PROSES PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL (CPO) SERTA TEKNIK BLENDING DENGAN MINYAK SOLAR

BY:

Aguk Zuhdi MF dan Bibit S Rahayu

Department of Marine Engineering

Faculty of Ocean of Technology - ITS Surabaya

INDONESIA

 

Published: March 2005

Contact person: fathalaz@its.ac.id

 

 

Abstract

Sumber-sumber energi semakin terbatas, pencemaran lingkungan semakin meningkat, sehingga mendorong sebuah penelitian untuk mendapatkan bahan bakar alternatif yang bersifat renewable dan ramah lingkungan. Biodiesel merupakan sebuah nama yang diberikan untuk bahan bakar yang diperoleh melalui proses esterifikasi lemak atau asam lemak dengan menggunakan methanol atau ethanol. Asam lemak bisa didapatkan dari minyak nabati seperti Crude Palm Oil (CPO). Biodiesel dari CPO disebut Crude Palm Oil Methyl Ester(CPOME). Pengujian karakteristik CPOME di laboratorium telah menunjukkan bahwa dalam bentuk ester, karakteristik fisik dan kimia-nya lebih mirip dengan minyak solar. CPOME dapat digunakan pada motor diesel tanpa modifikasi dan dapat digunakan dengan komposisi Crude Palm Oil Methyl Ester murni (CPOME100) atau dicampur dengan minyak solar (CPOMExx).

 

1. Pendahuluan

Sebagai negara tropis yang subur, Indonesia diberkahi dengan berbagai sumber energi, baik dari fosil seperti minyak, gas dan batubara maupun sumber energi yang dapat diperbaharui, seperti tenaga matahari, panas bumi, biomassa, tenaga air, angin dan laut. Namun demikian, sejauh ini minyak bumi masih mendominasi kebutuhan konsumsi energi di tanah air. Disamping untuk memenuhi kebutuhan energi domestik, minyak sangat penting sebagai komoditas ekspor guna pemasukan pendapatan negara. Oleh karena itu perlu kebijakan arif pemerintah Indonesia agar optimasi penggunaan bahan baku CPO dapat optimum.

Mengingat cadangan sumber minyak bumi nasional semakin menipis, sementara konsumsi energi semakin meningkat, maka jika tidak diwaspadai, dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama Indonesia akan menjadi pengimpor minyak bumi. Ironisnya, kontribusi energi yang dapat diperbaharui dari total kebutuhan energi nasional saat ini kurang dari satu persen. Ini berarti penggunaan energi dari fosil harus dilakukan secara bijaksana dan efisien.

Berbagai upaya telah dilakukan guna mendapatkan sumber energi alternatif, diantaranya adalah dengan mengembangkan bahan bakar dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui, yaitu minyak nabati. Pada dasarnya hampir seluruh minyak nabati dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Saat ini beberapa jenis minyak tanaman seperti kelapa, kedelai, lobak dan sawit telah diteliti untuk digunakan sebagai bahan bakar alternatif.

Biodiesel dari minyak sawit mentah (crude palm oil) merupakan harapan baru untuk menjawab sebagian kebutuhan energi di Tanah Air. Mengingat bahwa Indonesia tercatat sebagai negara produsen kelapa sawit terbesar kedua di dunia setelah Malaysia. Produksi minyak kelapa sawit Indonesia saat ini mencapai 6,5 juta ton per tahun dan diperkirakan pada tahun 2012 akan meningkat hingga 15 juta ton per tahun karena pengembangan lahan.

Tingginya biaya produksi biofuel/biodiesel dari minyak nabati lainnya justru menjadi keunggulan bagi pengembangan crude palm oil (CPO) sebagai bahan bakar alternatif. Karena jika dibandingkan minyak nabati lain sebagai penghasil bahan bakar alternatif, penggunaan CPO sebagai raw material akan jauh lebih murah.

Tetapi terdapat beberapa masalah teknis yang harus dipecahkan sebelum CPO digunakan sebagai bahan bakar motor diesel. Masalah ini disebabkan oleh perbedaan dasar pada sifat-sifat fisika dan kimia antara CPO dan bahan bakar solar. Sifat-sifat fisika dan kimia tersebut  menyebabkan atomisasi minyak nabati pada sistem injeksi akan lebih jelek dari pada bahan bakar fosil.

