Biodiesel sebagai Sumber Energi Terbarukan

Pengertian Biodiesel

Biodiesel merupakan metil/etil ester (fatty acid methyl) yang diproduksi umumnya dengan proses transesterifikasi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memiliki karakteristik yang sesuai sebagai bahan bakar motor diesel. Minyak tumbuhan tersebut dapat didapat dari berbagai macam jenis tumbuhan semisal jarak, randu, kelapa, dan lain-lain yang notabenenya mudah diproduksi bahkan di lahan kritis sekalipun.

Biodiesel merupakan biofuel yang paling umum di Eropa. Di beberapa negara produsen memberikan garansi untuk penggunaan 100% biodiesel. Kebanyakan produsen kendaraan membatasi rekomendasi mereka untuk penggunaan biodiesel sebanyak 15% yang dicampur dengan diesel mineral. Di kebanyakan negara Eropa, campuran biodiesel 5% banyak digunakan luas dan tersedia di banyak stasiun bahan bakar.

Di AS, lebih dari 80% truk komersial dan bis kota beroperasi menggunakan diesel. Oleh karena itu penggunaan biodiesel AS bertumbuh cepat dari sekitar 25 juta galon per tahun pada 2004 menjadi 78 juta galon pada awal 2005. Pada akhir 2006, produksi biodiesel diperkirakan meningkat empat kali lipat menjadi 1 milyar galon.

Bahan Baku yang Digunakan dalam Pembuatan Biodiesel

Pengembangan biodiesel yang bersumber dari tanaman jarak (Jatropha Curcas), kelapa sawit, dan lain-lain

1. Tanaman jarak

Jatropha curcas (jarak pagar) merupakan salah satu tanaman yang paling prospektif untuk diproses menjadi biodiesel karena selain relatif mudah ditanam, toleransinya tinggi terhadap berbagai jenis tanah dan iklim, produksi minyak tinggi, serta minyak yang dihasilkan tidak dapat dikonsumsi oleh manusia sehingga tidak mengalami persaingan dengan minyak untuk pangan. Minyak jarak pagar berwujud cairan bening berwarna kuning dan tidak menjadi keruh sekalipun disimpan dalam jangka waktu lama.

Jatropha curcas (jarak pagar) termasuk tanaman semak dari keluarga Euphorbiaceae yang tumbuh cepat dengan ketinggian mencapai 3–5 meter. Umumnya, seluruh bagian dari tanaman ini mengandung racun sehingga hampir tidak memiliki hama. Tanaman ini mulai berbuah pada umur 5 bulan, dan mencapai produktivitas penuh pada umur 5 tahun. Buahnya berbentuk elips dengan panjang sekitar 1 inchi (sekitar 2,5 cm) dan mengandung 2–3 biji. Usia Jatropha curcas apabila dirawat dengan baik, dapat mencapai 50 tahun.

Panen biji perlu dilakukan secara benar agar tidak diperoleh biji hampa, kadar minyak rendah, dan bahkan akan menyebabkan minyak menjadi asam. Berikut  beberapa cara penanganan biji di lapangan:

  • Panen dilakukan pada buah yang telah masak dengan ciri kulitnya hitam atau kulit buah terbuka.
  • Cara pemanenan yang efisien, yaitu buah diambil per malai dengan syarat jumlah buah yang matang lebih banyak dari buah mentah.
  • Buah sebelum disimpan terlebih dahulu dikeringkan untuk keperluan produksi minyak. Buah dapat langsung dikeringkan di bawah sinar matahari setiap hari sampai kulit buah mudah dipisahkan dari biji secara manual, tetapi untuk benih cukup diangin–anginkan atau dikeringkan di dalam oven suhu 60­ 0
  • Pemisahan kulit buah dilakukan dengan menggunakan tangan atau mesin. Selanjutnya, biji dikeringkan setiap hari sampai benar–benar kering (kadar air 7–10 %). Setelah kering, biji disimpan di dalam kantong plastik. Kantong–kantong plastik tersebut dimasukkan ke dalam karung plastik yang ditutup rapat menggunakan tali, kemudian disimpan di atas lantai beralas bata atau papan. Kemasan harus dihindarkan dari kontak langsung dengan lantai agar tidak lembab.

Menurut Hartono, produksi biji per hektar pada tanah normal sebesar 2.500 kg, dapat menghasilkan minyak sekitar 30–35 % atau 830 kg. Dan menurut Syah, 2006, 75 kg minyak jarak pagar menghasilkan 71,88 kg biodiesel. Dari kedua data tersebut di atas dapat diperkirakan bahwa untuk memproduksi biodiesel sebanyak 8 ton, diperlukan biji ±25.000 kg.

