ/kg, respectively. Meanwhile, the
exergy efficiency and the exergy lost by using noncataliytic production method
with modified process were 94.43 % and 3665.08 MJ, while using catalytic
method were 98.23 % and 1175.75 MJ, respectively. The research shows that
noncatalytic production method with modified process is better than catalytic
method in terms of energy ratio and the energy needed to produce per kilogram
biodiesel. The research also shows that heat exchanger is the critical one for the
performance improvement of the modified non-catalytic process.
Key words: first law of thermodynamics, second law of thermodynamics, energy
ratio, exergy efficiency, catalytic, noncatalytic.

iii

RINGKASAN

RISWANTI SIGALINGGING. Analisis Energi dan Eksergi pada Proses
Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil). Dibimbing oleh
ARMANSYAH H. TAMBUNAN dan SRI ENDAH AGUSTINA.
Biodiesel merupakan sumber energi terbarukan yang berasal dari bahan
baku nabati, seperti CPO. Biodiesel dapat diproduksi dengan dua cara, yaitu
dengan menggunakan katalis (katalitik) dan tanpa katalis (non-katalitik). Untuk
mengkonversi CPO menjadi biodiesel dibutuhkan sejumlah energi. Oleh karena
itu, analisis rasio energi dan energi yang dibutuhkan untuk memproduksi per
kilogram biodiesel perlu dilakukan, sehingga dapat diketahui cara produksi mana
yang terbaik. Dalam penelitian ini dilakukan analisis eksergi sebagai alat untuk
mengetahui besarnya energi yang tidak termanfaatkan (eksergi yang hilang)
setiap proses. Analisis ini merupakan aplikasi dari hukum termodinamika
pertama dan hukum termodinamika kedua, sehingga disain sistem proses dapat
diperbaiki guna pengembangan teknologi proses produksi biodiesel. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa rasio energi dan energi yang dibutuhkan per
kilogram biodiesel, pada proses produksi biodiesel non-katalitik dengan sistem
proses yang sudah dimodifikasi adalah masing-masing sebesar 1,00 dan 39,63
MJ/kg, sedangkan proses katalitik masing-masing adalah sebesar 0,98 dan 41,05
MJ/kg. Sementara itu, efisiensi eksergi dan eksergi yang hilang pada proses
produksi biodiesel non-katalitik dengan sistem proses yang sudah dimodifikasi

adalah sebesar 94,43 % dan 3665,08 MJ, sedangkan pada proses produksi
biodiesel secara katalitik adalah 98,23 % dan 1175,75 MJ. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa proses produksi non-katalitik dengan sistem proses yang
sudah dimodifikasi adalah lebih baik dalam hal rasio energi dan energi yang
dibutuhkan untuk memproduksi per kilogram biodiesel. Akan tetapi, efisiensi
eksergi perlu ditingkatkan dengan melakukan penelitian lebih lanjut khususnya di
reaktor dan APK-2, sehingga eksergi yang hilang ke lingkungan dapat
diminimalisasi.
Keywords : hukum termodinamika pertama, hukum termodinamika kedua, rasio
energi, efisiensi eksergi, katalitik, non-katalitik.

iv

© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008
Hak cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.

b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB

v

ANALISIS ENERGI DAN EKSERGI PADA PRODUKSI
BIODIESEL BERBAHAN BAKU CPO (Crude Palm oil)

RISWANTI SIGALINGGING

Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

vi

Judul Tesis
Nama
NRP

: Analisis Energi dan Eksergi pada Produksi Biodiesel
Berbahan Baku CPO (Crude Palm oil)
: Riswanti Sigalingging
: F151060101

Disetujui,
Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Armansyah H. Tambunan
Ketua

Ir.Sri Endah Agustina, MS
Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Armansyah H. Tambunan Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S

Tanggal Ujian : 19 Agustus 2008

Tanggal Ujian:

vii

KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan tesis yang berjudul “ Analisis Energi dan Eksergi pada

Proses Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil)”.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr sebagai pembimbing pertama
dan Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian (Koordinator Mayor),
yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini.
2. Ir. Sri Endah Agustina, M.S sebagai pembimbing kedua, yang telah memberi
nasehat dan bimbingan selama ini.
3. Department of Global Agricultural Sciences The University of Tokyo, Jepang
yang telah memberikan alat proses produksi biodiesel non-katalitik.
4. BPPT dan seluruh karyawan BPPT khususnya Pak Sonni Sulistiawan, mbak
Rani, Adi, Luthfi dan mbak novi, yang bersedia memberikan informasi data
proses produksi biodiesel katalitik.
5. Tamaria Panggabean, Farry Aprilliano, Lilik Tri Mulyantara, Diswandi
Nurba, Deni Hendarto, I Putu Surya, Susanto Budi, dan Warji yang
merupakan teman-teman satu angkatan penulis di Program Magister IPB.
6. Firman, Darma dan Pak Harto yang telah membantu dalam pengambilan data.
7. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas peranannya
sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.
Semoga Tuhan YME memberikan balasan dan manfaat atas segala bantuan moril
materil, nasehat dan ilmu yang diberikan.

Penulis menyadari bahwa isi dari tesis ini sangat jauh dari sempurna. Oleh
karena itu saran dan kritik sangat penulis harapkan agar lebih menambah
khazanah pengetahuan penulis. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini
dapat bermanfaat. Amin.

