BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA DITINJAU DARI KONSTANTA KESETIMBANGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI
Latar Belakang
*Penjelasan Makna Judul, State of The Arts dan Evidensi
Tingginya harga minyak dunia menyebabkan harga BBM di dalam negeri meningkat. Pemerintah melakukan subsidi untuk menyesuaikan harga BBM, tetapi subsidi BBM ini mulai dikurangi sejak tahun 2003. Wujud nyata dari pengurangan subsidi ini adalah dinaikkannya harga BBM pada tanggal 1 oktober 2005. Dengan berkurangnya subsidi, harga BBM menjadi semakin tinggi.
Kondisi ini sangat memprihatinkan, terlebih lagi ketergantungan Indonesia terhadap bahan bakar fosil sangat besar. Hal ini terlihat dari setiap aktivitas masyarakat Indonesia sehari – hari yang tidak terlepas dari pemakaian bahan bakar, seperti untuk memasak, penerangan, transportasi, dan angkutan. Berdasarkan data ESDM (2006), minyak bumi mendominasi 52,5% pemakaian energi di Indonesia, sedangkan penggunaan gas bumi sebesar 19%, batu bara 21,5%, air 3,7%, panas bumi 3%, dan energi terbarukan hanya sekitar 2% dari total penggunaan energi. Padahal menurut data ESDM (2006), cadangan minyak bumi Indonesia hanya sekitar 9 miliar barel dan produksi Indonesia hanya sekitar 500 juta barel pertahun. Ini artinya jika terus dikonsumsi dan tidak ditemukan cadangan minyak baru atau tidak ditemukan teknologi baru untuk meningkatkan recovery minyak bumi, diperkirakan cadangan minyak bumi Indonesia akan habis dalam waktu dua puluh tiga tahun mendatang (Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, 2006).
Sudah saatnya Indonesia mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil dengan mengembangkan sumber energi alternatif terbarukan. Sebagai negara agraris dan tropis, Indonesia telah dianugerahi kekayaan alam yang melimpah yang dapat digunakan sebagai bahan baku bioenergi. Penggunaan bioenergi sebagai sumber energi alternatif semakin menuntut untuk direalisasikan. Selain merupakan solusi menghadapi kelangkaan energi fosil pada masa mendatang, bioenergi bersifat ramah lingkungan, dapat diperbaharui (renewable), serta mampu mengeliminasi emisi gas buang dan efek rumah kaca.
Salah satu bioenergi yang potensial untuk dikembangkan khususnya di Indonesia adalah biodiesel. Biodiesel adalah metil/etil ester dari asam lemak yang dibuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewani. Biodiesel tidak mengandung unsur petroleum, tetapi biodiesel dapat dicampur pada level apapun dengan minyak diesel untuk menghasilkan campuran biodiesel ataupun digunakan secara murni. Biodiesel memiliki bilangan setana yang lebih tinggi dari minyak diesel. Hasil samping dari proses transesterifikasi (reaksi pembentukan biodiesel) menghasilkan gliserol yang juga memiliki nilai ekonomi.
Minyak kelapa merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel.Hal ini karena potensi kelapa di Indonesia sangat besar yang tersebar dari Sumatera, Jawa, Sulawesi hingga kepulauan Maluku dan Maluku Utara. Yang terlihat dari tahun ke tahun produksi kelapa dalam negeri selalu mengalami peningkatan, sementara harga kelapa di pasaran baik dalam bentuk buah kelapa maupun kopra harganya sangat murah.Apabila dijadikan sebagai biodiesel, maka akan meningkatkan nilai ekonomis bagi para petani. Selain itu minyak kelapa memiliki angka setan yang lebih tinggi dari minyak diesel yaitu 62,7 (Soerawidjaja, 2003). Bilangan iodine minyak kelapa relatif rendah (sekitar 10) dibandingkan dengan minyak lainnya, sehingga deposit karbon yang dihasilkan juga lebih rendah. Flash point biodiesel dari minyak kelapa lebih rendah dari solar dan nilai kalor bahan bakar biodiesel minyak kelapa setara dengan solar.