Untuk mendapatkan kinerja yang optimum pada sistem injeksi motor diesel ada tiga pilihan yang dapat dilakukan, yaitu:

§         Modifikasi sifat-sifat kimia dan fisika minyak nabati sehingga sesuai dengan sifat fisika dan kimia bahan bakar diesel.

§         Modifikasi peralatan injeksi pada motor diesel.

§         Kombinasi dua modifikasi diatas.

Penelitian ini adalah dengan memodifikasi sifat-sifat fisika dan kimia CPO melalui suatu proses sederhana yang disebut dengan proses transesterifikasi.

Dalam proses transesterifikasi, bahan baku yang digunakan untuk membuat biodiesel adalah CPO dan metanol. Dengan dibantu katalis basa dan pengaturan suhu kurang dari 60ºC, reaksi transesterifikasi antara kedua bahan membentuk methyl ester dengan produk sampingan berupa gliserol. Methyl ester inilah yang disebut biodiesel dan memiliki kemiripan sifat dengan minyak solar. Kemudian biodiesel yang dihasilkan dikenal sebagai Crude Palm Oil Methyl Ester (CPOME).

Sebagai bahan bakar alternatif, CPOME harus memenuhi spesifikasi bahan bakar diesel dan kriteria standart polusi yang ditimbulkan. Seperti kita ketahui bahwa disamping berbagai keunggulannya, motor diesel yang memakai bahan bakar konvensional dikenal sebagai penghasil polusi yang tinggi. Dengan pemakaian CPOME diharapkan dapat menurunkan dampak polusi yang ditimbulkan. Sehingga perlu kiranya untuk melakukan pengujian emisi gas buang dari penggunaan CPOME pada motor diesel.

2. Tinjauan Pustak

Biodiesel merupakan nama yang diberikan untuk bahan bakar yang terdiri dari mono-alkyl ester yang dapat terbakar dengan bersih. Nama biodiesel telah disetujui oleh Departemen of Energy (DOE), the Environmental Protection Agency (EPA) dan American Society of Testing Material (ASTM) sebagai industri energi alternatif. Berasal dari asam lemak yang sumbernya renewable limit, dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan dan menghasilkan emisi gas buang yang relatif lebih bersih dibandingkan bahan bakar konvensional. Biodiesel tidak beracun, bebas dari belerang, aplikasinya sederhana dan berbau harum.

Biodiesel dapat ditulis sebagai B100. B100 menunjukkan bahwa biodiesel tersebut murni 100% terdiri atas mono-alkyl ester. Biodiesel campuran ditandai seperti " BXX", dimana " XX" menyatakan prosentase komposisi biodiesel yang terdapat di campuran tersebut, dengan kata lain B20 adalah 20% biodiesel, 80% minyak solar (Zuhdi dkk, 2003).

Proses pembuatan ester telah banyak dikembangkan oleh berbagai expertis misalnya (Allen & Watts 1996, dalam Zuhdi dkk 2003), Zuhdi dkk (2002), Pelly (2000) dan Kac (2001). Allen dan Watts membuat prototype esterifikasi tipe batch, reaktor ini dikembangkan dalam skala laboratorium. Dalam pembuatan biodiesel menggunakan nitrogen sehingga prosesnya menjadi mahal. Zuhdi dkk (2002) juga membuat protype skala lab yang selain lebih sederhana juga biaya operasinya murah. Mike Pelly memberikan metode untuk membuat biodiesel untuk Waste Vegetable Oil (WVO). Meskipun metode ini dipergunakan untuk membuat biodiesel dari minyak jelantah namun dengan sedikit memodifikasi proses dapat diaplikasikan untuk membuat biodiesel dari minyak nabati yang masih murni (Zuhdi, 2003).