Bogor,

Agustus 2008

Riswanti Sigalingging

viii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Rawang Lama Kisaran pada tanggal 07 Mei 1980 dari
ayah R. Sigalingging dan Ibu R. Marbun. Penulis merupakan putri kedua dari
lima bersaudara.
Penulis telah menyelesaikan pendidikan program sarjana (S1) pada tahun
2003 di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas

Pertanian, Universitas Sumatera Utara. Pada tahun 2006 penulis diterima di
Sekolah Pascasarjana Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Penulis saat ini sebagai tenaga pengajar di Prosus INTEN (Institut
Teladan), Jakarta.

ix

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI .................................................................................................. ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xv
DAFTAR SIMBOL ...................................................................................... xvi
I.

PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ................................................................................... 4

1.3 Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

II.

TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Proses Produksi Biodiesel ...................................................................... 5
2.1 Konsep Energi dan Eksergi .................................................................. 12

III. METODOLOGI PENELITIAN .............................................................. 17
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................... 17
3.2 Alat dan Bahan Penelitian .................................................................... 17
3.3 Prosedur Penelitian ............................................................................... 17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 24
4.1 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel ........................................... 24
4.1.1 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel Secara Non-katalitik . 24
4.1.2 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel Secara Katalitik ........ 30
4.2 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel .......................................... 36
4.2.1 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel Secara Non-katalitik 36
4.2.2 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel Secara Katalitik ....... 50
V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 77
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 77
5.2 Saran .................................................................................................... 77

ANALISIS ENERGI DAN EKSERGI PADA PRODUKSI
BIODIESEL BERBAHAN BAKU CPO (Crude Palm oil)

RISWANTI SIGALINGGING

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

i

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Analisis Energi dan Eksergi pada
Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil)” adalah karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir tesis ini.
Bogor,

Agustus 2008

Riswanti Sigalingging
NIM 151060101

ii

ABSTRACT

RISWANTI SIGALINGGING. Energy and Exergy Analysis of Biodiesel
Production from CPO (Crude Palm Oil). Under supervision of ARMANSYAH
H.TAMBUNAN and SRI ENDAH AGUSTINA.

Biodiesel production from renewable resources needs a certain amount of
energy Input. Accordingly, the effectiveness of biodiesel production depends on
the energy ratio, i.e. the ratio of energy contained in the biodiesel to the energy
input during production including energy content in the feedstock. This research
is aimed to evaluate energy ratio in biodiesel production. The tool used in this
experiment is exergy analysis, which incorporates the fisrt and second law of
thermodynamic. Materials required in the biodiesel production was evaluated in
term of its energy content. The result of analysis showed that the energy ratio and
the energy needed to produce per kilogram biodiesel using noncataliytic
production method with modified process were 1.00 and 39.63 MJ/kg, while
using catalytic method were 0.98 and 41.05 MJ/kg, respectively. Meanwhile, the
exergy efficiency and the exergy lost by using noncataliytic production method
with modified process were 94.43 % and 3665.08 MJ, while using catalytic
method were 98.23 % and 1175.75 MJ, respectively. The research shows that
noncatalytic production method with modified process is better than catalytic
method in terms of energy ratio and the energy needed to produce per kilogram
biodiesel. The research also shows that heat exchanger is the critical one for the
performance improvement of the modified non-catalytic process.
Key words: first law of thermodynamics, second law of thermodynamics, energy
ratio, exergy efficiency, catalytic, noncatalytic.

iii

RINGKASAN
RISWANTI SIGALINGGING. Analisis Energi dan Eksergi pada Proses
Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil). Dibimbing oleh
ARMANSYAH H. TAMBUNAN dan SRI ENDAH AGUSTINA.
Biodiesel merupakan sumber energi terbarukan yang berasal dari bahan
baku nabati, seperti CPO. Biodiesel dapat diproduksi dengan dua cara, yaitu
dengan menggunakan katalis (katalitik) dan tanpa katalis (non-katalitik). Untuk
mengkonversi CPO menjadi biodiesel dibutuhkan sejumlah energi. Oleh karena
itu, analisis rasio energi dan energi yang dibutuhkan untuk memproduksi per
kilogram biodiesel perlu dilakukan, sehingga dapat diketahui cara produksi mana
yang terbaik. Dalam penelitian ini dilakukan analisis eksergi sebagai alat untuk
mengetahui besarnya energi yang tidak termanfaatkan (eksergi yang hilang)
setiap proses. Analisis ini merupakan aplikasi dari hukum termodinamika
pertama dan hukum termodinamika kedua, sehingga disain sistem proses dapat
diperbaiki guna pengembangan teknologi proses produksi biodiesel. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa rasio energi dan energi yang dibutuhkan per
kilogram biodiesel, pada proses produksi biodiesel non-katalitik dengan sistem
proses yang sudah dimodifikasi adalah masing-masing sebesar 1,00 dan 39,63
MJ/kg, sedangkan proses katalitik masing-masing adalah sebesar 0,98 dan 41,05
MJ/kg. Sementara itu, efisiensi eksergi dan eksergi yang hilang pada proses
produksi biodiesel non-katalitik dengan sistem proses yang sudah dimodifikasi
adalah sebesar 94,43 % dan 3665,08 MJ, sedangkan pada proses produksi
biodiesel secara katalitik adalah 98,23 % dan 1175,75 MJ. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa proses produksi non-katalitik dengan sistem proses yang
sudah dimodifikasi adalah lebih baik dalam hal rasio energi dan energi yang
dibutuhkan untuk memproduksi per kilogram biodiesel. Akan tetapi, efisiensi
eksergi perlu ditingkatkan dengan melakukan penelitian lebih lanjut khususnya di
reaktor dan APK-2, sehingga eksergi yang hilang ke lingkungan dapat
diminimalisasi.
Keywords : hukum termodinamika pertama, hukum termodinamika kedua, rasio
energi, efisiensi eksergi, katalitik, non-katalitik.