2. Kelapa sawit

Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RPO) merupakan minyak hasil kelapa sawit yang telah mengalami proses pemurnian di Revinery. Minyak kelapa sawit tersusun atas lemak dan minyak alam yang terdiri atas trigleserida, digleserida, dan monogleserida, asam lemak bebas, moisture, pengotor, dan komponen-komponen minor bukan minyak/ lemak yang secara umum disusun oleh senyawa yang tidak dapat tersabunkan.

Asam-asam lemak penyusun minyak/ lemak terdiri atas:

  • Asam Lemak Jenuh (Saturated Fatty Acid/ SFA)
  • Asam Lemak tak Jenuh (Unsaturated Fatty Acid/ UFA)
  • Mono – Unsaturated Fatty Acid/ MUFA
  • Poly – Unsaturated Fatty Acid PUFA

Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit

No Asam Lemak Persen Komposisi Berat Molekul Titik Didih
1 Asan Laurat ( 12 : 0 ) 0,0 – 0,4 200,32 180˚C
2 Asam Miristat ( 14 : 0 ) 0,6 – 1,7 228,38 250˚C
3 Asam Palmitat (16 : 0 ) 41,1 – 47,0 256,43 271˚C
4 Asam Stearat ( 18 : 0 ) 3,7 – 5,6 284,49 232˚C
5 Asam Oleat (18 : 1 ) 38,2 – 43,6 282,47 260˚C
6 Asam Linoleat ( 18 : 2 ) 6,6 – 11,9 280,45 176˚C
7 Asam Linoleat ( 18 : 3 ) 0,0 – 0,6 278,44 180˚C

Dari tabel diatas asam lemak yang paling dominan adalah asam palmitat dan asam oleat. Selain asam lemak yang disebut dalam tabel, minyak kelapa sawit juga memiliki kandungan minor dalam jumlah sedikit. Antara lain adalah karoten, vitamin E, sterol, fosfolipid, glikolipid, terpen, dan hidrokarbon alifatik.

3. Alga

Alga adalah salah satu organisme yang dapat tumbuh pada rentang kondisi yang luas di permukaan bumi. Alga biasanya ditemukan pada tempat-tempat yang lembab atau benda-benda yang sering terkena air dan banyak hidup pada lingkungan berair di permukaan bumi. Alga dapat hidup hampir di semua tempat yang memiliki cukup sinar matahari, air dan karbon-dioksida.

Berdasarkan perhitungan, pengolahan alga pada lahan seluas 10 juta acre (1 acre = 0.4646 ha) mampu menghasilkan biodiesel yang akan dapat mengganti seluruh kebutuhan solar di Amerika Serikat (Oilgae.com, 26/12/2006). Luas lahan ini hanya 1% dari total lahan yang sekarang digunakan untuk lahan pertanian dan padang rumput (sekitar 1 milliar acre). Diperkirakan alga mampu menghasilkan minyak 200 kali lebih banyak dibandingkan dengan tumbuhan penghasil minyak pada kondisi terbaiknya.

Semua jenis alga memiliki komposisi kimia sel yang terdiri dari protein, karbohidrat, lemak (fatty acids) dan nucleic acids. Prosentase keempat komponen tersebut bervariasi tergantung jenis alga. Ada jenis alga yang memiliki komponen fatty acids lebih dari 40%. Dari komponen fatty acids inilah yang akan diekstraksi dan diubah menjadi biodiesel. Dapat dilihat pada Tabel 1, komposisi kimia sel pada beberapa jenis alga:

Tabel 2. Komposisi Kimia Alga Ditunjukkan dalam Zat Kering (%)

Komposisi Kimia Protein Karbohidrat Lemak Nucleic Acid
Scenedesmus obliquus 50-56 10-17 12-14 3-6
Scenedesmus quadricauda 47 1.9
Scenedesmus dimorphus 8-18 21-52 16-40
Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21
Chlorella vulgaris 51-58 12-17 14-22 4-5
Chlorella pyrenoidosa 57 26 2
Spirogyra sp. 6-20 33-64 11-21
Dunaliella bioculata 49 4 8
Dunaliella salina 57 32 6
Euglena gracilis 39-61 14-18 14-20
Prymnesium parvum 28-45 25-33 22-38 1-2
Tetraselmis maculate 52 15 3
Porphyridium cruentum 28-39 40-57 9-14
Spirulina platensis 46-63 8-14 4–9 2-5
Spirulina maxima 60-71 13-16 6-7 3-4.5
Synechoccus sp. 63 15 11 5
Anabaena cylindrical 43-56 25-30 4-7

Sumber: Becker, (1994)

Alga memproduksi banyak polyunsaturates, dimana semakin tinggi kandungan lemak asam polyunsaturates akan mengurangi kestabilan biodiesel yang dihasilkan. Di lain pihak, polyunsaturates memiliki titik cair yang lebih rendah dibandingkan monounsaturates sehingga biodiesel alga akan lebih baik pada cuaca dingin dibandingkan jenis bio-feedstock yang lain. Diketahui kekurangan biodiesel adalah buruknya kinerja pada temperatur yang dingin sehingga biodiesel alga mungkin akan dapat mengatasi masalah ini.

