Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Mesokarp Buah Sawit Secara Enzimatis
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIODIESEL
2.1.1
Pengertian Biodiesel
Ketersediaan bahan bakar minyak bumi semakin terbatas. Indonesia yang saat ini di
kenal sebagai salah satu Negara pengekspor minyak bumi, telah menjadi “net importer”
bahan bakar minyak karena produksi dalam negri sudah di bawah satu juta barrel per hari.
Denggan makin banyaknya penigkatan harga minyak bumi dunia yang pernah mencapai lebih
dari USD 100 per barrel ( sekitar USD 800 per ton) dan juga kebutuhan mesyarakat yangterus
meningat,tentu saja hal ini sangat memberatkan keuangan Negara dan berdampak negatif
untuk masyarakat Indonesia.
Keadaan ini memaksa kita untuk memanfaatkan dan mengembangkan berbagai
potensi
energy
alternative.
Salah
satu
energy
alternatif
yang
telah
berhasil
dikembangkan.sebagai produsen minyak sawit terbesar masih belum daapat bersaing dengan
minyak solar di dalam negri. Sedangkan untuk harga di luar negri harga biodiesel sudah
bersaing dengan bersaing dengan harga bahan bakar petrodiesel. Bahkan harga biodiesel
lebih rendah dibandingkan dengan harga petrodiesel karenaa di Negara Negara tersebut
biodiesel mendapatkan keringanan atau pembebasan pajak.pengembangan biodiesel banyak
mendapatkan perhatian dari para ahi karena beberapa kelebihan dibandingkan bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
petroleum.kelebihan yang dimaksud diantaranya adalah (i) dapat diproduksi secara local
dengan memanfaatkan sumber minyak
lemak alami yang tersedia, Sehingga dapat
mengurangi ketergantungan impor bahan bakar petroleum, (ii) proses produksi dan
penggunannya yang bersifat lebih ramah lingkungan dengan tingkat emisi CO2, Co, NO dan
senyawa hasil pembakaran lainnya yang lebih rendah , dan (iii) lebih mudah terdegradasi di
alam (biodegradable)
Umumnya bentuk ester yang digunakan sebagai biodiesel adalah metil ester yang
disintesis secara kimiawi dengan teknik transesterefikasi antara metanol dan minyak / lemak
(metanolisis) atau estrefikasi antara metanol kimia, reaksi transesterefikasi juga dapat
dikatalis dengan enzim lipase. Dengan penggunaan suhu dan tekanan yang rendah serta
reaksi yang bersifat ramah lingkungan. Maka proses enzimatik tealah banyak di kembangkan
oleh para ahli ( sulistiyo dkk,2009)
1.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl
ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar
darimesin diesel dan terbuatdari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak
hewan.Biodiesel merupakan solusi yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil
sebagai sumber energi transportasi utama dunia,karena biodiesel merupakan bahan bakar
terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol pada mesin dan dapat diangkut serta dijual
dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini. Biodiesel bersifat biodegradable, hampir
tidak mengandung sulfur, dan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan
jalan yang tidak ramah lingkungan. Alternatif bahan bakar terdiri dari metil atau etil ester,
hasil transesterifikasi baik dari triakilgliserida (TG) atau esterifikasi dari asam lemak bebas
(FFA) (Ma et al., 1999). Bahan bakar biodiesel menjadi lebih menarik karena manfaatnya
Universitas Sumatera Utara
terhadap lingkungan. Tanaman dan minyak nabati serta lemak hewani adalah sumber
biomassa yang dapat diperbaharui (Zheng, S. et al.,2006).
Akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai
biokatalis. Lipase sebagai biokatalis mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah
produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan. Lipase merupakan
enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang
telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki
aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis Esterifikasi adalah
proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai
pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air.
Katalisyang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4)
atauasam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses
pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan menjadi 2 yaitu :
1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium hidroksida)
untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFArendah.
2. Esterifikasi dengan katalis asam ( umumnya menggunakan asam sulfat) untuk minyak
nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis
basa.
Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secara
keseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metil ester,
pemurnian metil ester (netralisasi, pemisahan metanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi),
pengambilan gliserol sebagai produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) dan
pemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi/rectification. Proses esterifikasi dengan
katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak
Universitas Sumatera Utara
berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan
bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup
besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya
emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan
mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak
nabati
dan
selanjutnya
ditransesterifikasi
dengan
katalis
basa
untuk
mengkonversikantrigliserida menjadi metil ester.
2.1.2
keuntungan biodiesel
Keuntungan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar diesel yaitu:
2. Biodiesel erupakan bahan bakar terbarukan yang diperoeleh dari minyaknabati atau
lemak hewan.
3. Toksisitas rendah dibandingkan dengan bahan bakar diesel.
4. Terdegredasi lebih cepat daripada bahan bakar diesel sehingga meminimalkan
dampak lingkungan dari tumpahan biodiesel.
