Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Bahan Bakar Campuran Pertadex dengan Biodiesel Dedak Padi
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel
2.1.1 Sejarah Biodiesel
Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia
II sebagai bahan bakar kendaraan berat.
Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan
bahan bakar sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr, Rudolf Cristian Karl Diesel
(Jerman, 1858-1913) mengembangkan mesin kompresi pertama yang secara
Semakin besar penambahan campuran % biodiesel Nilai Daya , Efisiensi Volumetris,
Efisiensi Thermal aktual dan Heat Loss cenderung menurun, sementara laju aliran bahan
baar (mf) dan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) Cenderung meningkat.zkhusus
dijalankan dengan minyak tumbuh-tumbuhan. Mesin diesel atau biasa juga
disebut Compression Ignition Engine yang ditemukannya itu merupakan suatu
mesin motor penyalaan yang mempunyai konsep penyalaan di akibatkan oleh
kompresi atau penekanan udara hingga mencapai kondisi titik nyala bahan bakar,
sehingga ketika bahan bakar di semprotkan terjadi ledakan pada ruang bakar.
Minyak pertama yang digunakan untuk mesin diesel yang dibuat oleh Dr.
Rudolf Christian Karl Diesel tersebut berasal dari minyak sayuran. Tetapi karena
pada saat itu produksi minyak bumi (petroleum) sangat melimpah dan murah,
maka bahan bakar mesin tersebut diganti menjadi bahan bakar solar dari minyak
bumi.
Biodiesel merupakan metil/etil ester yang diproduksi dari minyak
tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan
bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari
pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed) yang kemudian
disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak
lemak mentah.
Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar
posfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas dengan netralisasi dan steam
refining disebut denngan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO), SVO
Universitas Sumatera Utara
didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat
tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat). Oleh karena itu,
penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan
modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan
pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan injektor bahan bakar untuk
menurunkan harga viskositas. Viskositas (kekentalan) bahan bakar yang sangat
tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke
ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya
atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung
dengan kualitas pembakaran, daya mesin.
Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi
bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi
permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada
mesin diesel. Pada umumnya orang lebih memilih untuk melakukan proses
kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil /SVO untuk menghasilkan
metal ester asam lemak (fatty acid methyl ester- FAME) yang memiliki berat
molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung
digunakan dalam mesin diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari
refined vegetable oil menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada
dasarnya bertujuan mengubah gliserida dengan berat molekul dan viskositas tinggi
yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak metal ester
(FAME).
Biodiesel mentah (kasar) yang dihasilkan proses transesterifikasi minyak
biasanya masih mengandung sissa-sisa katalis, methanol, gliserol. Untuk
memurnikannya biodiesel mentah tersebut dicuci dengan air hangat, sehingga
pengotor-pengotor tersebut larut ke dalam dan terbawa oleh fase air pencuci yang
selanjutnya dipisahkan.
2.1.2 Biodiesel Dedak Padi
Biodiesel merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari
pengolahan tumbuhan) di samping Bio-etanol. Biodiesel adalah senyawa alkil
ester yang diproduksi melalui proses alkoholisis (transesterifikasi) antara
trigliserida dengan methanol atau etanol dengan bantuan katalis basa menjadi alkil
Universitas Sumatera Utara
ester dan gliserol, atau esterifikasi asam-asam lemak bebas dengan methanol atau
etanol dengan bantuan katalis basa menjadi senyawa alkil ester dan air.
Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan
bahan bakar fosil sebagai sumber energy transportasi utama dunia, karena
biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel
petrol dimesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan
infrastruktur yang ada sekarang ini.
Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya :
•
Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih
baik (free sulphur, smoke number rendah)
•
Tidak beracun
•
Memiliki sifat pelumasan yang lebih baik dari bahan bakar diesel
konvensional
•
Dapat digunakan tanpa menggunakan modifikasi mesin
•
Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik
dibandingkan dengan minyak kasar
•
Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin
•
Dapat terurai (biodegradable)
•
Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat
diperbaharui
•
Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi
secara local.
Adapun kelemahan dari biodiesel adalah:
•
Biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari bahan pangan seperti
minyak sawit, kacang kedelai, buah alpukat, jagung, buah singkong, dan
lain-lain,
sehingga
dapat
menyebabkan
kekurangan
pangan
dan
meningkatnya harga bahan pangan
•
Biodiesel lebih rentan terhadap kontaminasi air dibandingkan dengan
diesel konvensional, hal ini dapat menyebabkan korosi pada mesin.
