Proses Pembuatan Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.

Catatan 

*) Angka sementara

**) Angka sangat sementara

Gambar 2.1 Produksi Minyak Kelapa Sawit(CPO) Indonesia

Sebuah proses dari esterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel dapat dibuat dari berbagai minyak nabati (minyak nabati atau lemak hewani) melalui proses esterifikasi gliserida atau dikenal dengan proses alkoholisis. Rekasi yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Ester merupakan suatu senyawa turunan asam karboksilat dimana gugus hidroksi dari asam karboksilat digantikan oleh gugus alkoksi. Esterifikasi merupakan rekasi pembentukan ester antara asam karboksilat dan alcohol. Esterifikasi adalah reaksi ionic yang merupakan kombinasi dari rekasi adisi dan penyusunan ulang (reaarangement).

 

Gambar 2.2 Mekanisme Reaksi Produksi Biodiesel

Reaksi esterifikasi dapat dibagi atas dua jenis yaitu :

·         Esterifikasi langsung, yang merupakan rekasi antara alcohol dengan asam lemak.

-                      RCOOH + R’OH è RCOOR’ + H₂O…………………….(2.1)

-                      Reaksinya merupakan rekasi substitusi nukleofilik gugus asil. Reaksinya tidak langsung secara substitusi, tetapi melalui 2 tahap yaitu tahap pertama adalah adisi nukleofilik dan diikuti tahap ke dua yaitu eliminasi. 

·         Tranesterifikasi yang meliputi :

-                      Alkoholisis, merupakan reaksi antara ester dengan alcohol membentuk ester yang baru.

RCOOR’ + R”OH è RCOOR” + R’OH………………(2.2)

-                      Asidolisi, merupakan reaksi antara ester dengan asam karboksilat membentuk ester yang baru.

RCOOR’ + R”COOH è R’COOR’ + RCOOH…………(2.3)

-                      Interesterifikasi merupakan suatu reaksi ester dengan ester lainnya atau disebut ester interchange.

Teknik produksi biodiesel yang dilakukan saat ini pada umumnya yaitu transesterifikasi. Cara ini merupakan teknik yang paling ekonomis karena :

·         proses memerlukan temperature rendah dan tekanan atmosfir (150^oF, 20Psi)

·         tingkat konversi tinggi (mencapai 98%) dengan waktu rekasi yang cukup singkat dan reaksi samping yang minimal

·         konversi langsung ke metal ester (biodiesel) tanpa melalui tahapan entermediate

·         tidak memerlukan konstruksi yang rumit

Proses produksi biodiesel melalui transesterifikasi ditunjukkan pada Gambar 2.3. Minyak atau lemak direaksikan dengan alcohol seperti methanol, dengan bantuan katalis. Dari proses ini dihasilkan glycerin dan metal ester (Biodiesel). Methanol kemudian di-recovery. Katalis yang digunakan umumnya KOH atau NAOH yang tercampurkan secara baik dalam alcohol.

            Proses produksi biodiesel yang akan dipaparkan lebih lanjut adalah biodiesel berbahan baku minyak sawit / CPO (Crude Palm Oil). Secara garis besar, proses produksi biodiesel berbahan baku minyak sawit / CPO digambarkan pada Gambar 2.3.

Tahapan-tahapan proses produksi biodiesel berbahan baku minyak sawit serta produk sampingnya meliputi :

·         Penyiapan bahan baku dan reaksi esterifikasi

Bahan baku berupa CPO disiapkan untuk mengkondisikan bahan baku serta mengurangi tingkat kesulitan pemurnian produk pada proses selanjutnya. Proses penyiapan bahan baku terdiri dari :

-          Pemanasan untuk mencairkan CPO sekaligus untuk mencapai temperature operasi reaksi esterifikasi

-          Proses degumming, yakni proses penghilangan pengotor berupa zat-zat terlarut atau zat-zat yang bersifat koloidal seperti resin, gum, protein dan fosfatida dalam minyak mentah. Proses degumming biasanya dilakukan dengan beberapa cara yaitu : pemanasan, penambahan asam, penambahan basa, proses hidrasi atau menggunakan reagen khusus. Proses degumming dengan menggunakan asam dan pemanasan memiliki kelebihan karena tidak menyebabkan proses penyabunan asam lemak bebas, yang dapat menyerapzat lender dan sebagian pigmen. Selain itu, dengan cara ini kandungan asam lemak bebas dalam CPO tidak akan hilang, bahkan dalam proses selanjutnya sisa asam tersebut dapat dijadikan katalis pada reaksi esterifikasi asam lemak bebas yang masih utuh menjadi metal ester, sehingga perolehan produk lebih banyak. Rekasi esterifikasi tersebut berlangsung menurut persamaan rekasi berikut ini :