5. Emisi lebih rendah dari kontaminan seperti karbon monoksida, partikel, hidrokarbon
aromatic polisiklik,dan aldaheda. Penambahan 20% biodiesel pada petroleum disel
dapat mengurangi emisi partikel sebesar 14%,total hidrokarbon sebesar 13%, karbon
monoksida sebesar 7% dan sulfur dioksida sebesar 20%.
6. Resiko kesehatan renfah karena mengurangi emizi zat karsinogenik.
7. Tidak ada kandungaan sulfur dioksidasi (SO2).
8. Titik nyala yang lebih tinggi (minimum 100 ⁰C)
9. Tidak perlu modifikasi mesin, pada dasarnya tidak perlu ada modifikasi mesin disel
apabila bahan bakarnya menggunakan biodiesel. Biodiesel bahkan mempunyai efek
pembersihan terhadap tangki bahan bakar,injector dan selang
Universitas Sumatera Utara
10. Energy yang dihasilkan sama. Energy yang dihasilkan oleh biodiesel serupa dengan
petroleum diesel (128.00 BTU), sehingga engine torque dan tenga kuda yang
diahsilkan juga serupa
11. Ada efek pelumasan. Biodiesel menghasilkan tingkat pelumasan mesin yang lebih
tinggi dibandingkan dengan petloleum disel.
12. Cetane number lebih tinggi.cetane number biodiesel lebih tinggi (51-62)
dibandingkan dengan petroleum diesel (42) sehingga menghasilkan suara mesin yang
lebih halus.
13. Penanganan dan penyimpanan lebih mudah. Biodiesel tidak menghasilkan uap yang
berbahaya pada suhu kamar dan dapat disimpan pada tangki yang sama dengan
petroleumdiesel.
14. Komsumsi bahan bakar sama. Konsumsi bahan bakar serupa dengan petroleum disel.
2.1.3 Kekurangan Biodisel
Adapun beberapa kelemahan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar
disesl yaitu:
1. Kosumsi bahan bakar sedikit lebig tinggi karena nilai kalori yang lebih rendah.
2. Nitro Oksida (NOₓ) sedikit lebih tinggi dari bahan bakar disesel
3. Titik beku lebih rendah daripada bahan bakar disel dimana akan menjadi kendala dan
menyulitkan dalam cuaca dingin.
4. Kurang stabil dibandingkan bahan bakar diesel sehingga penyimpanan jangka
panjang ( lebih dari enam bulan) dari biodiesel tidak dianjurkan.
5. Dapat mendegradasi plastic,karet alam gasket, dan selang bila digunakan dalam
bentuk murni.
6. Dapat melarutkan endapan sedimen dan kontaminan lainnya dari bahan bakar disel
dalam tangki penyimpanan dan saluran ahan bakar yang kemudian menuju kedalam
Universitas Sumatera Utara
mesin sehingga dapat menyebabkan masalah pada katup dan sistem injeksi, karena
itu.
Pembersihan
tangki
sebelum
mengisi
dengan
biodiesel
dianjurkan.
(Donald,2009)
2.2
TRANSESTEREFIKASI
15.
Transesterifikasi merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk
mengubah minyak menjadi biodiesel. Transesterifikasi merupakan reaksi antara
trigliserida yang terkandung dalam minyak dan penerima gugus asil. Penerima gugus
asil dapat berupa asam karboksilat (asidolisis), alkohol (alkoholisis) atau ester lain
(interesterifikasi) .(Robles,dkk.,2009)
Metode konvensional untuk memproduksi biodiesel melibatkan katalis asam dan basa untuk
membentuk asam lemak alkil ester. Biaya pengolahan dan masalah lingkungan yang terkait
dengan produksi biodiesel dan pemulihan produk samping telah menyebabkan dibutuhkannya
metode produksi alternatif. Reaksi enzimatik yang melibatkan lipase dapat menjadi alternatif
yang sangat baik untuk menghasilkan biodiesel melalui proses yang biasa disebut alkoholisis,
yaitu suatu bentuk reaksi transesterifikasi.(Anthony,c 1992)
16.
Panjang rantai hidrokarbon dari asam lemak, keberadaan cabang senyawa dan
konfigurasi dari ikatan ganda dapat mempengaruhi produksi biodiesel. Novozym 435
dan Lipozyme TL IM digunakan karena konversi simultan yang lebih tinggi untuk
biodiesel dan gliserol karbonat. Novozym 435 sering dipilih sebagai lipase yang
efektif untuk produksi biodiesel (Seong,dkk.,2011)
Universitas Sumatera Utara
17.