iv

© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008
Hak cipta dilindungi Undang-undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB

v

ANALISIS ENERGI DAN EKSERGI PADA PRODUKSI
BIODIESEL BERBAHAN BAKU CPO (Crude Palm oil)

RISWANTI SIGALINGGING

Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

vi

Judul Tesis
Nama
NRP

: Analisis Energi dan Eksergi pada Produksi Biodiesel
Berbahan Baku CPO (Crude Palm oil)
: Riswanti Sigalingging
: F151060101

Disetujui,
Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Armansyah H. Tambunan
Ketua

Ir.Sri Endah Agustina, MS
Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Armansyah H. Tambunan Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S

Tanggal Ujian : 19 Agustus 2008

Tanggal Ujian:

vii

KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan tesis yang berjudul “ Analisis Energi dan Eksergi pada
Proses Produksi Biodiesel Berbahan Baku CPO (crude palm oil)”.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr sebagai pembimbing pertama
dan Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian (Koordinator Mayor),
yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini.
2. Ir. Sri Endah Agustina, M.S sebagai pembimbing kedua, yang telah memberi
nasehat dan bimbingan selama ini.
3. Department of Global Agricultural Sciences The University of Tokyo, Jepang
yang telah memberikan alat proses produksi biodiesel non-katalitik.
4. BPPT dan seluruh karyawan BPPT khususnya Pak Sonni Sulistiawan, mbak
Rani, Adi, Luthfi dan mbak novi, yang bersedia memberikan informasi data
proses produksi biodiesel katalitik.
5. Tamaria Panggabean, Farry Aprilliano, Lilik Tri Mulyantara, Diswandi
Nurba, Deni Hendarto, I Putu Surya, Susanto Budi, dan Warji yang
merupakan teman-teman satu angkatan penulis di Program Magister IPB.
6. Firman, Darma dan Pak Harto yang telah membantu dalam pengambilan data.
7. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas peranannya
sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.
Semoga Tuhan YME memberikan balasan dan manfaat atas segala bantuan moril
materil, nasehat dan ilmu yang diberikan.
Penulis menyadari bahwa isi dari tesis ini sangat jauh dari sempurna. Oleh
karena itu saran dan kritik sangat penulis harapkan agar lebih menambah
khazanah pengetahuan penulis. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini
dapat bermanfaat. Amin.

Bogor,

Agustus 2008

Riswanti Sigalingging

viii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Rawang Lama Kisaran pada tanggal 07 Mei 1980 dari
ayah R. Sigalingging dan Ibu R. Marbun. Penulis merupakan putri kedua dari
lima bersaudara.
Penulis telah menyelesaikan pendidikan program sarjana (S1) pada tahun
2003 di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas
Pertanian, Universitas Sumatera Utara. Pada tahun 2006 penulis diterima di
Sekolah Pascasarjana Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Penulis saat ini sebagai tenaga pengajar di Prosus INTEN (Institut
Teladan), Jakarta.

ix

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI .................................................................................................. ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xv
DAFTAR SIMBOL ...................................................................................... xvi
I.

PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ................................................................................... 4
1.3 Manfaat Penelitian ................................................................................. 4

II.

TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5
2.1 Proses Produksi Biodiesel ...................................................................... 5
2.1 Konsep Energi dan Eksergi .................................................................. 12

III. METODOLOGI PENELITIAN .............................................................. 17
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................... 17
3.2 Alat dan Bahan Penelitian .................................................................... 17
3.3 Prosedur Penelitian ............................................................................... 17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 24
4.1 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel ........................................... 24
4.1.1 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel Secara Non-katalitik . 24
4.1.2 Analisis Energi Proses Produksi Biodiesel Secara Katalitik ........ 30
4.2 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel .......................................... 36
4.2.1 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel Secara Non-katalitik 36
4.2.2 Analisis Eksergi Proses Produksi Biodiesel Secara Katalitik ....... 50
V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 77
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 77
5.2 Saran .................................................................................................... 77

x

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 78
LAMPIRAN ..................................................................................................... 82

xi

DAFTAR TABEL

Halaman
1

Perkiraan kebutuhan bahan bakar minyak (dalam juta liter) ..................... 1

2

Target Pemanfaatan bahan bakar bio (dalam juta kilo liter) ..................... 1

3

Kelebihan dan kelemahan proses produksi biodiesel katalitik dan nonkatalitik ................................................................................................... 11

4

Titik didih tiap komponen bahan ............................................................. 14

5

Titik didih normal fatty acid dan FAME................................................. 14

6

Keseimbangan massa produksi biodiesel secara non-katalitik skala
laboratorium............................................................................................ 25

7

Energi panas yang dibutuhkan pada proses produksi non-katalitik skala
laboratorium............................................................................................ 26

8

Keseimbangan massa pada proses produksi biodiesel secara nonkatalitik skala 1 ton ................................................................................. 26

9

Energi panas yang dibutuhkan pada proses produksi biodiesel nonkatalitik skala 1 ton/jam .......................................................................... 27