Penelitian tentang biodiesel sudah banyak dilakukan dengan menggunakan berbagai macam bahan baku, beragam katalis, variasi volume methanol ataupun kinetika reaksi pembentukan biodiesel. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan konstanta kesetimbangan reaksi transesterifikasi dari minyak kelapa dengan methanol, sebagai tinjauan awal untuk menentukan kinetika reaksi pembentukan metil ester, yang apabila diolah lebih lanjut akan menghasilkan biodiesel.
*Orisinalitas, Aktualitas dan Noveltis
Tingkat keberhasilan dalam proses pembutan biodiesel dipengaruhi oleh putaran pengadukan, temperatur pemanasan dan kadar katalis serta kandungan air ketika pembuatan sodium metoksid. (Penelitian Seno Darmanto, Ireng Sigit 2006). Reaksi tranesterifikasi merupakan reaksi endotermik, peningkatan suhu reaksi menyebabkan kesetimbangan bergeser kea rah produk (Ana Maria Khristina, Ursula Fajarrenaningtyas, dan Suprapto). Dalam penelitian ini akan dikaji tinjauan awal kinetika reaksi pembentukan metil ester khususnya pada penentuan konstanta kesetimbangan reaksi dengan berbagai variabel suhu dan perbandingan mol reaktan sehingga dapat diketahui pengaruh variabel suhu dan mol reaktan terhadap proses pembentukan biodiesel dari minyak kelapa.
*Identifikasi Masalah
Sejarah penggunaan minyak kelapa (coconut oil) sebagai bahan bakar telah dimulai sejak perang dunia kedua ketika pasokan bahan bakar diesel menipis. Di Philipina telah menggunakan minyak kelapa untuk menggerakan mesin diesel. Demikian juga sebagian masyarakat Indonesia pernah menggunakan minyak kelapa sebagai bahan bakar lampu penerang.
Pemanfaatan minyak kelapa secara langsung sebagai bahan bakar mesin diesel ternyata masih dijumpai masalah. Masalah yang dihadapi terutama disebabkan oleh viskositas minyak kelapa yang terlalu tinggi dari petroleum diesel, yang menyebabkan proses penginjeksian dan atomisasi bahan bakar tidak berlangsung dengan baik sehingga menghasilkan pembakaran yang kurang sempurna. Untuk itu minyak kelapa perlu dilakukan proses transesterifikasi menjadi biodiesel.
*Pembatasan Masalah
Penelitian yang dilakukan ini dengan pembatasan masalah pada bagaimana menentukan konstanta kesetimbangan reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dengan methanol, sebagai tinjauan awal untuk menentukan kinetika reaksi pembentukan metil ester, yang apabila diolah lebih lanjut akan menghasilkan biodiesel.
*Rumusan Masalah
· Bagaimana penentuan konstanta kesetimbangan reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dengan metanol pada berbagai variabel suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan
· Bagaimana pengaruh variabel suhu dan perbandingan mol reaktan pada hasil reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dengan metanol.
*Tujuan (Akademik dan Praktis)
Penelitian ini bersifat eksploratif dengan tujuan untuk :
· Menentukan konstanta kesetimbangan reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dengan metanol pada berbagai variabel suhu dan perbandingan mol reaktan
· Mempelajari pengaruh variabel suhu dan perbandingan mol reaktan pada hasil reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dengan metanol
Manfaat (Akademik dan Praktis)
· Mendalami dan lebih memahami teori dan konsep kesetimbangan reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa dan metanol menjadi biodiesel
· Dapat dijadikan sebagai bahan acuan bagi masyarakat untuk pembuatan biodiesel dengan bahan baku kelapa, sehingga nantinya dapat meningkatkan nilai ekonomis.
Kerangka Teori (Landasan Konsep)
a. Minyak Kelapa
Minyak kelapa dihasilkan dari buah kelapa tua yakni diperoleh dari daging buah kelapa yang diekstrak melalui pembuatan santan dan akhirnya menjadi minyak. Atau dihasilkan melalui proses pengeringan buah kelapa menjadi kopra dan selanjutnya diolah untuk mendapatkan minyaknya. Berdasarkan kandungan asam lemak, minyak kelapa digolongkan ke dalam minyak asam laurat karena komposisi asam tersebut paling besar dibandingkan dengan asam lemak lainnya. Komposisi asam lemak minyak kelapa disajikan dalam table 1.