Konversi gliserol dan DMC untuk gliserol karbonat melalui transesterifikasi
menggunakan Novozym 435 yaitu 95%, 97% yield biodiesel dari minyak rapeseed
dan minyak biji kapas dengan metanol inter-butanol.(Royan,dkk.,2007)
Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem
pelarut dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.1 Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC)
dalam sistem pelarut
Gliserol karbonat adalah cairan serbaguna, stabil dan tidak berwarna yang kemungkinan
dapat diaplikasikan sebagai membran pemisahan gas, surfaktan dan deterjen, pelarut baru
untuk beberapa jenis bahan termasuk cat, dan pelapis. Gliserol karbonat merupakan bahan
baku terbarukan dan murah yang dihasilkan dari produksi biodiesel sebagai produk
sampingan.(Seong,P.J,dkk.2011) Keuntungan utama dari kerja lipase sebagai biokatalis
Universitas Sumatera Utara
adalah kondisi reaksi yang ringan dan mudah memisahkan gliserol tanpa pemurnian sehingga
menghemat waktu, menghasilkan sedikit limbah dan kemurnian produk yang sangat tinggi.
(Antezak,dkk.,2009).
Selain itu, asam lemak bebas dalam minyak dapat benar-benar dikonversi menjadi metil ester
tanpa terjadinya pembentukan sabun sehingga meningkatkan yield biodiesel dan mengurangi
biaya untuk pemurnian bahan bakar.
18.
Karakteristik enzim memungkinkan penggunaan bahan dengan asam tinggi
lemak bebas (FFA) atau kadar air yang tinggi seperti minyak non-pangan, minyak
goreng dan minyak limbah industri dan berbagai alkohol seperti metanol, etanol,
propanol, isopropanol, butanol, dan isobutanol. (Lukovic,dkk.,2011).
19.
Yield biodiesel tidak hanya tergantung pada asal usul lipase, tetapi juga pada
susunan enzim (diimobilisasi atau tidak), alkohol yang digunakan, rasio molar
alkohol terhadap minyak, aktivitas air optimum, suhu reaksi, waktu reaksi, masa
pakai enzim, dan jenis solvent (jika ada). Alkohol berlebih dapat memberikan hasil
tinggi dalam sintesis biodiesel dan biokatalis dapat digunakan beberapa kali (terutama
lipase terimmobilisasi). Lemak yang mengandung trigliserida dan FFA dapat
dikonversi secara enzimatik
menjadi
biodiesel dalam proses satu tahap.
(Antezak,dkk.,2009)
Universitas Sumatera Utara
Table 2.2 standart biodiesel berdasarkan ASTM D 6751/EN 1421/03, dan
Pr EN 14214/09
Parameter
Satuan
ASTMD
6751/09
1
Kandungan ester
%w/w
-
2
Densitas
kg/� 3
3
Viskositas kinematik
4
Titik nyala
No
EN
14214/03
Pr EN 14214/09
≥96,5
≥96,5
-
860-900
860-900
m� 2 /�
1,9-6,0≥130
3,5-5,0
3,5-5,0
⁰C
≥93(gelastertutup
≥120
≥101
≤10
)
5
Kandungan sulfur
mg/kg
≤15
≤10
6
Residu karbon
%w/w
≤0.05
≤0,30
7
Angka setana
≥47
≥15
≥15
8
Kadar abu tersulfatasi
%w/w
≤0,02
≤0,02
≤0,02
9
Air dan sedimen
%w/w
≤0.05
-
-
10
Kandungan air
mg/kg
-
≤500
≤500
11
Total kontaminasi
mg/kg
--
≤24
≤24
12
Korosi pada jalur Cu
≤No.3
kelas 1
kelas 1
13
Stabilitas oksidasi
H
≥3
≥6
≥8
14
Angka asam
mg
≤0,80
≤0,50
≤0,50
-
≤120
≤120
KOH/gr
15
Nilon iodin
iodine/10
Universitas Sumatera Utara
0
16
Linolenat metal ester
%w/w
-
≤12,0
≤12,0
17
Metal ester ganda tak
%w/w
-
≤1
≤1
jenuh
18
Kandungan metanol
%w/w
≤0,20
≤0,20
≤0,20
19
Kandungan
%w/w
-
≤0,80
≤0,80
monogliserida
20
Kandungan digliserida
%w/w
-
≤0,20
≤0,20
21
Gliserol bebas
%w/w
≤0,020
≤0,020
≤0,020
22
Kandungan trigliserida
%w/w
≤,0,20
≤,0,20
23
Total gliserol
%w/w
≤,0,24
≤0,25
≤0,25
24
Logam kelompok I
mg/kg
≤5,0
≤5,0
≤5,0
No
Parameter
ASTMD
6751/09
EN
14214/03
Pr EN 14214/09
Satuan
25
Logam kelompok II
mg/kg
≤5,0
≤5,0
≤5,0
26
Kandungan fosfor
mg/kg
≤10,0
≤10,0
≤2,0
27
Cold soak filterability
S
≤360
-
-
28
Cold
⁰C
Bergantung pada
Bergantung
kelas
pada kelas
filter
point (CFPP)
plugging
-
(ASTM D 6751, 2009; EN 14214, 2003 dan Pr EN 14214, 2009 )
2.3 Bahan Baku
2.3.1 Novozym 435
Katalis novozim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai
katalis (senyawa yang mempercepat reaksi tanpa habis reaksi ) dalam suatu reaksi
Universitas Sumatera Utara
kimia organik. Enzim kinerja enzim dipengaruh oleh beberapa factor terutama adalah
substrat, suhu ,keasaman, akivator (yang menigkat aktivitas enzim) dan kofaktor dan
inhibitor (molekul yag menurunkan aktifitas enzim). Sintesis biodiesel biasanya
dilakukan dengan transesterifikasi dikatalisis alkali kimia atau asam, yang
memungkinkan waktu reaksi singkat dan konversi yang tinggi. Namun, metode ini
memerlukan pretreatment terhadap substrat yang berair dan menyebabkan kesulitan
dalam memulihkan katalis dan gliserol (Diego 2011)
. Hal ini juga membutuhkan banyak energi dan pengolahan produk limbah.
Transesterifikasi enzimatik dapat menghindari masalah transesterifikasi kimia dengan
beroperasi di bawah kondisi moderat dan enzim dapat digunakan kembali. Selain itu,
tidak menghasilkan limba.
Enzim dikategorikan dua bagian yaitu:
1. Free enzyme
Diisolasi dari biji spesies tanaman ( getah pepeya,lipase biji oat,dan lipase
jarak biji), hewan bakteri ( babi dan lipase pancreas manusia), jamur
berserabut dan ragi
2. Immobilized enzyme
Immobilisasi adalah metode modifikasi yang menempelkan enzim ke
sebuah bahan pendukung padat yang tidak larut.untuk mendapatkan lipase
yang lebih ekonomis, aktif, efektif, selektif, atau stabil maka dilakukan
modifikasi kimia,fisik, dan ekspresi gen teknik.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Perbandingan Antara Free Enzyme dan Immobilized
Enzyme
karakteristik
Free Enzyme
Immobilized Enzyme
Harga
Tinggi
Rendah
Efesiensi
Rendah
Tinggi
Aktivitas
Tidak stabil
Stabil
Penggunaan
kembali
dan Tidak mungkin
Mungkin
pemulihan
20.
Toleransi terhadap suhu,PH dll
Rendah
Tinggi
Untuk memisahkan dari substrat
Sulit
Mudah
Untuk memisahkan dari produk
sulit
Mudah
2.3.2 Dimetil Carbonate( DMC)
21.
Dimetil karbonat (DMC) dihasilkan dari metanol, karbon monoksida
dan oksigen.DMC merupakan senyawa serbaguna yang memiliki reaktivitas kimia,
sifat fisik yang lebih baik dibandingkan dengan metanol dan metil asetat .Dimetil
karbonat dapat digunakan sebagai pelarut, resin fungsional, dan intermediet kimia
polar untuk berbagai jenis senyawa organik, telah melaporkan produksi biodiesel
menggunakan dimetil karbonat (DMC) sebagai akseptor asil dapat menghilangkan
resiko penonaktifan lipase yang disebabkan oleh alkohol rantai pendek. Selain itu,
reaksi antara minyak dan DMC tidak bisa kembali, dan karenanya meningkatkan
Universitas Sumatera Utara
kecepatan reaksi dan meningkatkan hasil biodiesel. Dimetil karbonat (DMC)
merupakan sebuah alternatif pengganti metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia
ramah lingkungan karena sifat netral, tidak berbau, non-korosif dan tidak beracun.
Selain itu, tidak ada gliserol yang dihasilkan selama proses transesterifikasi minyak
dan DMC dalam pembuatan biodiesel (Dowodu 2014)
22.
2.3.3
Metanol
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah
senyawa kimia dengan rumus kimia CH 3 OH. Metanol merupakan bentuk alkohol
paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan,
mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas
(berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin
anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.
Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri (Mahmudi
1997)
2.3.4 Ethanol
Etanol adalah salah satu obat reaksi yang paling tua (Anonim, 2011). Etanol
termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C 2 H 5 OH dan rumus
empiris C 2 H 6 O. Senyawa ini merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter.
Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus
Universitas Sumatera Utara
etil (C 2 H 5 ) (Lei dkk., 2002). Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh
keberadaan gugus hidroksil dan pendeknya rantai karbon etanol. Gugus hidroksil
dapat berpartisipasi ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih
sulit menguap daripada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama
(Lei dkk, 2002).
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIODIESEL
2.1.1
Pengertian Biodiesel
Ketersediaan bahan bakar minyak bumi semakin terbatas. Indonesia yang saat ini di
kenal sebagai salah satu Negara pengekspor minyak bumi, telah menjadi “net importer”
bahan bakar minyak karena produksi dalam negri sudah di bawah satu juta barrel per hari.