Air yang terbentuk kemudian dihilangkan dengan cara pemanasan hingga 120^oC

·         Pembuatan katalis sodium metoksida

Bahan baku pembuatan Sodium Metoksida adalah Metanol dan Sodium Hidroksida (NaOH). Jumlah katalis yang digunakan biasanya 10% berat minyak yang digunakan

·         Reaksi Transesterifikasi

Rekasi transesterifikasi berlangsung pada temperature sekitar 60^oC dan dilakukan selama 4 – 6 jam. Untuk mendapatkan yield yang tinggi, reaksi transesterifikasi dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama, katalis yang digunakan sebanyak 2/3 bagian katalis total. Sisanya direaksikan dengan produk hasil reaksi tahap pertama yang dipisahkan gliserolnya.

Produk dari reaksi transesterifikasi sempurna didalam reaktor berupa cairan yang terpisah menjadi dua lapisan. Lapisan atas merupakan lapisan metal ester kotor, sedangkan lapisan bawah adalah gliserol kotor. Jika reaksi belum sempurna, akan ada lapisan ketiga ditengah berupa minyak yang tidak terkonversi.

·         Pemurnian metal ester

Selanjutnya, metal ester yang diperoleh dimurnikan. Proses ini pada umumnya melalui tahapan recovery methanol dan penghilangan pengotor. Lapisan metal ester yang mengandung methanol dipanaskan, kemudian uap methanol dikondensasikan.

Kemudian metal ester dibersihkan untuk menghilangkan sisa katalis dan kotoran lain seperti sabun. Untuk meningkatkan kemurnian metal ester dilakukan dua tahap pembersihan, yaitu menggunakan gliserol murni dan penetralan diikuti dengan pencucian dengan air. Gliserol disemprotkan ke permukaan metal ester dan karena lebih berat akan turun melewati metal ester sambil membawa sisa-sisa pengotor. Pada tahap akhir, gliserol dipisahkan kembali dari metal ester.

·         Pencucian menggunakan air dilakukan dengan beberapa metode sekaligus, dimana diharapkan pencucian berlangsung efektif dan biodiesel yang diperoleh cukup bersih. Metode pencucian tersebut adalah :

-          Menambahkan asam asetat. Dimaksudkan untuk menetralkan biodiesel dan mengeluarkan sisa sodium. Penambahan asam asetat akan mengurangi pemakaian air.

-          Menggunakan percikan air bersih. Air yang dipercikkan dipermukaan biodiesel akan turun sepanjang lapisan biodiesel sambil melarutkan sisa-sisa katalis dan kotoran

-          Menggunakan metode pengadukan mekanis. Pengadukan dilakukan sekitar 50 – 70 rpm untuk meningkatkan kontak air dengan biodiesel.

Setelah melalui tahap pencucian, metal ester dikeringkan untuk menghilangkan sisa air pencuci dengan dipanaskan sampai suhu 120^oC. Metil ester kering kemudian didinginkan sampai temperature dibawah 38^oC agar gliserol yang masih tersisa membeku. Selanjutnya metal ester disaring dan dimasukkan ke dalam tangki penyimpanan.

·         Perolehan kembali methanol dan pemurnian gliserol

Larutan gliserol kotor hasil pemisahan, dipanaskan untuk memperoleh kembali methanol yang ada di dalamnya. Uap Metanol kemudian dikondensasikan dan disalurkan kembali ke tangki Metanol. Gliserol bebas methanol diencerkan dengan menambahkan 2/3 bagian air bersih, dan dipanaskan agar sisa asam lemak bebas hasil hidrolisis tersabunkan oleh sisa NaOH. Ester dari sabun yang terbentuk dikeluarkan dari larutan dengan cara menambahkan sejumlah garam NaCl. Larutan Gliserin kemudian ditambahkan H₂SO₄ dan Aluminium Hidroksida sampai mencapai pH 4,5. Padatan yang terbentuk kemudian disaring. Larutan dinetralkan dengan penambahan 50 % larutan NaOH, kemudian didistilasi. Gliserol yang teah murni (kemurnian > 99,5%) disimpan, dan sebagian dikirim ke unit pembersihan Biodiesel.

Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Produksi Biodiesel Dari Minyak Sawit