Tabel 1. Komposisi asam lemak minyak kelapa
Asam Lemak | Jumlah (%) |
Asam Lemak Jenuh - Asam Kaproat - Asam kaprilat - Asam Kaprat - Asam laurat - Asam miristat - Asam palmitat - Asam stearat | 0,4 – 0,6 6,9 – 9,4 6,2 – 7,8 45,9 – 50,3 16,8 – 19,2 7,7 – 9,7 2,3 – 3,2 |
Asam lemak tidak jenuh - Asam oleat - Asam linoleat | 5,4 – 7,4 1,3 – 2,1 |
Sumber : Hui, 1996
Potensi kelapa di Indonesia sangat besar. Hal ini terlihat dari produksi kelapa dalam negeri yang selalu memperlihatkan peningkatan dari tahun ke tahun. Pengolahan minyak kelapa menjadi biodiesel adalah salah satu alternatif dalam memanfaatkan minyak kelapa. Sementara harga kelapa di pasaran baik masih dalam bentuk buah kelapa maupun kopra sangat murah.
b. Reaksi Transesterifikasi
Menurut Bailey (1982), reaksi transesterifikasi adalah reaksi antara lemak atau bahan lain yang mengandung ester asam lemak dengan asam lemak, alkohol, atau ester-ester lain dengan diikuti pertukaran gugus asam lemak untuk menghasilkan ester baru. Reaksi antara ester dengan asam disebut asidolisis, ester dengan alkohol disebut alkoholisis, dan reaksi antara satu ester dengan ester lainnya disebut pertukaran ester atau transesterifikasi. Reaksi transesterifikasi digambarkan dengan reaksi umum berikut :
Gambar 1. Reaksi Transesterifikasi
Faktor-faktor yang berpengaruh pada proses transesterifikasi diantaranya sebagai berikut:
1. Suhu awal minyak (sebelum proses transesterifikasi)
Menurut Lele (2002), peningkatan suhu awal minyak, berpengaruh terhadap peningkatan konversi pembentukan biodiesel. Namun jika pemanasan pada minyak yang melebihi 60oC, akan menyebabkan hilangnya metanol pada proses batch karena penguapan metanol tersebut.
2. Suhu reaksi
Laju reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi. Secara umum, reaksi akan mendekati titik didih metanol pada tekanan atmosfer. Yield ester maksimum terbentuk pada suhu antara 60 – 80 oC, dengan perbandingan molar alkohol dengan minyak sebesar 6:1.
3. Rasio alkohol terhadap minyak
Menurut Lele (2002), variabel lain yang berpengaruh besar pada pembentukan yield pada biodiesel adalah perbandingan molar alkohol terhadap minyak. Umumnya dalam proses industri, digunakan perbandingan molar 6:1 untuk menghasilkan yield biodiesel sampai lebih besar dari 98% berat. Perbandingan molar alkohol yang lebih besar terhadap minyak akan berpengaruh pada pemisahan gliserol. Ini menunjukkan bahwa rasio yang lebih rendah akan membutuhkan waktu yang lebih lama untuk membentuk biodiesel dengan yield yang tinggi. Dengan perbandingan molar yang lebih besar akan meningkatkan konversi tetapi akan mempersulit proses pemisahan gliserol yang terbentuk dari hasil samping reaksi.
4. Tipe katalis dan konsentrasinya
KOH dan NaOH sering digunakan sebagai katalis. Banyak proses transesterifikasi yang dikomersialkan menggunakan katalis alkali. Penambahan konsentrasi katalis alkali pada range 0,5 % - 1% berat, memberikan yield sampai 94 – 99% konversi minyak tanaman dalam membentuk ester. Penambahan katalis yang berlebih menyulitkan dalam proses pemisahan pada akhir reaksi transesterifikasi untuk memisahkan produk biodiesel dari katalisnya.