Kac (2001) mengadaptasi metode Mike Pelly dengan memproses biodiesel dengan dua tingkat. Metode ini banyak diaplikasikan karena diperoleh hasil dengan kualitas yang tinggi. Pelly (2000) memberikan prosedur mulai dari persiapan, esterifikasi, mencuci, mengeringkan dan mengecek hasil akhir. Kac (2001) mengembangkan metode ini dengan memproses pereaksian dua kali, dengan cara ini diperoleh hasil biodiesel yang lebih berkualitas. Selanjutnya Kac (2001) memperbaiki metode untuk membuat biodiesel. Dalam prosedur ini lebih menyederhanakan alat-alat yang digunakan dan menambahkan bagaimana cara melakukan troubleshooting.

Pembuatan biodiesel adalah menurunkan viskositas minyak nabati dengan jalan mengeluarkan glyserinnya melalui esterifikasi. Akibat dari pengambilan glyserin ini PH dari biodiesel menjadi sekitar 9-10 (Kac, 2001). Untuk mengembalikan ke kondisi normal perlu pencucian biodiesel. Pelly (2000) menawarkan dengan cara pencucian menggunakan buble washing, teknik ini dikembangkan di Idaho University, walaupun memerlukan waktu yang lama tetapi tidak memerlukan banyak air (Pelly, 2000). Buble washing merupakan teknik pencucian yang paling ekonomis karena hanya menggunakan power yang kecil selain air (Pelly, 2000).

Manfaat dari menggunakan bahan bakar biodiesel adalah akan mengurangi emisi gas buang; particulate matter (PM), total hydrocarbon (THC), dan carbon monoxide (CO), tetapi menambah nitrogen oxides (NOx) (Schumacher dkk, 1995). Mencampur biodiesel dengan bahan bakar konvensional dapat menurunkan tingkat emisi NOx dari pada penggunaan biodiesel murni (100%), disamping mengatur waktu injeksi bahan bakar dan temperatur operasi (Krishna, 2001). Menggunakan 10/90 sampai 50/50 campuran biodiesel/bahan bakar konvensional mengurangi biaya bahan bakar (30-54)%. Engine testing dengan campuran biodiesel dan bahan bakar konvensional juga menunjukkan pengurangan pada sejumlah emisi gas buang.  Di samping itu, hanya sedikit perubahan yang diperlukan di dalam sistem bahan bakar ketika bahan bakar dicampur biodiesel. Blending biodiesel/bahan bakar konvensional yang paling baik adalah 20/80 (Schumacher dkk, 1992).

 

3. Analisa dan Pembahasan 

Pada bab ini, analisa dan pembahasan dititikberatkan pada proses produksi dan pencampuran bahan bakar serta pengujian karakteristik bahan bakar yang akan digunakan dalam eksperimen. Data-data hasil analisa dan pembahasan ditampilkan dalam bentuk gambar, tabel dan grafik. Terdapat tiga permasalahan yang akan dilakukan analisa dan pembahasan, antara lain:

1.                  Produksi Crude Palm Oil Methyl Ester (CPOME)

2.                  Pencampuran Crude Palm Oil Methyl Ester dengan minyak solar

3.                  Pengujian karakteristik (CPOME100) dan  bahan bakar campuran CPOME dengan minyak solar (CPOMExx)

3.1 Produksi Crude Palm Oil Methyl Ester

Untuk membuat Crude Palm Oil Methyl Ester, bahan baku yang digunakan adalah Crude Palm Oil (CPO) atau dikenal juga dengan minyak sawit mentah. Bahan baku diperoleh dari PT. Sinar Mas yang berkantor pusat di Balikpapan (perkebunan sawit). Proses produksi Crude Palm Oil Methyl Ester dilakukan dengan metode transesterifikasi, dimana sebelum proses transesterifikasi terlebih dahulu dilakukan proses deasidifikasi (penghilangan asam lemak bebas), karena CPO yang digunakan mengandung asam lemak bebas (ALB) 5%. Metode ini dapat dilihat pada Rahayu (2005). Produksi pertama kali dilakukan dalam skala kecil. Setelah uji coba beberapa kali dan diperoleh hasil yang cukup memuaskan maka produksi meningkat dalam skala besar.

Proses produksi Crude Palm Oil Methyl Ester dilakukan dengan menggunakan peralatan dapur. Kapasitas peralatan untuk sekali esterifikasi adalah 5 liter. Sehingga volume Crude Palm Oil Methyl Ester yang dihasilkan sangat terbatas. Untuk dapat memenuhi kebutuhan Crude Palm Oil Methyl Ester selama eksperimen, proses pembuatan dilakukan dalam beberapa tahap. Hal ini menyebabkan hasil yang diperoleh dari percobaan yang berulang kali tersebut bervariasi. Masalah lain yang timbul adalah adanya perbedaan bentuk pada setiap lapisan CPO.

CPO yang digunakan dalam eksperimen mempunyai 3 lapisan, yaitu lapisan paling atas bentuknya cair, kental berwarna gelap dan bersih (tidak ada partikel padat). Lapisan paling bawah berwarna oranye dan padat, terdapat banyak partikel padat berupa asam lemak. Sedangkan lapisan tengah berwarna coklat kemerah-merahan, bentuknya cair dan disertai partikel padat.

 

Gambar 3.1 Bentuk CPO dalam 3 lapisan

Tetapi apabila CPO yang fraksi padat tersebut dipanaskan sampai suhu 40ºC, maka warnanya akan berubah menjadi gelap seperti lapisan yang paling atas dan apabila dibiarkan dalam waktu semalam maka warnanya akan kembali seperti semula.

Dalam proses esterifikasi menggunakan tipe batch. Meskipun pada eksperimen ini menggunakan peralatan dapur, tetapi pada prinsipnya tidak jauh berbeda dengan cara kerja dari reaktor yang digunakan  Pelly (2000) dan  Kac (2001).

Dari hasil proses esterifikasi, didapatkan bahwa hasil dari masing-masing lapisan CPO adalah berbeda. Pada lapisan CPO yang paling atas, menghasilkan gliserol yang paling sedikit, sedangkan gliserol terbanyak dihasilkan oleh lapisan yang paling bawah. Data visual hasil esterifikasi dari masing-masing lapisan CPO tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

  A                                        B                                    C

Gambar 3.2  Hasil proses esterifikasi pada setiap lapisan CPO

 

Keterangan Gambar:

A.           Hasil esterifikasi pada lapisan atas CPO

B.           Hasil esterifikasi pada lapisan tengah CPO

C.           Hasil esterifikasi pada lapisan bawah CPO

Perbedaan jumlah gliserol yang dihasilkan dari proses esterifikasi pada setiap lapisan CPO tersebut berkaitan dengan jumlah asam lemak yang terkandung pada setiap lapisan CPO berbeda. Semakin banyak lapisan CPO mengandung asam lemak (fraksi padat), maka jumlah gliserol yang dihasilkan juga semakin banyak. Sebaliknya semakin sedikit lapisan CPO mengandung asam lemak (fraksi cair), maka jumlah gliserol yang dihasilkan juga semakin sedikit.

Gliserol merupakan indikasi yang menentukan kualitas dari keberhasilan esterifikasi. Semakin banyak gliserol yang dihasilkan, maka viskositas dari Crude Palm Oil Methyl Ester akan semakin rendah. Bahan bakar yang digunakan pada motor diesel harus mempunyai viskositas yang relatif rendah, sehingga ia akan mengalir dengan mudah melalui sistem pompa dan fuel injection line, penyemprotan dan atomisasi bahan bakar juga dapat terlaksana dengan baik.

Berdasarkan hasil esterifikasi dari masing-masing lapisan CPO diketahui bahwa lapisan CPO paling bawah menghasilkan gliserol yang paling banyak dibanding lapisan yang lain. Hal ini belum tentu mengindikasikan bahwa hasil esterifikasi dari lapisan CPO yang paling bawah tersebut mempunyai viskositas yang lebih rendah dibanding lapisan CPO yang lain. Banyaknya gliserol yang dihasilkan pada lapisan ini dikarenakan banyaknya asam lemak yang terkandung pada lapisan ini. Untuk mengetahui nilai viskositas hasil esterifikasi pada masing-masing lapisan CPO dapat dibuktikan pada pengujian karakteristik.

Keuntungan jika gliserol yang dihasilkan sedikit, maka produksi Crude Palm Oil Methyl Ester akan meningkat. Sedangkan apabila gliserol yang dihasilkan banyak, maka biodiesel yang dihasilkan juga akan semakin sedikit. Banyak sedikitnya gliserol yang dapat dihasilkan juga sangat erat kaitannya dengan karakteristik fisik yang dihasilkan. Warna juga merupakan indikasi keberhasilan dari pemrosesan biodiesel. Dengan kualitas bahan baku yang sama, apabila gliserol yang dihasilkan sedikit dan warna ester cenderung gelap, maka diperoleh viskositas yang tinggi. (Zuhdi, 2002 dalam Fahruri, 2003).

Grafik 3.1 berikut ini menunjukkan prosentase input dan output proses esterifikasi pada setiap lapisan CPO yang disajikan dalam bentuk diagram pie. CPO lapisan atas ditunjukkan diagram pie I, CPO lapisan tengah ditunjukkan diagram pie II, CPO lapisan bawah ditunjukkan diagram pie III, sedangkan campuran ketiga lapisan CPO ditunjukkan diagram pie IV. Proses esterifikasi dilakukan pada setiap lapisan CPO dengan menggunakan komposisi input yang sama tetapi output yang dihasilkan pada masing-masing lapisan berbeda.

Pada CPO lapisan atas menghasilkan gliserol sebesar 12%, CPO lapisan tengah menghasilkan gliserol sebesar 24% dan CPO lapisan bawah menghasilkan gliserol sebesar 60%. Apabila gliserol yang dihasilkan dari esterifikasi ketiga lapisan tersebut dibuat rata-rata, maka didapatkan gliserol sebesar 32%, dimana nilai tersebut merupakan jumlah gliserol campuran dari tiga lapisan CPO yang di esterifikasi secara terpisah. Jumlah gliserol yang dihasilkan tersebut akan berbeda apabila ketiga lapisan CPO dicampurkan dan diesterifikasi secara bersama, dimana gliserol yang dihasilkan jauh lebih besar, yaitu 58%. Sehingga untuk mendapatkan hasil Crude Palm Oil Methyl Ester yang lebih besar, sebaiknya proses esterifikasi dilakukan secara terpisah pada setiap lapisan CPO, baru kemudian hasil esterifikasi dari setiap lapisan tersebut dicampurkan.

 

Grafik 3.1 Input dan output proses esterifikasi

Gliserol yang dihasilkan dari proses esterifikasi kemudian dipisahkan dari Crude Palm Oil Methyl Ester. Setelah hanya tinggal lapisan ester, langkah selanjutnya adalah melakukan pencucian terhadap Crude Palm Oil Methyl Ester. Proses pencucian dilakukan dengan metode buble, dimana metode ini pertama kali diperkenalkan di Universitas Idaho.

Pencucian bertujuan untuk menghilangkan sisa katalis, alkohol, dan kotoran yang tertinggal di dalam produk. Proses pembuble-an berlangsung minimal 6 jam. Pencucian dilakukan dengan terlebih dahulu menuangkan destwater ke dalam akuarium dan kemudian baru menuangkan Crude Palm Oil Methyl Ester. Kapasitas akuarium untuk setiap kali proses pencucian adalah 6 liter dengan perbandingan volume destwater dengan Crude Palm Oil Methyl Ester 1:1. Proses pencucian juga bergantung pada jumlah asam cuka yang dilarutkan. Penambahan asam cuka ini bertujuan untuk mendapatkan pH yang normal. Tanda-tanda yang mudah diamati pada awal proses yaitu, apabila belum terjadi pemisahan antara Crude Palm Oil Methyl Ester dengan destwater dan terjadi emulsi, berarti kekurangan asam, sehingga perlu ditambahkan asam cuka sebanyak 10% dari jumlah yang dimasukkan pada awal buble secara berkala. Sebaliknya apabila destwater jernih sekali, hal itu menandakan kebanyakan asam yang dilarutkan. Untuk meyakinkan dapat menggunakan kertas lakmus untuk mengukur pH-nya.

Dalam akuarium akan terjadi dua lapisan. Lapisan atas merupakan Crude PalM Oil Methyl Ester yang telah terpisah dari destwater, sedangkan lapisan bawah yang berwarna putih susu merupakan emulsi yang terjadi, yaitu campuran antara Crude Palm Oil Methyl Ester dengan destwater. Untuk lapisan atas dapat langsung dipanaskan sampai suhu 130°C. Sedangkan lapisan yang bawah bukan berarti tidak bisa digunakan. Untuk mendapatkan minyak dari emulsi ini, maka dilakukan pemisahkan dengan cara pengeringan.