•
Harga pembuatan biodiesel cenderung lebih mahal dibanding dengan
diesel konvensional.
Universitas Sumatera Utara
Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan
dengan solar adalah sebagai berikut:
•
Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100%
•
Emisi sulfur dioksida berkurang 100%
•
Emisi debu berkurang 40-60%
•
Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50 %
•
Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%
•
Hidrokarbon aromatic polisiklik (PAH=polycyclic aromatic hydrocarbon)
berkurang terutama PAH beracun seperti:phenanthren berkurang 98 %,
benzofloroanthen berkurang 56 %, benzapyren berkurang 71%, serta
aldehida dan senyawa aromatic berkurang 13%
Pada Pengujian ini dedak padi adalah bahan baku yang digunakan untuk
membuat biodiesel, Minyak dedak padi sulit dimurnikan karena tingginya
kandungan asam lemak bebas dan senyawa-senyawa tak tersaponifikasikan.
Lipase dalam dedak padi mengakibatkan kandungan asam lemak bebas minyak
dedak padi lebih tinggi dari minyak lain sehingga tidak dapat digunakan sebagai
edible oil. Karena kandungan asam lemak bebas (Free Fatty Acid (FFA)) yang
tinggi, minyak dedak padi dapat dikonversi menjadi Fatty Acid Methyl Ester
(biodiesel) dengan esterifikasi menggunakan alkohol (metanol). Metanol dapat
mengekstraksi minyak dalam dedak sehingga metanol dapat langsung
ditambahkan pada dedak dengan katalis asam dalam proses esterifikasi in situ.
Pada proses tersebut ekstraksi dan esterifikasi minyak dedak dengan metanol
membentuk metil ester berlangsung secara simultan. Oleh sebab itu dalam
penelitian ini, dedak dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan
biodiesel melalui metode esterifikasi dengan metanol menggunakan katalis KOH.
Karaktersitik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada table 2.1 di bawah
ini:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Standar Karakteristik biodiesel
Parameter
Satuan
Biodiesel Biji
Standar
Biodiesel
Wijen
Nasional
Standard in
Indonesia
ASTM
Jarak pagar
Angka Asam
Mg KOH/g
0.1044
Maks 0.8
Maks 0.5
0.298
Air dan Sedimen
%vol
0
Maks 0.05
Maks 0.05
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel
2.1.1 Sejarah Biodiesel
Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia
II sebagai bahan bakar kendaraan berat.
Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan
bahan bakar sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr, Rudolf Cristian Karl Diesel
(Jerman, 1858-1913) mengembangkan mesin kompresi pertama yang secara
Semakin besar penambahan campuran % biodiesel Nilai Daya , Efisiensi Volumetris,
Efisiensi Thermal aktual dan Heat Loss cenderung menurun, sementara laju aliran bahan
baar (mf) dan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) Cenderung meningkat.zkhusus
dijalankan dengan minyak tumbuh-tumbuhan. Mesin diesel atau biasa juga
disebut Compression Ignition Engine yang ditemukannya itu merupakan suatu
mesin motor penyalaan yang mempunyai konsep penyalaan di akibatkan oleh
kompresi atau penekanan udara hingga mencapai kondisi titik nyala bahan bakar,
sehingga ketika bahan bakar di semprotkan terjadi ledakan pada ruang bakar.
Minyak pertama yang digunakan untuk mesin diesel yang dibuat oleh Dr.
Rudolf Christian Karl Diesel tersebut berasal dari minyak sayuran. Tetapi karena
pada saat itu produksi minyak bumi (petroleum) sangat melimpah dan murah,
maka bahan bakar mesin tersebut diganti menjadi bahan bakar solar dari minyak
bumi.
Biodiesel merupakan metil/etil ester yang diproduksi dari minyak
tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan
bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari
pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed) yang kemudian
disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak
lemak mentah.
Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar
posfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas dengan netralisasi dan steam
refining disebut denngan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO), SVO
Universitas Sumatera Utara
didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat
tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat). Oleh karena itu,
penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan
modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan
pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan injektor bahan bakar untuk
menurunkan harga viskositas. Viskositas (kekentalan) bahan bakar yang sangat
tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke
ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya
atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung
dengan kualitas pembakaran, daya mesin.
Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi
bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi
permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada
mesin diesel. Pada umumnya orang lebih memilih untuk melakukan proses
kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil /SVO untuk menghasilkan
metal ester asam lemak (fatty acid methyl ester- FAME) yang memiliki berat
molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung
digunakan dalam mesin diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari
refined vegetable oil menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada
dasarnya bertujuan mengubah gliserida dengan berat molekul dan viskositas tinggi
yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak metal ester
(FAME).
Biodiesel mentah (kasar) yang dihasilkan proses transesterifikasi minyak
biasanya masih mengandung sissa-sisa katalis, methanol, gliserol. Untuk
memurnikannya biodiesel mentah tersebut dicuci dengan air hangat, sehingga
pengotor-pengotor tersebut larut ke dalam dan terbawa oleh fase air pencuci yang
selanjutnya dipisahkan.
2.1.2 Biodiesel Dedak Padi
Biodiesel merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari
pengolahan tumbuhan) di samping Bio-etanol. Biodiesel adalah senyawa alkil
ester yang diproduksi melalui proses alkoholisis (transesterifikasi) antara
trigliserida dengan methanol atau etanol dengan bantuan katalis basa menjadi alkil
Universitas Sumatera Utara
ester dan gliserol, atau esterifikasi asam-asam lemak bebas dengan methanol atau
etanol dengan bantuan katalis basa menjadi senyawa alkil ester dan air.
Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan
bahan bakar fosil sebagai sumber energy transportasi utama dunia, karena
biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel
petrol dimesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan
infrastruktur yang ada sekarang ini.
Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya :
•
Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih
baik (free sulphur, smoke number rendah)
•
Tidak beracun
•
Memiliki sifat pelumasan yang lebih baik dari bahan bakar diesel
konvensional
•
Dapat digunakan tanpa menggunakan modifikasi mesin
•
Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik
dibandingkan dengan minyak kasar
•
Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin
•
Dapat terurai (biodegradable)
•
Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat
diperbaharui
•
Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi
secara local.
Adapun kelemahan dari biodiesel adalah:
•
Biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari bahan pangan seperti
minyak sawit, kacang kedelai, buah alpukat, jagung, buah singkong, dan
lain-lain,
sehingga
dapat
menyebabkan
kekurangan
pangan
dan
meningkatnya harga bahan pangan
•
Biodiesel lebih rentan terhadap kontaminasi air dibandingkan dengan
diesel konvensional, hal ini dapat menyebabkan korosi pada mesin.
•
Harga pembuatan biodiesel cenderung lebih mahal dibanding dengan
diesel konvensional.
Universitas Sumatera Utara
Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan
dengan solar adalah sebagai berikut:
•
Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100%
•
Emisi sulfur dioksida berkurang 100%
•
Emisi debu berkurang 40-60%
•
Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50 %
•
Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%
•
Hidrokarbon aromatic polisiklik (PAH=polycyclic aromatic hydrocarbon)
berkurang terutama PAH beracun seperti:phenanthren berkurang 98 %,
benzofloroanthen berkurang 56 %, benzapyren berkurang 71%, serta
aldehida dan senyawa aromatic berkurang 13%
Pada Pengujian ini dedak padi adalah bahan baku yang digunakan untuk
membuat biodiesel, Minyak dedak padi sulit dimurnikan karena tingginya
kandungan asam lemak bebas dan senyawa-senyawa tak tersaponifikasikan.
Lipase dalam dedak padi mengakibatkan kandungan asam lemak bebas minyak
dedak padi lebih tinggi dari minyak lain sehingga tidak dapat digunakan sebagai
edible oil. Karena kandungan asam lemak bebas (Free Fatty Acid (FFA)) yang
tinggi, minyak dedak padi dapat dikonversi menjadi Fatty Acid Methyl Ester
(biodiesel) dengan esterifikasi menggunakan alkohol (metanol). Metanol dapat
mengekstraksi minyak dalam dedak sehingga metanol dapat langsung
ditambahkan pada dedak dengan katalis asam dalam proses esterifikasi in situ.
Pada proses tersebut ekstraksi dan esterifikasi minyak dedak dengan metanol
membentuk metil ester berlangsung secara simultan. Oleh sebab itu dalam
penelitian ini, dedak dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan
biodiesel melalui metode esterifikasi dengan metanol menggunakan katalis KOH.
Karaktersitik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada table 2.1 di bawah
ini:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Standar Karakteristik biodiesel
Parameter
Satuan
Biodiesel Biji
Standar
Biodiesel
Wijen
Nasional
Standard in
Indonesia
ASTM
Jarak pagar
Angka Asam
Mg KOH/g
0.1044
Maks 0.8
Maks 0.5
0.298
Air dan Sedimen
%vol
0
Maks 0.05
Maks 0.05