Terdapat beberapa metode terkenal untuk mengambil minyak dari alga, antara lain:

  • Pengepresan (Expeller/Press)

Pada metode ini alga yang sudah siap panen dipanaskan dulu untuk menghilangkan air yang masih terkandung di dalamnya. Kemudian alga dipres dengan alat pengepres untuk mengekstraksi minyak yang terkandung dalam alga. Dengan menggunakan alat pengepres ini, dapat diekstrasi sekitar 70–75% minyak yang terkandung dalam alga.

  • Hexane solvent oil extraction

Minyak dari alga dapat diambil dengan menggunakan larutan kimia, misalnya dengan menggunakan benzena dan eter. Namum begitu, penggunaan larutan kimia heksana lebih banyak digunakan sebab harganya yang tidak terlalu mahal. Larutan heksana dapat digunakan langsung untuk mengekstaksi minyak dari alga atau dikombinasikan dengan alat pengepres.

  • Supercritical Fluid Extraction

Pada metode ini, CO2 dicairkan dibawah tekanan normal kemudian dipanaskan sampai mencapai titik kesetimbangan antara fase cair dan gas. Pencairan fluida inilah yang bertindak sebagai larutan yang akan mengekstraksi minyak dari alga. Metode ini dapat mengekstraksi hampir 100% minyak yang terkandung dalam alga. Namun begitu, metode ini memerlukan peralatan khusus untuk penahanan tekanan.

Penanaman alga untuk menghasilkan biodiesel mungkin akan sedikit lebih sulit karena alga membutuhkan perawatan yang sangat baik dan mudah terkontaminasi oleh spesies lain yang tidak diinginkan. Penanaman alga ada 2 macam, yaitu penanaman pada lahan terbuka dan pada lahan tertutup.

Penggunaan sistem terbuka ini dapat membuat alga mudah diserang oleh kontaminasi spesies alga lain dan bakteri. Akan tetapi, saat ini telah berhasil dikembangkan beberapa spesies alga yang mampu ditanam pada lahan terbuka dan meminimalisir adanya kontaminasi spesies lain. Sistem terbuka juga memiliki sistem kontrol yang lemah, misalnya dalam mengatur temperatur air, konsentrasi karbon dioksida dan kondisi pencahayaan. Sedangkan keuntungan penggunaan sistem terbuka adalah metode ini merupakan cara yang murah untuk memproduksi alga karena hanya perlu dibuatkan sirkuit parit atau kolam.

Kolam tempat pembudidayaan alga biasanya disebut “kolam sirkuit”. Dalam kolam ini, alga, air dan nutrisi disebarkan dalam kolam yang berbentuk seperti sirkuit. Aliran air dalam kolam sirkuit dibuat dengan pompa air. Kolam biasanya dibuat dangkal supaya alga tetap dapat memperoleh sinar matahari karena sinar matahari hanya dapat masuk pada kedalaman air yang terbatas.

Sebuah variasi kolam terbuka adalah dengan memberikan atap transparan (greenhouse) diatasnya untuk melindungi kerusakan alga dari percikan air hujan. Namun begitu, cara ini hanya dapat diaplikasikan pada kolam terbuka yang berukuran kecil dan tidak dapat mengatasi banyak masalah yang terjadi pada sistem terbuka.

Pada lahan tertutup yang disebut photobioreactor, dimana kondisi lingkungan akan lebih terkontrol dibandingkan kolam terbuka. Sebuah photobioreactor adalah sebuah bioreactor dengan beberapa tipe sumber cahaya, seperti sinar matahari, lampu fluorescent, LED. Quasi-closed systems (sebuah kolam yang ditutupi dengan bahan transparan (greenhouse) di semua bagian) dapat digolongkan sebagai photobioreactor. Photobioreactor juga memungkinkan dilakukannya peningkatan konsentrasi karbon dioksida di dalam sistem sehingga akan mempercepat pertumbuhan alga. Meskipun biaya investasi awal dan biaya operasional dari sebuah photobioreactor akan lebih tinggi dibandingkan kolam terbuka, akan tetapi efisiensi dan kemampuan menghasilkan minyak dari photobioreactor akan lebih tinggi dibandingkan dengan kolam terbuka. Hal ini akan membuat pengembalian biaya modal dan biaya operasional dengan cepat.

Pembuatan Biodiesel

Biodiesel dapat berupa metil ester ataupun etil ester tergantung dari jenis alkohol yang digunakan. Tetapi yang paling sering diproduksi adalah metil ester karena metanol mudah didapat dan tidak mahal.

Kondisi proses produksi biodiesel dengan menggunakan katalis basa adalah:

  1. Reaksi berlangsung pada temperatur dan tekanan yang rendah (150°F dan 20 psi).
  2. Menghasilkan konversi yang tinggi (98%) dengan waktu reaksi dan terjadinya reaksi samping yang minimal.
  3. Konversi langsung menjadi biodiesel tanpa tahap intermediate.
  4. Tidak memerlukan konstruksi peralatan yang mahal.

Secara umum, pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut :

Katalis dan stearin dimasukkan ke dalam reaktor, kemudian dialirkan methanol hasil destilasi ke bagian bawah reaktor. Katalis yang umum digunakan adalah natrium hidroksida (kaustik soda). Campuran bereaksi pada temperatur 150°F selama 1 sampai 8 jam dengan pengadukan yang kuat. Katalis yang ditambahkan harus cukup untuk mengkatalis reaksi dan juga bereaksi dengan asam lemak bebas.

Jika kandungan asam lemak bebas terlalu tinggi (lebih dari 0,5 %-1 %), atau jika terdapat air dalam reaksi, sabun akan terbentuk dengan terlebih dahulu membentuk emulsi dengan metanol dan minyak, sehingga reaksi metanolisis tidak dapat terjadi. Karena itu minyak yang digunakan harus diolah sedemikian rupa untuk membuang asam lemak bebas dan semua laju umpan masuk dijaga agar bebas air.

Biasanya dalam pembuatan biodiesel digunakan metanol berlebih supaya minyak ataupun lemak yang digunakan terkonversi secara total membentuk ester. Kelebihan metanol dapat dipisahkan dengan proses destilasi. Metanol yang diperoleh kembali ini dapat digunakan lagi untuk proses pembuatan biodiesel selanjutnya. Pada tahap ini juga perlu dijaga agar air tidak terakumulasi pada alur pengeluaran metanol.

Setelah reaksi selesai dan metanol telah dipisahkan, terbentuk dua produk utama, yaitu gliserol dan metil ester. Karena adanya perbedaan densitas (gliserol 10 lbs/gal dan metil ester 7,35 lbs/gal) maka keduanya dapat terpisah secara gravitasi. Gliserol terbentuk pada lapisan bawah sementara metil ester pada lapisan atas.

Gliserol yang dihasilkan mengandung katalis yang tidak terpakai dan sabun. Pemurnian gliserol dapat dilakukan dengan penambahan asam membentuk garam dan dialirkan ke tempat penyimpanan gliserol kotor. Gliserol yang diperoleh biasanya memiliki kemurnian sekitar 80 – 88 % dan dapat dijual sebagai gliserol kotor.

Setelah dipisahkan dari gliserol, metil ester dicuci dengan air hangat untuk membuang residu katalis dan sabun, lalu dikeringkan dan dialirkan ke tempat penyimpanan. Metil ester yang dihasilkan biasanya mempunyai kemurnian 98 % dan siap dijual sebagai bahan bakar (biodiesel).

Keuntungan Pemakaian Biodiesel

Biodiesel memiliki beberapa keuntungan/nilai tambah yang lain. Diantaranya adalah :

  1. Dihasilkan dari sumber daya energi terbarukan dan ketersediaan bahan bakunya terjamin. Sumber penyedia bahan baku biodiesel yang jelas dan dapat dikendalikan sehingga kontinuitasnya dapat dipertahankan.
  2. Cetane number tinggi (bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasar sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin).
  3. Viskositas tinggi sehingga mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik daripada solar sehingga memperpanjang umur pakai mesin.
  4. Dapat diproduksi secara lokal.
  5. Mempunyai kandungan sulfur yang rendah.
  6. Menurunkan tingkat opasiti (konsentrasi) asap.
  7. Menurunkan emisi gas buang.
  8. Pencampuran biodiesel dengan petroleum diesel dapat meningkatkan biodegradibility (penguraian) petroleum diesel sampai 500 %)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s