5. Intensitas pencampuran
Pencampuran sangat berperan penting pada reaksi transesterifikasi yang berjalan lamban. Menurut Lele (2002), pada fase homogen, pencampuran menjadi tidak signifikan penggunaannya. Setelah penambahan metanol dan katalis pada minyak, 5 – 10 menit pengadukan akan meningkatkan konversi.
6. Kemurnian reaktan
Menurut Lele (2002), impuritis yang terdapat pada minyak akan berpengaruh pada level konversi. Pada kondisi yang sama, konversi 67% – 84% dalam membentuk ester dengan menggunakan minyak tanaman sedangkan dengan menggunakan minyak yang telah dimurnikan sebesar 94 % – 97%.
7. Waktu reaksi
Dalam waktu 1 jam, konversi trigliserida ke ester metil sudah mencapai 98%. Menurut Maron (1965), kesetimbangan aksi adalah suatu keadaan dimana laju pembentukan produk oleh reaktan nilainya sama besarnya seperti laju pembentukan kembali reaktan oleh produk.
Menurut Smith (2001), untuk fase liquid dengan penurunan energi Gibbs diperoleh persamaan di bawah ini:
Karena tekanan tidak terlalu berpengaruh dan nilai γi adalah 1 untuk larutan ideal, maka:
Prosedur penelitian untuk tahap transesterifikasi sebagai berikut:
kelapa |
*Hipotesis
Ho : Tidak ada pengaruh suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan terhadap kesetimbangan reaksi transesterifikasi minyak kelapa dengan metanol.
Hi : Ada pengaruh suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan terhadap kesetimbangan reaksi transesterifikasi minyak kelapa dengan metanol
Jika suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan optimal maka reaksi transesterifikasi trigliserida minyak kelapa dan metanol mencapai kondisi yang terbaik.
Jika suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan optimal maka reaksi transesterifikasi trigliserida minyak kelapa dan metanol mencapai kondisi yang terbaik sehingga kesetimbangan bergeser ke arah produk.
Diduga ada hubungan antara suhu reaksi dan perbandingan mol reaktan dalam reaksi transesterifikasi trigliserida minyak kelapa dan metanol untuk menghasilkan biodiesel.
DAFTAR PUSTAKA
Abiney L. Cardoso, Soraia Cristina Gonzaga Neves and Marcio J. da Silva, 2008, “Esterification of Oleic Acid for Biodiesel Production Catalyzed by SnCl2; A Kinetic Investigation”, Journal Energies, volume 1, ISSN 1424 – 8220, www.mdpi.org/energies.
Ana Maria Khristina, Ursula Fajarrenaningtyas, dan Suprapto, 2008, “Penentuan Konstanta Kesetimbangan Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dari Minyak Jarak Pagar dengan Metanol”, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses, ISSN : 1411 – 4216.
Erliza Hambali, Siti Mujdalipah, Armansyah Halomoan Tambunan, Abdul Waries Pattiwiri, dan Roy Hendroko, 2008, “Teknologi Bioenergi”, edisi ketiga, Agromedia Pustaka Jakarta.
Levenspiel, O, 1999, “Chemical Reaction Engineering”, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York.
Seno Darmanto, Ireng Sigit A (Dosen PSD III Teknik Mesin UNDIP), 2006, “Analisa Biodiesel Minyak Kelapa sebagai Bahan Bakar Alternatif Minyak Diesel”, Traksi Volume 4 nomor 2.
Smith, J.M. Van Ness, H.C and Abbott, M.M, 2001, “Introduction to Chemical Engineering Thermodinamics”, 6th edition, Mc.Graw Hill Singapura.
Tilani Hamid dan Andi Triyanto (Departemen Teknik Gas & Petrokimia FT UI), 2003, Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa “Barco” dengan Variasi Volume Metanol”, Journal Teknologi, Edisi nomor 1 tahun XVII.
Tim Sekretariat MAPI, 2006, “Minyak Kelapa sebagai Bahan Bakar Alternatif (Biofuel dan Biodiesel dari Kelapa)”.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar