Dokumen ini membahas teknologi pengolahan biodiesel dari minyak jelantah menggunakan proses mikrofiltrasi dan transesterifikasi sebagai alternatif bahan bakar diesel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biodiesel yang dihasilkan memenuhi sebagian besar standar SNI 04-7182-2006, dengan beberapa parameter masih perlu diperbaiki. Disarankan untuk melakukan variasi jumlah katalis dan pelarut metanol dalam proses transesterifikasi.

1. EVY SETIAWATI
TEKNOLOGI PENGOLAHAN BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH DENGAN PROSES MIKROFILTRASI DAN TRANSESTERIFIKASI SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN BAKAR MESIN DIESEL
Banjarbaru, 24 November 2014
Program Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa
Kerjasama Kemenristek – Kemenperin Tahun 2011

2. LATAR BELAKANG (1)
SKEMA MODEL PENGUSAHAAN PANAS BUMI
 Cadangan BBM fosil diperkirakan habis
dalam waktu 10-15 th mendatang
(data Automotive Diesel Oil)
 Pada tahun 2025, peranan energi yang
dapat diperbarui meningkat  biodiesel
(Blue Print Energi Nasional)
Peningkatan kebutuhan BBM, ditandai dengan
peningkatan jumlah kendaraan bermotor, jumlah
penduduk yang menggunakan minyak tanah,
dan jumlah industri yang menggunakan solar
 Solikhah (2009) : kualitas yang diuji hanya meliputi
viskositas, angka asam, GT, GB
 Jaruyanon, Wongsapai (2008); Suirta (2009) : proses 2 tahap
esterifikasi dan transesterifikasi. Perlu methanol banyak &
rendemen kecil. Uji hanya densitas, viskositas, bil.asam,
bil.iod
 Buchori (2009) : memproduksi biodiesel dengan catalytic
cracking pada P & T tinggi, sehingga memerlukan energi
lebih besar. Uji hanya densitas, viskositas, index bias
 Bahan baku : Minyak jelantah
 Konsumsi minyak goreng di Indonesia tahun
2008 sekitar 5 juta kL
 Mengandung senyawa-senyawa karsinogenik
Jika dibuang ke lingkungan menimbulkan
pencemaran

3. Apabila kandungan asam lemak bebas minyak jelantah tinggi, maka diperlukan katalis jumlah besar yang menyebabkan terbentuknya sabun sehingga menyulitkan proses pemisahan. Oleh karena itu diperlukan teknologi yang tepat, mudah dan murah untuk mengolah biodiesel berbahan baku minyak jelantah.
LATAR BELAKANG (2)

4. Metodologi
minyak jelantah
Filtrasi dengan filter paper
1 μm, 5 μm, dan 16 μm
Minyak-minyak lemak
Trans-esterifikasi
Settling dalam air
panas
Bagian atas:
Ester metil / etil asam lemak
Bagian bawah:
Gliserin kasar
Pemurnian dengan
Bleaching earth 1%
Product
By product
Analisis pendahuluan:
kadar FFA, kadar air dan kotoran
0,6 %
NaOH
30 %
Methanol
Sodium Metoksid
- Diaduk sampai larut
- Dipanaskan suhu 65 C
- t0 = 30, 60, 90 menit
- Dipanaskan sampai suhu 50 C
- Didiamkan selama 1 jam
- Diaduk dan dipanaskan
- Dipisahkan menggunakan filter vaccum pump
Pure Biodiesel
Drying pada T=105 C
Saring

5. Proses Penyaringan minyak jelantah
Minyak Jelantah sebelum penyaringan

6. Mijel setelah penyaringan
Proses pemanasan Mijel sampai 500C dan proses pelarutan NaOH

7. Proses pencampuran Mijel + NaMeOH (pada saat T=500C)
Proses transesterifikasi T = 650C, t = 60 mt

8. Settling selama 1 jam
Proses pemisahan fa (biodiesel kasar) dan fb (gliserol)

9. Biodiesel kasar + adsorben
Gliserol

10. Drying
Biodiesel murni

11. Mijel awal – Mijel filtrasi – Crude biodiesel + adsorben – Gliserol
Unit Plant Pembuatan Biodiesel

12. Hasil Penelitian (1)
Puncak
Waktu Retensi
% Senyawa
Senyawa
1
17,070
0,56
Metil ester tridekanoat
2
19,368
39,93
Metil ester heksadekanoat
(metil ester palmitat)
3
20,850
0,15
Olealdehid
4
21,163
51,29
Metil ester 9-octadecanoat
(metil ester oleat)
5
21,326
4,58
Metil ester oktadekanoat
(metil ester stearat)
6
22,925
3,31
Metil ester risinoleat
(metil undekanoat)
7
23,137
0,18
Metil ester eikosanoat
(metil arachidat)
GC-MS

13. Hasil Penelitian (2)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Total Acid Number (mgKOH/g)
Kombinasi Perlakuan
Series1
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Gliserol Total (%)
Kombinasi Perlakuan
Biodiesel memiliki kadar gliserol total yang rendah dan memenuhi standar SNI 04-7182-2006 (maksimal 0,24%-massa)
Biodiesel minyak jelantah secara umum memiliki bilangan asam yang rendah dan memenuhi standar SNI (maksimal 0,80 mg KOH/g)

14. Hasil Penelitian (3)
96,40
96,60
96,80
97,00
97,20
97,40
97,60
97,80
Kadar Ester (%)
Kombinasi Perlakuan
Kadar gliserol bebas tinggi dan tidak memenuhi SNI 04-7182-2006 (maksimal 0,02%- massa) Hanya biodiesel dengan perlakuan a2b3 dan a3b3 yang memenuhi persyaratan.
•Kadar ester memenuhi SNI (minimal 96,5%)  menunjukkan besarnya perubahan reaktan menjadi kompleks teraktifkan.
•Peningkatan kadar ester terjadi karena semakin lamanya reaksi sehingga tumbukan antar molekul reaktan semakin sering terjadi.

15. Rangkuman Hasil Penelitian (4)
N0
Parameter
Satuan
Hasil Analisa
Kadar Max
1
Massa Jenis pada 400C
kg/m3
852
850 - 890
2
Viskositas kinematik pada 400C
mm2/s (cSt)
3,5796
2,3 - 6,0
3
Angka setana
oC
67,2
min 51
4
Titik nyala
oC
175
min 100
5
Titik kabut
oC
11
maks 18
6
Korosi lempeng tembaga
1a
maks no. 3
7
Residu karbon
%-vol
0,01 %wt
maks 0,05
8
Air dan sedimen
%-vol
<0,05
maks 0,05
9
Temperatur destilasi 90% vol
oC
365,2
360
10
Abu tersulfatkan
%-brt
0,02
11
Belerang
ppm (mg/kg)
< 0,0017%
maks 10
12
Fosfor
ppm (mg/kg)
6
maks 10
13
Angka asam
mg-KOH/g
0,12489
maks 0,8
14
Gliserol bebas
%-massa
0,01168
maks 0,02
15
Gliserol total
%-massa
0,23381
maks 0,24
16
Kadar ester alkil
%-massa
97,37
min 96,5
17
Angka iodium
%-massa (g-12/100g)
106,15
maks 115
18
Uji Helphen
negatif
negatif
16 μm, t = 60’

16. Hasil Penelitian (5)
Massa jenis pada 400C
Indikator banyaknya zat-zat pengotor, seperti sabun dan gliserol hasil reaksi penyabunan, sisa asam-asam lemak, air, sisa NaOH, ataupun sisa MeOH (Peterson, 2001 dalam Oktaningrum, 2010). Jika massa jenis biodiesel melebihi ketentuan sebaiknya tidak digunakan karena meningkatkan keausan mesin dan menyebabkan kerusakan mesin.
Viskositas kinematik pada 400C
Karena tingkat efektivitas proses reaksi yang tinggi, didominasi oleh metil oleat sehingga berkontribusi terhadap rendahnya viskositas yang dihasilkan (Kartika, I.A., dkk, 2009). Jika terlalu kental  dapat menyulitkan aliran, pemompaan, dan penyalaan. Jika terlalu encer  menyulitkan penyebaran bahan bakar sehingga sulit terbakar dan akan menyebabkan kebocoran dalam pipa injeksi. Viskositas berbanding lurus dengan massa jenis.
Angka setana
Merupakan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri. Minyak kelapa dan sawit mengandung asam lemak jenuh sehingga dapat diperkirakan memiliki angka setana yang lebih tinggi. Metil ester asam lemak tak jenuh (r>0) memiliki bilangan setana yang lebih kecil dibanding metil ester asam lemak jenuh (r = 0). Meningkatnya jumlah ikatan rangkap (tak jenuh) suatu metil ester asam lemak akan menyebabkan penurunan bilangan setana
Titik nyala
Telah sesuai dengan syarat mutu biodiesel  berada dalam batas aman terhadap bahaya kebakaran selama penyimpan, penanganan dan transportasi (handling and storage). Titik nyala mengindikasikan tinggi rendahnya volatilitas dan kemampuan untuk terbakar dari suatu bahan bakar.

17. Hasil Penelitian (6)
Titik kabut
Suatu bahan bakar yang sudah terdestilasi adalah temperatur dimana bahan bakar menjadi berkabut karena kehadiran dari kristal-kristal lilin.
Korosi lempeng tembaga
Memprediksi derajat korosifitas relatif lempeng tembaga yang diujikan pada biodiesel. Hasil pemeriksaan biodiesel diperoleh penggolongan 1a. Tidak ditemukan berkas korosifitas pada lempeng tembaga dengan penampakan berwarna orange terang, mengkilap, dan hampir sama baru.
Residu karbon
Sesuai dengan syarat mutu biodiesel SNI-04-7182-2006  tidak mengandung sisa karbon di atas standar. Residu karbon bahan bakar yang tinggi menyebabkan silinder cepat terabrasi
Air dan sedimen
Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak. Kadar air ,mutunya makin baik  memperkecil kemungkinan terjadinya reaksi hidrolisis yang dapat menyebabkan kenaikan kadar asam lemak bebas. Sedimen maka mempengaruhi kelancaran distribusi bahan bakar pada ruang pembakaran sehingga mempengaruhi akselerasi kerja mesin diesel  menyumbat dan merusak mesin.
Temperatur destilasi 90% vol
Temperatur destilasi 90% vol biodiesel yang dihasilkan telah melampaui syarat mutu SNI-04-7182-2006, namun dinilai masih memenuhi persyaratan biosolar (max 3700C).