10 Energi listrik yang dibutuhkan pompa untuk mengalirkan minyak dan
metanol ................................................................................................... 27
11 Efektivitas APK pada proses produksi biodiesel skala scale-up ............... 29
12 Energi panas total yang dibutuhkan pada proses produksi biodiesel baik
dengan skala laboratorium, scale-up maupun sistem yang sudah
dimodifikasi ............................................................................................ 30
13 Keseimbangan massa pada proses produksi biodiesel secara katalitik ...... 31
14 Energi panas yang dibutuhkan pada proses produksi biodiesel secara
katalitik ................................................................................................... 32
15 Energi listrik yang dibutuhkan pompa dan elektromotor pada produksi
biodiesel katalitik .................................................................................... 32
16 Kandungan energi bahan umpan dan produk pada proses produksi
biodiesel secara non-katalitik dan katalitik .............................................. 33

xii

17 Energi input dan output per kilogram produksi biodiesel ........................ 33
18 Rasio energi proses produksi biodiesel secara non-katalitik dan katalitik . 33
19 Ringkasan hasil analisis energi proses produksi biodiesel non-katalitik
dan proses produksi katalitik ................................................................... 35
20 Fluida yang mengalir tiap-tiap alat penukar kalor (APK) ......................... 41
21 Eksergi fluida yang mengalir tiap-tiap alat penukar kalor (APK) ............. 41
22 Eksergi input, output, dan eksergi yang hilang serta efisiensi eksergi ...... 42
23 Data massa dan suhu fluida input dan output di reaktor ........................... 48
24 Efisiensi eksergi yang tertinggi dengan pemberian energi panas pada
heater terkecil ......................................................................................... 48
25 Efisiensi eksergi dengan peningkatan pemberian energi panas pada
reaktor .................................................................................................... 49
26 Data massa dan suhu fluida input dan output di MMT ............................. 52
27 Efisiensi eksergi dengan peningkatan pemberian energi panas pada
stasiun MMT........................................................................................... 53
28 Efisiensi eksergi yang tertinggi dengan pemberian energi panas pada
heater terkecil ......................................................................................... 53
29 Data massa dan suhu fluida input dan output di reaktor ........................... 58
30 Efisiensi eksergi yang tertinggi dengan pemberian energi panas pada
heater terkecil ......................................................................................... 58
31 Efisiensi eksergi dengan peningkatan pemberian energi panas pada
reaktor .................................................................................................... 59
32 Data massa dan suhu fluida input dan output di WT ................................ 65
33 Efisiensi eksergi yang tertinggi dengan pemberian energi panas pada
heater terkecil ......................................................................................... 65
34 Efisiensi eksergi dengan peningkatan pemberian energi panas pada
stasiun WT .............................................................................................. 66
35 Data massa dan suhu fluida input dan output di VDT................................. 72
36 Efisiensi eksergi yang tertinggi dengan pemberian energi panas pada
heater terkecil ......................................................................................... 72
37 Efisiensi eksergi dengan peningkatan pemberian energi panas pada
stasiun WT .............................................................................................. 73

xiii

38 Eksergi kimia bahan baku proses non-katalitik pada suhu 300 K dan
tekanan 1 atm .......................................................................................... 74
39 Eksergi kimia bahan baku proses katalitik pada suhu 300 K dan tekanan
1 atm ....................................................................................................... 74
40 Eksergi dan efisiensi total proses produksi biodiesel non-katalitik ........... 75
41 Eksergi dan efisiensi total proses produksi biodiesel katalitik .................. 75
42 Ringkasan hasil analisis eksergi proses produksi biodiesel non-katalitik
dan proses produksi katalitik ................................................................... 76

xiv

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1

Persamaan reaksi transesterifikasi ........................................................... 6

2

Persamaan reaksi esterifikasi ................................................................... 7

3

Persamaan reaksi saponifikasi/pembentukan sabun ................................. 7

4

Persamaan reaksi proses pembentukan NaOH ......................................... 8

5

Alur pelaksanaan penelitian proses produksi biodiesel katalitik dan
non-katalitik ............................................................................................ 18

6

Langkah-langkah proses analisis eksergi ................................................. 22

7

Diagram alir pada proses non-katalitik skala laboratorium....................... 24

8

Diagram

alir

proses

produksi

biodiesel

secara

non-katalitik

termodifikasi ........................................................................................... 29
9

Aliran keseimbangan massa pada proses produksi katalitik ..................... 30

10 Diagram aliran fluida dalam APK ........................................................... 37
11 Diagram aliran fluida dalam reaktor ........................................................ 44
12 Diagram aliran fluida dalam MMT .......................................................... 50
13 Diagram aliran fluida dalam reaktor ........................................................ 54
14 Diagram aliran fluida dalam WT ............................................................. 60
15 Diagram aliran fluida dalam VDT ........................................................... 68

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
1

Tabel struktur kimia asam lemak (fatty acids) dan perhitungan berat
molekul ................................................................................................... 83

2

Tabel Berat molekul ................................................................................ 84

3

Gambar production plant dan diagram alir proses non-katalitik ............... 85

4

Prosedur kerja proses produksi non-katalitik ........................................... 86

5

Gambar production plant proses produksi biodiesel katalitik ................... 87

6

Gambar keseimbangan massa produksi biodiesel proses katalitik ............ 88

7

Prosedur kerja proses produksi biodiesel katalitik ................................... 89

8

Keseimbangan massa proses produksi biodiesel katalitik......................... 90

9

Keseimbangan massa proses produksi biodiesel katalitik......................... 91

10 Keseimbangan massa proses produksi biodiesel katalitik......................... 92
11 Keseimbangan massa proses produksi biodiesel katalitik......................... 93
12 Berat molekul, massa jenis dan panas jenis sebagai data-data
pendukung dalam perhitungan analisis energi dan eksergi ....................... 94
13 Panas penguapan dan pembentukan sebagai data-data pendukung dalam
perhitungan analisis energi dan eksergi ................................................... 95
14 Perhitungan pindah panas dalam BCR proses produksi non-katalitik ....... 96

xvi

DAFTAR SIMBOL
Satuan
Cp

Panas jenis

(kJ/kg oC)

ech

Standar eksergi kimia

(kJ/mol)

eph

Standar eksergi fisika

(kJ/mol)

E

Energi total

(kJ)

Ec

Energi content

(kJ/kg)

Eout

Energi output

(kJ)

Ein

Energi input

(kJ)

Eproses

Energi panas dan energi listrik

(kJ)

Epanas

Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
dan perubahan fase bahan umpan dan produk

(kJ)

Elistrik

Energi yang dibutuhkan pompa dan elektromotor

(kJ)

EMeOH

Kandungan energi metanol yang habis bereaksi
dengan TG

(kJ)

EOil

Kandungan energi CPO

(kJ)

EFAME

Kandungan energi biodiesel

(kJ)

Ėch

Eksergi kimia

(kJ)

Ėk

Eksergi kinetik

(kJ)

Ėp

Eksergi potensial

(kJ)

Ėph

Eksergi fisika

(kJ)

ĖD

Eksergi destructioan

(kJ)

gF

Gibbs free energi

(kJ/mol)

hfg

Panas laten penguapan

(kJ/kg)

H

Entalpi

(kJ)

m

Laju massa

(kg/s)

N

Fraksi molar

(mol)

P

Daya listrik

(watt)

Pi

Tekanan

(Pa)

Q

Energi panas atau listrik

(kJ/kg)



xvii

R

Tetapan gas

(kJ/kmol K)

RE

Rasio energi

(-)

s

Entropi

(kJ/K)

Sgen

Entropi generasi (pembentukan)

(kJ/K)

T

Suhu proses

(oC)

To

Suhu ambient

(oC)

U

Energi dalam

(kJ)

ν

Kecepatan aliran

(m/s)

V

Volume

(m3)

w

massa bahan yang berubah fase

(kg)

W

Kerja

(kJ)

y

Jumlah mol

(mol)

ηx

Efisiensi eksergi

(%)

1

I.

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Konsumsi bahan bakar diesel baik di sektor transportasi maupun industri
semakin meningkat. Hal ini dapat terlihat dari perkiraan kebutuhan bahan bakar
minyak yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Perkiraan kebutuhan bahan bakar minyak (dalam juta liter)
Solar
(diesel oil)
Kebutuhan
Subtitusi 5 %
Subtitusi 10 %

Tahun
2007
30,40
1,52
3,04

Tahun
2010
34,89
1,74
3,48

Premium
(gasoline)
Kebutuhan
Subtitusi 5 %
Subtitusi 10 %

Tahun
2007
33,34
1,67
3,34

Tahun
2010
38,27
1,91
3,82

Sumber : DJLPE, 2006

Untuk mengatasi krisis energi yang sedang dihadapi negara kita
pemerintah telah mengeluarkan berbagai peraturan dan kebijakan antara lain BPPEN 2005-2025 dan Perpres No.5, 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional.
Dalam BP-PEN 2025, dengan skenario konservasi, diperkirakan Indonesia akan
membutuhkan sekitar 3 Milyar SBM (Setara Barrel Minyak) untuk mendukung
pertumbuhan penduduk dan pertumbuhan ekonomi yang diperkirakan berada pada
tingkat 7 %/tahun. Dalam Perpres No.5, 2006, peranan sumber-sumber energi
terbarukan (SET) mulai ditingkatkan, dimana bahan bakar bio (bio-fuel)
ditargetkan pada tahun 2025 akan mencapai minimal 5% dari total kebutuhan
energi nasional, panas bumi minimal 5% dan sumber energi terbarukan lainnya 7
%. Sumber BP-PEN memisahkan batasan energi terbarukan yang diperoleh dari
biomassa dengan bahan bakar bio yang diistilahkan dengan bahan bakar nabati
(BBN). Target pemanfaatan bahan bakar tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2 Target Pemanfaatan bahan bakar bio (dalam juta kilo liter)
Target subtitusi
Biodiesel (pengganti solar)
Bioethanol (pengganti bensin)
Biokerosene (pengganti minyak tanah)
Minyak bakar (pengganti fuel oil)
Total
Sumber : DJLPE, 2006

Tahun
2010
2,41
1,48
0,96
0,4
5,25

Tahun
2015
3,18
1,95
1,27
0,53
6,93

Tahun
2020
4,60
2,83
1,83
0,76
10,02

Tahun
2025
10,22
6,28
4,07
1,69
22,26

2

Tabel 2 menunjukkan bahwa target yang paling besar adalah biodiesel.
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan (renewable),
dengan komposisi ester asam lemak dari minyak nabati seperti: minyak kelapa
sawit, minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak biji kapuk, dan masih ada lebih
dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan biodiesel.
Khusus untuk produksi biodiesel, di Indosesia bahan baku yang paling berpotensi
adalah minyak kelapa sawit CPO (Crude Palm oil), karena Indonesia adalah salah
satu negara eksportir terbesar di dunia. Dengan pengelolaan yang baik,
pembukaan lahan baru kelapa sawit untuk memhasilkan bahan baku biodiesel
tidak perlu dilakukan.
Sehubungan dengan pentingnya pengembangan biodiesel di Indonesia,
pada tanggal 25 Januari 2006 pemerintah telah mengeluarkan Inpres No.1 tahun
2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati sebagai bahan
bakar lain dan Badan Standardisasi Nasional (BSN) juga telah menetapkan
standar biodiesel Indonesia yaitu SNI 04-7182-2006.
Saat ini biodiesel dapat diproduksi dengan dua cara, yaitu dengan cara
katalitik dan non-katalitik. Kedua cara ini memiliki kelemahan dan kelebihan
masing-masing. Hal tersebut harus diperhatikan dalam pemilihan teknologi yang
akan diterapkan kelak. Pembuatan biodiesel secara katalitik membutuhkan katalis
sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi, sehingga alur proses ini cukup
panjang, karena membutuhkan pencucian produk untuk menghilangkan kotoran
dan katalis yang masih terdapat pada produk. Selain itu Indonesia juga bukan
negara penghasil katalis. Oleh karena itu, Indonesia harus mengimport katalis dari
negara lain dengan kata lain Indonesia masih tergantung pada negara lain.
Pembuatan biodiesel secara non-katalitik tidak memerlukan katalis, sehingga alur
proses lebih sederhana. Akan tetapi, suhu reaksi pada reaktor sangat tinggi
dibandingkan proses produksi katalitik. Penelitian tentang biodiesel telah banyak
dilakukan baik di dalam maupun di luar negeri (Mittelbach dan Remschmidt,
2004, Prakoso, et al., 2005). Proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik telah
dilaporkan oleh beberapa peneliti yaitu Diasakou, et al. (1998), Saka dan
Kusdiana, (2001), Demirbas, (2002), Dasari, et al. (2003), Hengwen Han, et al.
(2005), dan Joelianingsih, et al. (2007).

3

Pada proses produksi biodiesel efisiensi energi merupakan faktor penting
dalam pemilihan teknologi peralatan maupun pemilihan proses yang akan
diterapkan. Hal ini dapat dilakukan dengan melihat rasio energi dan efisiensi
eksergi dari masing-masing proses produksi (non-katalitik atau katalitik). Rasio
energi merupakan perbandingan antara nilai kalor (kandungan energi) biodiesel
dengan kandungan energi bahan umpan dengan energi yang dibutuhkan pada saat
proses seperti energi panas dan energi listrik. Untuk memproduksi biodiesel
tersebut diperlukan sejumlah energi, untuk itu perlu diketahui berapa jumlah
energi yang dibutuhkan dan berapa besar energi yang termanfaatkan (eksergi)
selama proses produksi, sehingga dapat dikembangkan proses produksi biodiesel
yang lebih hemat energi. Hal ini bisa tercapai jika diterapkan suatu proses
produksi biodiesel yang menggunakan energi seefisien mungkin. Ketika energi
yang diberikan untuk menghasilkan per kilogram biodiesel dimanfaatkan
sedemikian rupa, maka energi yang hilang dapat diminimalisasi.
Energi yang terbentuk dari proses reaksi kimia pada saat pencampuran
antara trigliseriga (TG) dengan metanol (MeOH) perlu diperhitungkan sebagai
energi input. Besarnya energi yang dibutuhkan akan mempengaruhi rasio energi
dan efisiensi eksergi pada produksi biodiesel tersebut, dimana pada setiap proses
produksi diharapkan energi yang terkandung di dalam biodiesel harus lebih besar
dibanding dengan energi yang dibutuhkan.
Hukum termodinamika kedua menjelaskan bahwa setiap proses akan
berlangsung secara spontan ke arah keseimbangan dengan lingkungannya. Oleh
sebab itu, kondisi lingkungan dapat dianggap sebagai dead state, karena segala
sesuatu yang telah mencapai keadaan dead state tidak dapat berubah lagi secara
spontan. Dengan kata lain, energi yang terkandung pada suatu sistem yang berada
pada keadaan dead state tidak dapat dimanfaatkan lagi. Berdasarkan hukum
tersebut, beda kandungan energi suatu sistem pada kondisi tertentu dengan
kandungan energi pada kondisi dead state adalah jumlah energi yang dapat
dimanfaatkan (available energy) istilah available energy adalah exergy
(extractable energy). Secara umum, exergy dapat didefinisikan sebagai energi
minimum yang diperlukan agar suatu proses dapat berlangsung, atau energi
maksimum yang dapat diperoleh dari suatu sumber energi.

4

Analisis eksergi sangat tepat dilakukan untuk mengetahui setiap stasiun
yang memungkinkan energi yang hilang dapat diperkecil, karena tujuan dari
analisis eksergi adalah untuk mengetahui besar energi yang dimanfaatkan dalam
suatu proses produksi. Analisis ini merupakan aplikasi dari hukum termodinamika
pertama dan hukum termodinamika kedua yang memperhitungkan ireversibilitas
yang terjadi pada sistem. Dengan analisis eksergi diharapkan dapat diketahui di
lokasi atau bagian mana yang memiliki efisiensi eksergi yang rendah yang
mungkin masih bisa ditingkatkan efisiensi ekserginya dengan memperhatikan
disain proses produksi setiap stasiun. Wall, (2003) mengungkapkan, dengan
mengetahui energi maksimal yang dapat dihasilkan oleh suatu sistem
termodinamika, dapat ditentukan energi minimal yang perlu disuplai pada sistem
tersebut.
Pada penelitian ini dilakukan analisis energi dan eksergi terhadap setiap
stasiun pada proses produksi biodiesel dengan katalitik dan non-katalitik,
sehingga dapat dikembangkan proses produksi yang lebih hemat energi.
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1.

Mengetahui rasio energi pada proses produksi biodiesel dengan cara katalitik
dan non-katalitik

2.

Mengetahui efisiensi eksergi dan eksergi yang hilang (exergy loss) setiap
mata rantai proses produksi biodiesel

1.3 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang proses
produksi biodiesel dengan efisiensi dan efektivitas penggunaan energi yang
terbaik, khususnya dalam rangka pemilihan sistem produksi secara katalitik atau
non-katalitik.