Denggan makin banyaknya penigkatan harga minyak bumi dunia yang pernah mencapai lebih
dari USD 100 per barrel ( sekitar USD 800 per ton) dan juga kebutuhan mesyarakat yangterus
meningat,tentu saja hal ini sangat memberatkan keuangan Negara dan berdampak negatif
untuk masyarakat Indonesia.
Keadaan ini memaksa kita untuk memanfaatkan dan mengembangkan berbagai
potensi
energy
alternative.
Salah
satu
energy
alternatif
yang
telah
berhasil
dikembangkan.sebagai produsen minyak sawit terbesar masih belum daapat bersaing dengan
minyak solar di dalam negri. Sedangkan untuk harga di luar negri harga biodiesel sudah
bersaing dengan bersaing dengan harga bahan bakar petrodiesel. Bahkan harga biodiesel
lebih rendah dibandingkan dengan harga petrodiesel karenaa di Negara Negara tersebut
biodiesel mendapatkan keringanan atau pembebasan pajak.pengembangan biodiesel banyak
mendapatkan perhatian dari para ahi karena beberapa kelebihan dibandingkan bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
petroleum.kelebihan yang dimaksud diantaranya adalah (i) dapat diproduksi secara local
dengan memanfaatkan sumber minyak
lemak alami yang tersedia, Sehingga dapat
mengurangi ketergantungan impor bahan bakar petroleum, (ii) proses produksi dan
penggunannya yang bersifat lebih ramah lingkungan dengan tingkat emisi CO2, Co, NO dan
senyawa hasil pembakaran lainnya yang lebih rendah , dan (iii) lebih mudah terdegradasi di
alam (biodegradable)
Umumnya bentuk ester yang digunakan sebagai biodiesel adalah metil ester yang
disintesis secara kimiawi dengan teknik transesterefikasi antara metanol dan minyak / lemak
(metanolisis) atau estrefikasi antara metanol kimia, reaksi transesterefikasi juga dapat
dikatalis dengan enzim lipase. Dengan penggunaan suhu dan tekanan yang rendah serta
reaksi yang bersifat ramah lingkungan. Maka proses enzimatik tealah banyak di kembangkan
oleh para ahli ( sulistiyo dkk,2009)
1.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl
ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar
darimesin diesel dan terbuatdari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak
hewan.Biodiesel merupakan solusi yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar fosil
sebagai sumber energi transportasi utama dunia,karena biodiesel merupakan bahan bakar
terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol pada mesin dan dapat diangkut serta dijual
dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini. Biodiesel bersifat biodegradable, hampir
tidak mengandung sulfur, dan bahan bakar terbarukan, meskipun masih diproduksi dengan
jalan yang tidak ramah lingkungan. Alternatif bahan bakar terdiri dari metil atau etil ester,
hasil transesterifikasi baik dari triakilgliserida (TG) atau esterifikasi dari asam lemak bebas
(FFA) (Ma et al., 1999). Bahan bakar biodiesel menjadi lebih menarik karena manfaatnya
Universitas Sumatera Utara
terhadap lingkungan. Tanaman dan minyak nabati serta lemak hewani adalah sumber
biomassa yang dapat diperbaharui (Zheng, S. et al.,2006).
Akhir-akhir ini mulai dikembangkan sintesis biodiesel menggunakan enzim lipase sebagai
biokatalis. Lipase sebagai biokatalis mampu mengarahkan reaksi secara spesifik ke arah
produk yang diinginkan tanpa terjadinya reaksi samping yang merugikan. Lipase merupakan
enzim yang memiliki peran yang penting dalam bioteknologi modern. Banyak industri yang
telah mengaplikasikan penggunaan enzim sebagai biokatalis. Lipase terkenal memiliki
aktivitas yang tinggi dalam reaksi hidrolisis dan dalam kimia sintesis Esterifikasi adalah
proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai
pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air.
Katalisyang digunakan untuk reaksi esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4)
atauasam fosfat (H2PO4). Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses
pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan menjadi 2 yaitu :
1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium hidroksida)
untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFArendah.
2. Esterifikasi dengan katalis asam ( umumnya menggunakan asam sulfat) untuk minyak
nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis
basa.
Proses pembuatan biodiesel dari minyak dengan kandungan FFA rendah secara
keseluruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisahan gliserol dari metil ester,
pemurnian metil ester (netralisasi, pemisahan metanol, pencucian dan pengeringan/dehidrasi),
pengambilan gliserol sebagai produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) dan
pemurnian metanol tak bereaksi secara destilasi/rectification. Proses esterifikasi dengan
katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak
Universitas Sumatera Utara
berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan
bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup
besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya
emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan
mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak
nabati
dan
selanjutnya
ditransesterifikasi
dengan
katalis
basa
untuk
mengkonversikantrigliserida menjadi metil ester.
2.1.2
keuntungan biodiesel
Keuntungan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar diesel yaitu:
2. Biodiesel erupakan bahan bakar terbarukan yang diperoeleh dari minyaknabati atau
lemak hewan.
3. Toksisitas rendah dibandingkan dengan bahan bakar diesel.
4. Terdegredasi lebih cepat daripada bahan bakar diesel sehingga meminimalkan
dampak lingkungan dari tumpahan biodiesel.
5. Emisi lebih rendah dari kontaminan seperti karbon monoksida, partikel, hidrokarbon
aromatic polisiklik,dan aldaheda. Penambahan 20% biodiesel pada petroleum disel
dapat mengurangi emisi partikel sebesar 14%,total hidrokarbon sebesar 13%, karbon
monoksida sebesar 7% dan sulfur dioksida sebesar 20%.
6. Resiko kesehatan renfah karena mengurangi emizi zat karsinogenik.
7. Tidak ada kandungaan sulfur dioksidasi (SO2).
8. Titik nyala yang lebih tinggi (minimum 100 ⁰C)
9. Tidak perlu modifikasi mesin, pada dasarnya tidak perlu ada modifikasi mesin disel
apabila bahan bakarnya menggunakan biodiesel. Biodiesel bahkan mempunyai efek
pembersihan terhadap tangki bahan bakar,injector dan selang
Universitas Sumatera Utara
10. Energy yang dihasilkan sama. Energy yang dihasilkan oleh biodiesel serupa dengan
petroleum diesel (128.00 BTU), sehingga engine torque dan tenga kuda yang
diahsilkan juga serupa
11. Ada efek pelumasan. Biodiesel menghasilkan tingkat pelumasan mesin yang lebih
tinggi dibandingkan dengan petloleum disel.
12. Cetane number lebih tinggi.cetane number biodiesel lebih tinggi (51-62)
dibandingkan dengan petroleum diesel (42) sehingga menghasilkan suara mesin yang
lebih halus.
13. Penanganan dan penyimpanan lebih mudah. Biodiesel tidak menghasilkan uap yang
berbahaya pada suhu kamar dan dapat disimpan pada tangki yang sama dengan
petroleumdiesel.
14. Komsumsi bahan bakar sama. Konsumsi bahan bakar serupa dengan petroleum disel.
2.1.3 Kekurangan Biodisel
Adapun beberapa kelemahan penggunaan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar
disesl yaitu:
1. Kosumsi bahan bakar sedikit lebig tinggi karena nilai kalori yang lebih rendah.
2. Nitro Oksida (NOₓ) sedikit lebih tinggi dari bahan bakar disesel
3. Titik beku lebih rendah daripada bahan bakar disel dimana akan menjadi kendala dan
menyulitkan dalam cuaca dingin.
4. Kurang stabil dibandingkan bahan bakar diesel sehingga penyimpanan jangka
panjang ( lebih dari enam bulan) dari biodiesel tidak dianjurkan.
5. Dapat mendegradasi plastic,karet alam gasket, dan selang bila digunakan dalam
bentuk murni.
6. Dapat melarutkan endapan sedimen dan kontaminan lainnya dari bahan bakar disel
dalam tangki penyimpanan dan saluran ahan bakar yang kemudian menuju kedalam
Universitas Sumatera Utara
mesin sehingga dapat menyebabkan masalah pada katup dan sistem injeksi, karena
itu.
Pembersihan
tangki
sebelum
mengisi
dengan
biodiesel
dianjurkan.
(Donald,2009)
2.2
TRANSESTEREFIKASI
15.
Transesterifikasi merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk
mengubah minyak menjadi biodiesel. Transesterifikasi merupakan reaksi antara
trigliserida yang terkandung dalam minyak dan penerima gugus asil. Penerima gugus
asil dapat berupa asam karboksilat (asidolisis), alkohol (alkoholisis) atau ester lain
(interesterifikasi) .(Robles,dkk.,2009)
Metode konvensional untuk memproduksi biodiesel melibatkan katalis asam dan basa untuk
membentuk asam lemak alkil ester. Biaya pengolahan dan masalah lingkungan yang terkait
dengan produksi biodiesel dan pemulihan produk samping telah menyebabkan dibutuhkannya
metode produksi alternatif. Reaksi enzimatik yang melibatkan lipase dapat menjadi alternatif
yang sangat baik untuk menghasilkan biodiesel melalui proses yang biasa disebut alkoholisis,
yaitu suatu bentuk reaksi transesterifikasi.(Anthony,c 1992)
16.
Panjang rantai hidrokarbon dari asam lemak, keberadaan cabang senyawa dan
konfigurasi dari ikatan ganda dapat mempengaruhi produksi biodiesel. Novozym 435
dan Lipozyme TL IM digunakan karena konversi simultan yang lebih tinggi untuk
biodiesel dan gliserol karbonat. Novozym 435 sering dipilih sebagai lipase yang
efektif untuk produksi biodiesel (Seong,dkk.,2011)
Universitas Sumatera Utara
17.
Konversi gliserol dan DMC untuk gliserol karbonat melalui transesterifikasi
menggunakan Novozym 435 yaitu 95%, 97% yield biodiesel dari minyak rapeseed
dan minyak biji kapas dengan metanol inter-butanol.(Royan,dkk.,2007)
Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC) dalam sistem
pelarut dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.1 Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dengan dimetil karbonat (DMC)
dalam sistem pelarut
Gliserol karbonat adalah cairan serbaguna, stabil dan tidak berwarna yang kemungkinan
dapat diaplikasikan sebagai membran pemisahan gas, surfaktan dan deterjen, pelarut baru
untuk beberapa jenis bahan termasuk cat, dan pelapis. Gliserol karbonat merupakan bahan
baku terbarukan dan murah yang dihasilkan dari produksi biodiesel sebagai produk
sampingan.(Seong,P.J,dkk.2011) Keuntungan utama dari kerja lipase sebagai biokatalis
Universitas Sumatera Utara
adalah kondisi reaksi yang ringan dan mudah memisahkan gliserol tanpa pemurnian sehingga
menghemat waktu, menghasilkan sedikit limbah dan kemurnian produk yang sangat tinggi.
(Antezak,dkk.,2009).
Selain itu, asam lemak bebas dalam minyak dapat benar-benar dikonversi menjadi metil ester
tanpa terjadinya pembentukan sabun sehingga meningkatkan yield biodiesel dan mengurangi
biaya untuk pemurnian bahan bakar.
18.
Karakteristik enzim memungkinkan penggunaan bahan dengan asam tinggi
lemak bebas (FFA) atau kadar air yang tinggi seperti minyak non-pangan, minyak
goreng dan minyak limbah industri dan berbagai alkohol seperti metanol, etanol,
propanol, isopropanol, butanol, dan isobutanol. (Lukovic,dkk.,2011).
19.
Yield biodiesel tidak hanya tergantung pada asal usul lipase, tetapi juga pada
susunan enzim (diimobilisasi atau tidak), alkohol yang digunakan, rasio molar
alkohol terhadap minyak, aktivitas air optimum, suhu reaksi, waktu reaksi, masa
pakai enzim, dan jenis solvent (jika ada). Alkohol berlebih dapat memberikan hasil
tinggi dalam sintesis biodiesel dan biokatalis dapat digunakan beberapa kali (terutama
lipase terimmobilisasi). Lemak yang mengandung trigliserida dan FFA dapat
dikonversi secara enzimatik
menjadi
biodiesel dalam proses satu tahap.
(Antezak,dkk.,2009)
Universitas Sumatera Utara
Table 2.2 standart biodiesel berdasarkan ASTM D 6751/EN 1421/03, dan
Pr EN 14214/09
Parameter
Satuan
ASTMD
6751/09
1
Kandungan ester
%w/w
-
2
Densitas
kg/� 3
3
Viskositas kinematik
4
Titik nyala
No
EN
14214/03
Pr EN 14214/09
≥96,5
≥96,5
-
860-900
860-900
m� 2 /�
1,9-6,0≥130
3,5-5,0
3,5-5,0
⁰C
≥93(gelastertutup
≥120
≥101
≤10
)
5
Kandungan sulfur
mg/kg
≤15
≤10
6
Residu karbon
%w/w
≤0.05
≤0,30
7
Angka setana
≥47
≥15
≥15
8
Kadar abu tersulfatasi
%w/w
≤0,02
≤0,02
≤0,02
9
Air dan sedimen
%w/w
≤0.05
-
-
10
Kandungan air
mg/kg
-
≤500
≤500
11
Total kontaminasi
mg/kg
--
≤24
≤24
12
Korosi pada jalur Cu
≤No.3
kelas 1
kelas 1
13
Stabilitas oksidasi
H
≥3
≥6
≥8
14
Angka asam
mg
≤0,80
≤0,50
≤0,50
-
≤120
≤120
KOH/gr
15
Nilon iodin
iodine/10
Universitas Sumatera Utara
0
16
Linolenat metal ester
%w/w
-
≤12,0
≤12,0
17
Metal ester ganda tak
%w/w
-
≤1
≤1
jenuh
18
Kandungan metanol
%w/w
≤0,20
≤0,20
≤0,20
19
Kandungan
%w/w
-
≤0,80
≤0,80
monogliserida
20
Kandungan digliserida
%w/w
-
≤0,20
≤0,20
21
Gliserol bebas
%w/w
≤0,020
≤0,020
≤0,020
22
Kandungan trigliserida
%w/w
≤,0,20
≤,0,20
23
Total gliserol
%w/w
≤,0,24
≤0,25
≤0,25
24
Logam kelompok I
mg/kg
≤5,0
≤5,0
≤5,0
No
Parameter
ASTMD
6751/09
EN
14214/03
Pr EN 14214/09
Satuan
25
Logam kelompok II
mg/kg
≤5,0
≤5,0
≤5,0
26
Kandungan fosfor
mg/kg
≤10,0
≤10,0
≤2,0
27
Cold soak filterability
S
≤360
-
-
28
Cold
⁰C
Bergantung pada
Bergantung
kelas
pada kelas
filter
point (CFPP)
plugging
-
(ASTM D 6751, 2009; EN 14214, 2003 dan Pr EN 14214, 2009 )
2.3 Bahan Baku
2.3.1 Novozym 435
Katalis novozim adalah biomolekul berupa protein yang berfungsi sebagai
katalis (senyawa yang mempercepat reaksi tanpa habis reaksi ) dalam suatu reaksi
Universitas Sumatera Utara
kimia organik. Enzim kinerja enzim dipengaruh oleh beberapa factor terutama adalah
substrat, suhu ,keasaman, akivator (yang menigkat aktivitas enzim) dan kofaktor dan
inhibitor (molekul yag menurunkan aktifitas enzim). Sintesis biodiesel biasanya
dilakukan dengan transesterifikasi dikatalisis alkali kimia atau asam, yang
memungkinkan waktu reaksi singkat dan konversi yang tinggi. Namun, metode ini
memerlukan pretreatment terhadap substrat yang berair dan menyebabkan kesulitan
dalam memulihkan katalis dan gliserol (Diego 2011)
. Hal ini juga membutuhkan banyak energi dan pengolahan produk limbah.