18. Hasil Penelitian (7)
Abu tersulfatkan
Kandungan abu tersulfatkan menunjukkan kontaminan materi dan zat organik seperti residu katalis dan sabun yang teroksidasi daiam proses pembakaran sehingga membentuk deposit pada mesin (Mittelbach dan Remschmidt 2004 dalam Sahirman, dkk, 2008).
Belerang
Kandungan belerang dalam bahan bakar diesel sangat tergantung pada asal bahan baku yang akan diolah. Keberadaan belerang tidak diharapkan karena sifatnya merusak yaitu apabila oksida belerang kontak dengan air merupakan bahan yang korosif terhadap logam di ruang bakar  hasil pembakaran menimbulkan polusi
Fosfor
Fosfor dalam biodiesel dibatasi maksimal 10 ppm, karena menimbulkan kerak di kamar pembakaran mesin diesel dan meningkatkan jumlah emisi partikulat dalam emisi gas buang.
Angka asam
Merupakan jumlah milligram KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam satu gram minyak atau lemak. Asam lemak bebas ini terdiri dari asam lemak bebas dan sisa asam mineral (Prihandana, dkk., 2006).
Gliserol bebas dan gliserol total
Kadar gliserol merupakan parameter utama kualitas biodiesel. Kadar gliserol bebas dipengaruhi oleh proses produksi biodiesel. Adanya senyawa gliserida dalam biodiesel disebabkan konversi minyak nabati yang kurang sempurna selama proses transesterifikasi atau reaksi balik antara gliserin dan metil ester.

19. Hasil Penelitian (8)
Kadar ester alkil
Semakin lama waktu reaksi, maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Hikmah dan Zuliyana (2010)  “kesetimbangan reaksi sudah tercapai dalam waktu kurang lebih 60 menit, sehingga dalam waktu yang lebih lama dari 60 menit tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil dan reaksi bersifat reversible (bolak- balik)”.
Angka iodium
Menunjukkan banyaknya ikatan rangkap dua dalam asam lemak penyusun biodiesel. Jika AI tinggi (>115%), cenderung untuk terpolimerisasi dan pembentukan deposit di lubang saluran injector noozle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan, 2005).
Uji Helphen
Biodiesel ini tidak mengandung asam lemak siklopropenoid sehingga aman digunakan untuk mesin diesel (uji Helphen = -)

20. Uji Emisi (1)
No
Emisi
Hasil Uji
Baku Mutu
Satuan
B0
B20
B40
B60
B80
B100
1
Karbon monoksida (CO)
-
mg/m3
5,5
0,15
0,09
0,07
0,03
0,01
2
Nitrogen Oksida (NOx) sebagai NO2
700
mg/m3
43,5
17,0
13,0
10,0
9,50
6,00
3
Opasitas
15
%
6
5
4
4
3
3
4
Sulfur Dioksida (SO2)
700
mg/m3
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
5
Partikulat
200
mg/m3
43,05
43
42,95
42,43
41,65
41,55
% Penurunan Emisi
Emisi
B20
B40
B60
B80
B100
Karbon monoksida (CO)
97,27
98,36
98,73
99,45
99,82
Nitrogen Oksida (NOx) sebagai NO2
60,92
70,11
77,01
78,16
86,21
Opasitas
16,67
33,33
33,33
50,00
50,00
Partikulat
0,12
0,23
1,44
3,25
3,48
% Penurunan Emisi

21. Uji Emisi (2)
% Penurunan Emisi

22. Aspek Tekno Ekonomi
Bahan Bakar
Harga Jual/Liter
(Rp)
Selisih Harga Jual terhadap Biodiesel
(Rp)
Keterangan
Biodiesel (2011)
4.979*
0
-
Solar Subsidi (2011)
4.500
(479)
Biodiesel lebih mahal 9,62%
Solar Non Subsidi (2011)
9.750
4.771
Biodiesel lebih murah 95,82%
Solar Pertamina DEX (2011)
17.000
12.021
Biodiesel lebih murah 241,43%
Solar Subsidi (2014)
7.500
(479)
Biodiesel lebih mahal 50,6%
Solar Non Subsidi (2014)
??
??
??

23. Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
•Produk biodiesel dengan mikrofiltrasi 16 μm dengan lama proses transesterifikasi selama 60 menit telah memenuhi persyaratan SNI 04-7182-2006, kecuali parameter temperatur destilasi 90 0C, tetapi nilai ini masih memenuhi persyaratan biosolar Saran
•Dari sisi proses transesterifikasi, sebaiknya dilakukan variasi jumlah katalis dan pelarut metanol dan variasi suhu

24. TERIMA KASIH