5

II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Produksi Biodiesel
Biodiesel dapat diproduksi dengan bantuan katalis atau secara katalitik dan
tanpa bantuan katalis atau secara non-katalik. Katalis yang bisa digunakan dalam
reaksi dapat digolongkan kedalam tiga jenis yaitu katalis enzim, katalis asam, dan
katalis basa. Contoh dari katalis basa yang biasa digunakan adalah natrium
hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH), contoh katalis asam adalah
asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H3PO4), contoh katalis enzim adalah lipase.
Jenis katalis yang digunakan tergantung dari kandungan FFA (Free Fatty Acid)
dalam minyak/lemak. Katalis basa biasa digunakan untuk minyak/lemak dengan
kandungan FFA 5 %, sedangkan katalis asam untuk minyak/lemak dengan
kandungan FFA lebih dari 5 % (Joelianingsih et al., 2007).
Dalam pembuatan biodiesel dengan katalis, alkohol dengan jumlah atom
karbon lebih banyak membutuhkan suhu yang lebih tinggi agar dapat dicapai
konversi optimum (Freedman et al., 1984 di dalam Knothe, 2004). Molar rasio
antara minyak dengan metanol tergantung dari katalis yang digunakan.
Stokiometri reaksi menunjukkan jumlah metanol yang dibutuhkan adalah tiga mol
per satu mol trigliserida (TG). Agar reaksi dapat bergeser ke kanan maka
digunakan metanol yang berlebih, karena proses reaksi antara TG dengan metanol
berlangsung secara bolak-balik.
Proses pembuatan biodiesel dengan katalis dimulai dengan reaksi
transesterifikasi, pengembalian metanol yang tidak bereaksi, pemurnian metil
ester dari katalis, pemisahan gliserol yang merupakan produk sampingan.
Pemurnian menggunakan air dengan cara pencucian berulang, sehingga proses ini
lebih boros air. Reaksi pembuatan biodiesel dengan katalis mempunyai kelebihan
reaksi dapat berjalan lebih cepat sedangkan kekurangannya adalah diperlukannya
proses yang panjang untuk memurnikan produk dan perlu pengadukan yang kuat
dalam dalam reaksi karena metanol susah larut dalam minyak (Kusdiana dan
Saka, 2001).
Reaksi kimia yang terjadi dalam pembuatan biodiesel merupakan
transesterifikasi dan esterifikasi. Reaksi transesterifikasi adalah proses yang

6

mereaksikan trigliserida dalam minyak dengan alkohol (metanol)

dan

menghasilkan fatty acid metil ester (FAME) yang sering disebut dengan istilah
biodiesel dan gliserol. Pers. reaksi transesterifikasi diperlihatkan secara
keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 1, dimana R1 , R2, R3 : hidrokarbon rantai
panjang dari asam lemak. Ada tiga tahapan yang terjadi pada reaksi
transesterifikasi sebelum terbentuknya GL. Tahapan pertama adalah TG bereaksi
dengan metanol akan membentuk digliserida (DG) dan FAME seperti yang
ditunjukan pada Pers. (1.2), kemudian DG bereaksi kembali dengan metanol
menghasilkan monogliserida dan FAME seperti yang ditunjukkan Pers. (1.3), dan
selanjutnya MG bereaksi dengan metanol menghasilkan GL dan FAME, sehingga
Persamaan reaksi keseluruhan ditunjukkan pada Pers. (1.1). Sedangkan
esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan
alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan FAME dan air.
Persamaan reaksi esterifikasi diperlihatkan pada Gambar 2, dimana R merupakan
hidrokarbon rantai panjang asam lemak.
O

O

║

║

CH2 - O- C-R1

CH3 -O- C-R1

|

O

O

CH2-OH

|

║

║

|

CH-O - C-R2

+

3 CH3OH

CH3-O-C-R2 +

CH-OH

|

O

O

|

|

║

║

CH2-OH

CH2 - O-C-R3
TG

CH3 –O-C-R3
3 MeOH

3FAME

GL .......(1.1)

Gambar 1 Persamaan reaksi transesterifikasi

TG

+

CH3OH

↔

DG

+

CH3COOR1 …..………. …(1.2)

DG

+

CH3OH

↔

MG

+

CH3COOR2 ...…………….(1.3)

7

MG

+

CH3OH

↔

GL

+

CH3COOR3 ………………(1.4)

Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika nabati mengandung
FFA di atas 5 %. Jika minyak berkadar FFA tinggi (> 5 %) langsung
ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan bereaksi dengan katalis
membentuk sabun, seperti yang diperlihatkan Persamaan reaksi pada Gambar 3.

R-C-O-H

O

O

║

║

+

FFA

CH3OH

R-C-O-CH3

Metanol

Metil Ester

+

H2O
air

Gambar 2 Persamaan reaksi esterifikasi

O

O

║

║

R-C-O-H
FFA

+

NaOH
Natrium Hidroksida

R - C-O- Na+

+

Sabun

H2O
air

Gambar 3 Persamaan reaksi saponifikasi/pembentukan sabun

Katalis NaOH yang digunakan sebagai katalisator pada proses produksi
biodiesel secara katalitik akan terbentuk kembali pada saat terjadi proses
pencucian seperti yang ditunjukkan Gambar 4. Akan tetapi, pada kenyataannya
NaOH 100 % tidak kembali kebentuk semula, hal ini disebabkan adanya proses
reaksi pembentukan sabun seperti yang ditunjukkan Gambar 3. FFA yang
dikandung minyak akan bereaksi dengan NAOH akan menghasilkan sabun dan
air.

8

Gambar 4 Persamaan reaksi proses pembentukan NaOH
Dalam reaksinya, metanol akan menggantikan asam lemak dari trigliserida
untuk membentuk FAME. Pertukaran ester dapat terjadi dengan atau tanpa katalis,
tergantung suhu. Pada suhu 250 ºC atau lebih reaksi dapat terjadi tanpa katalis.
Transesterifikasi membutuhkan kondisi yang bebas air karena adanya air dapat
menyebabkan reaksi berubah menjadi hidrolisis (Joelianingsih et al., 2007).
Proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik mempunyai beberapa
kelebihan diantaranya adalah tidak memerlukan penghilangan FFA dengan cara
refining atau pra-esterifikasi. Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi dapat
berlangsung dalam satu reaktor sehingga minyak dengan kadar FFA tinggi dapat
langsung digunakan (Joelianingsih et al., 2007). Selain itu karena tanpa
menggunakan katalis, proses pemisahan dan pemurnian produk menjadi lebih
sederhana dan ramah lingkungan. Namun proses non-katalitik biasanya
menggunakan metanol sangat berlebih dengan suhu dan tekanan operasi lebih
tinggi bila dibandingkan dengan proses katalitik bahkan beberapa peneliti
melakukan percobaan pada kondisi superkritik metanol (350 – 500o C, 19 – 105
MPa). Dasari, et al., (2003) mempelajari kinetika reaksi non-katalitik dari minyak
kedelai menggunakan reaktor logam yang permukaan/ dinding dalamnya bersifat

9

katalitik pada suhu moderat (120-180o C) namun yield metil ester yang dihasilkan
sangat kecil yaitu 12,41% pada 180o C dengan waktu reaksi 32 jam.
Kusdiana dan Saka, (2001) melakukan pembuatan biodiesel dengan bahan
baku minyak rapeseed dimana metanol berada dalam kondisi superkritik, hasil
terbaik diperoleh dalam kondisi produksi biodiesel pada suhu 350 oC dan molar
ratio metanol terhadap minyak 42. Penelitian lain tentang pembuatan biodiesel
secara non-katalitik dengan metanol superkritis juga dilakukan oleh Diasakou et
al., (1998), Demirbas (2001), Dasari et al., (2003), Warabi et al., (2004), Han et
al., (2005).
Penggunaan reaktor bertekanan tinggi selain memerlukan investasi (harga
reaktor) dan biaya produksi tinggi juga beresiko membahayakan keamanan dan
keselamatan karena menjadi lebih mudah meledak (eksplosif), sehingga untuk
diterapkan pada skala komersial masih perlu dipertimbangkan. Untuk itu perlu
dikembangkan proses non-katalitik yang lebih murah dan aman, sehingga
dibutuhkan alternatif lain dalam proses biodiesel yaitu dengan menggunakan
reaktor kolom gelembung (bubble column reactor). Reaktor ini digunakan untuk
reaksi antara gas-liquid. Kelebihan dari reaktor tipe ini adalah konstruksi
sederhana, biaya operasi murah, efisiensi energi tinggi, pindah panas dan pindah
massa terjadi dengan baik (Mouza et al., 2004).
Yamazaki, et al., (2007) mempelajari proses pembuatan biodiesl non–
katalitik dari minyak bunga matahari menggunakan reaktor kolom gelembung
(bubble column reactor) yang dilengkapi pengaduk. Reaktor ini beroperasi secara
semi-batch dengan cara mengalirkan gas metanol ke dalam reaktor yang berisi
minyak nabati dalam jumlah tertentu. Penelitian ini mempelajari pengaruh suhu
reaksi ( 250, 270, 290, 310, 340o C ), laju alir umpan metanol ( 0,6 ; 0,9 ; 5
mL/menit ), tekanan operasi ( 0,1 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 5 Mpa ), kecepatan pengadukan
( 300, 700, 1000 rpm ) dan volume awal minyak (150, 200, 250 mL) terhadap laju
alir massa (g/menit) metil ester dalam produk gas keluar reaktor. Hasil penelitian
menunjukkan kondisi optimum diperoleh pada suhu reaksi 290oC dan tekanan 0,1
MPa (1 bar). Semakin besar laju alir metanol dan volume awal minyak serta
makin kecil kecepatan pengadukan akan memperbesar laju alir massa metil ester
pada produk gas keluar reaktor. Interface (bidang antar permukaan) antara

10

gelembung metanol dan cairan (minyak) di sekitarnya sangat berpengaruh
terhadap hasil reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa makin besar interface area dan
semakin lama waktu tinggal gelembung metanol dalam fase cair (minyak) akan
memperbesar laju reaksi. Joelianingsih, et al., (2006), melaporkan tentang kinetika
reaksi transesterifikasi non-katalitik dari minyak sawit pada tekanan atmosferik
secara semi-batch. Pengaruh suhu reaksi ( 250, 270 dan 290o C) terhadap
konstanta laju dan konversi reaksi transeseterifikasi diamati pada laju alir umpan
metanol 4 gr/menit dengan massa minyak mula-mula 200 gram. Reaksi kimia
berlangsung di bidang antar permukaan antara gelembung metanol dan minyak
nabati. Produk reaksi dalam fase uap dikeluarkan dari atas dan dikondensasikan.
Selanjutnya metanol yang tidak bereaksi diuapkan sehingga diperoleh biodiesel
dan gliserol sebagai produk samping.
Waktu yang diperlukan untuk mencapai konversi sempurna (semua minyak
bereaksi menjadi metil ester) adalah 7,25 jam pada suhu 290 o C. Waktu reaksi ini
7 kali lebih besar dibandingkan dengan proses katalitik denga