Transesterifikasi enzimatik dapat menghindari masalah transesterifikasi kimia dengan
beroperasi di bawah kondisi moderat dan enzim dapat digunakan kembali. Selain itu,
tidak menghasilkan limba.
Enzim dikategorikan dua bagian yaitu:
1. Free enzyme
Diisolasi dari biji spesies tanaman ( getah pepeya,lipase biji oat,dan lipase
jarak biji), hewan bakteri ( babi dan lipase pancreas manusia), jamur
berserabut dan ragi
2. Immobilized enzyme
Immobilisasi adalah metode modifikasi yang menempelkan enzim ke
sebuah bahan pendukung padat yang tidak larut.untuk mendapatkan lipase
yang lebih ekonomis, aktif, efektif, selektif, atau stabil maka dilakukan
modifikasi kimia,fisik, dan ekspresi gen teknik.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Perbandingan Antara Free Enzyme dan Immobilized
Enzyme
karakteristik
Free Enzyme
Immobilized Enzyme
Harga
Tinggi
Rendah
Efesiensi
Rendah
Tinggi
Aktivitas
Tidak stabil
Stabil
Penggunaan
kembali
dan Tidak mungkin
Mungkin
pemulihan
20.
Toleransi terhadap suhu,PH dll
Rendah
Tinggi
Untuk memisahkan dari substrat
Sulit
Mudah
Untuk memisahkan dari produk
sulit
Mudah
2.3.2 Dimetil Carbonate( DMC)
21.
Dimetil karbonat (DMC) dihasilkan dari metanol, karbon monoksida
dan oksigen.DMC merupakan senyawa serbaguna yang memiliki reaktivitas kimia,
sifat fisik yang lebih baik dibandingkan dengan metanol dan metil asetat .Dimetil
karbonat dapat digunakan sebagai pelarut, resin fungsional, dan intermediet kimia
polar untuk berbagai jenis senyawa organik, telah melaporkan produksi biodiesel
menggunakan dimetil karbonat (DMC) sebagai akseptor asil dapat menghilangkan
resiko penonaktifan lipase yang disebabkan oleh alkohol rantai pendek. Selain itu,
reaksi antara minyak dan DMC tidak bisa kembali, dan karenanya meningkatkan
Universitas Sumatera Utara
kecepatan reaksi dan meningkatkan hasil biodiesel. Dimetil karbonat (DMC)
merupakan sebuah alternatif pengganti metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia
ramah lingkungan karena sifat netral, tidak berbau, non-korosif dan tidak beracun.
Selain itu, tidak ada gliserol yang dihasilkan selama proses transesterifikasi minyak
dan DMC dalam pembuatan biodiesel (Dowodu 2014)
22.
2.3.3
Metanol
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah
senyawa kimia dengan rumus kimia CH 3 OH. Metanol merupakan bentuk alkohol
paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan,
mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas
(berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin
anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.
Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri (Mahmudi
1997)
2.3.4 Ethanol
Etanol adalah salah satu obat reaksi yang paling tua (Anonim, 2011). Etanol
termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C 2 H 5 OH dan rumus
empiris C 2 H 6 O. Senyawa ini merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter.
Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus
Universitas Sumatera Utara
etil (C 2 H 5 ) (Lei dkk., 2002). Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh
keberadaan gugus hidroksil dan pendeknya rantai karbon etanol. Gugus hidroksil
dapat berpartisipasi ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih
sulit menguap daripada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama
(Lei dkk, 2002).
Universitas Sumatera Utara