Proses pengeringan dilakukan dengan cara memanaskan minyak sampai suhu 130°C. Proses ini perlu dilakukan dengan hati-hati karena akan terjadi letupan. Apabila kandungan air dalam minyak terlalu banyak, dalam proses pengeringan akan terjadi letupan yang sangat besar. Oleh karena itu, apabila terlihat banyak kandungan air yang terdapat pada bagian bawah wadah, sebaiknya dipisahkan dulu. Sehingga ketika dipanaskan kandungan air hanya sedikit, dimana hal ini akan menghindari letupan yang lebih besar (Zuhdi dkk,2003).

Gambar 3.3 Proses pengeringan

Setelah proses pengeringan selesai, berarti Crude Palm Oil Methyl Ester telah selesai diproduksi. Kemudian Crude Palm Oil Methyl Ester yang telah dihasilkan disimpan didalam botol untuk diuji karakteristiknya. Bentuk dari CPOME yang telah dihasilkan dapat dilihat pada gambar 4.4 berikut ini:

Gambar 3.4 Crude Palm Oil Methyl Ester

3.2 Proses Pencampuran Crude Palm Oil Methyl Ester dengan Minyak Solar

Pemakaian bahan bakar Crude Palm Oil Methyl Ester diharapkan dapat menjadi alternatif pengganti minyak solar. Pengaruh pemakaian Crude Palm Oil Methyl Ester pada motor diesel, tidak hanya terbatas pada pemakaian Crude Palm Oil Methyl Ester untuk menggantikan minyak solar secara total (CPOME100), tetapi juga terhadap pemakaian bahan bakar campuran (CPOMExx). Sifat-sifat fisika dan kimia Crude Palm Oil Methyl Ester menunjukkan beberapa sifat yang berbeda dengan sifat-sifat minyak solar. Untuk mendapatkan bahan bakar yang mempunyai sifat-sifat mendekati spesifikasi minyak solar, maka dilakukan pencampuran antara Crude Palm Oil  Methyl Ester dengan minyak solar.

Proses pencampuran antara Crude Oil Palm Methyl Ester dengan minyak solar belum tentu dapat bercampur dengan sempurna, bahkan akan terjadi separasi. Oleh karena itu proses pencampuran perlu dilakukan secara eksperimen guna mendapatkan hasil pencampuran yang diharapkan.

Gambar 3.5 Perbandingan secara visual CPME dengan minyak solar

Dari gambar 3.5  terlihat perbedaan warna antara Crude Palm Methyl Ester dengan minyak solar. Gelas kecil (200 ml) adalah  Crude Palm Methyl Ester dengan volume 150 ml, sedangkan gelas besar (500 ml) minyak solar dengan volume 3500 ml. Kedua bahan bakar tersebut kemudian dicampurkan. Proses pencampuran dilakukan dengan memasukkan Crude Palm Methyl Ester ke dalam wadah minyak solar. Kemudian pengadukan dilakukan selama beberapa menit untuk mencampurkan kedua bahan bakar. Karena kedua bahan bakar mempunyai perbedaan warna, maka warna bahan bakar hasil pencampuran merupakan suatu indikasi keberhasilan proses pencampuran yang telah dilakukan.

Gambar 3.6 Hasil pencampuran CPME (30%) dengan minyak solar (70%)

Berdasarkan gambar 3.6  terlihat bahwa pencampuran antara CPOME (30%) dengan minyak solar (70%) dapat bercampur  sempurna tanpa terjadi separasi. Bahan bakar campuran juga menunjukkan keseragaman warna, dimana Crude Palm Oil Methyl Ester mempunyai pengaruh warna yang lebih dominan. Bahan bakar campuran ini membentuk suatu karakteristik baru, dimana keunggulan dari kedua bahan bakar dapat termanfaatkan sedangkan kelemahan dari kedua bahan bakar dapat tereliminir. Apabila dalam proses pencampuran tidak dapat bercampur dengan baik maka dicoba dengan memanaskan kedua bahan bakar sampai mencapai suhu 50°C agar tidak terjadi separasi. (Zuhdi dkk, 2002).

Proses pencampuran tidak hanya dilakukan dengan komposisi CPOME30, tetapi juga dilakukan pada berbagai komposisi bahan bakar, diantaranya adalah CPOME10, CPOME20, CPOME40, CPOME50, dan CPOME60. Pencampuran dengan berbagai komposisi ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik fisik dari berbagai komposisi campuran yang dihasilkan, selain itu juga bertujuan untuk mendapatkan bahan bakar campuran yang paling sempurna yang mempunyai spesifikasi mendekati minyak solar.

 

A                                                        B                                                        C

D                                                        E                                                        F

Gambar 3.7 Pencampuran CPOME dengan minyak solar pada berbagai komposisi

Keterangan Gambar:

A.     CPOME10                        D.   CPOME40

B.     CPOME20                        E.   CPOME50

C.     CPOME30                        F.   CPOME60

Berdasarkan gambar 3.7  diketahui bahwa pada dasarnya Crude Palm Oil Methyl Ester dapat bercampur dengan minyak solar secara sempurna tanpa terjadi separasi dengan komposisi berapapun. Hasil pencampuran menunjukkan perubahan warna pada tiap komposisi. Semakin besar komposisi Crude Palm Methyl Ester di dalam campuran, maka warna campuran semakin mendekati warna Crude Palm Methyl Ester. Seperti pada gambar 4.7 di atas, gambar A untuk CPOME10, dimana komposisi CPOME hanya 10%, maka warna bahan bakar campuran cenderung mendekati warna minyak solar. Hal ini tentunya berbeda dengan gambar F untuk CPOME60, dimana komposisi CPOME di dalam campuran sebesar 60%, maka warna bahan bakar campuran didominasi oleh warna Crude Palm Oil Methyl Ester. Untuk kepentingan eksperimen pengujian emisi NOx dan partikel smog, maka akan digunakan bahan bakar campuran dengan komposisi CPOME30.

Sebagai bahan perbandingan dari campuran Crude Palm Oil Methyl Ester dengan minyak solar, maka perlu juga kiranya dilakukan pencampuran antara Crude Palm Oil (CPO) dengan minyak solar. CPO merupakan bahan baku untuk membuat Crude Palm Oil Methyl Ester yang belum mengalami proses esterifikasi, sehingga CPO tidak mempunyai sifat-sifat fisika dan kimia seperti minyak solar. Dengan melakukan pencampuran antara CPO dengan minyak solar diharapkan akan mengetahui apakah CPO tersebut dapat bercampur secara sempurna dengan minyak solar atau terjadi separasi, sehingga dapat dibandingkan dengan hasil campuran Crude Palm Oil Methyl Ester dengan minyak solar.

Gambar 3.8 Perbandingan secara visual CPO dengan minyak solar

Gambar 3.8  adalah visualisasi dari dua bahan yang berbeda. Gelas kecil (200ml) adalah CPO dengan volume 150 ml dan gelas besar (500 ml) adalah minyak solar dengan volume 350 ml. Kedua bahan tersebut kemudian dicampurkan. Seperti yang telah dijelaskan dimuka, bahwa CPO yang digunakan mempunyai 3 lapisan yang mempunyai karakteristik berbeda. Untuk proses pencampuran ini digunakan CPO yang merupakan campuran dari ketiga lapisan, sehingga diharapkan mampu mewakili ketiga lapisan CPO. CPO yang digunakan tersebut berbentuk agak padat (banyak terdapat partikel asam lemak), sehingga pada proses pencampuran perlu dilakukan pemanasan. Karena dalam proses pencampuran, kedua bahan harus mempunyai suhu yang sama, maka minyak solar juga dipanaskan. Pemanasan dilakukan sampai suhu 40 ºC.

Gambar 3.9 Pencampuran antara CPO dengan minyak solar

Gambar 3.9  menunjukkan bahwa CPO tidak dapat bercampur secara sempurna dengan minyak solar (terjadi separasi). Kondisi ini tentunya berbeda ketika Crude Palm Oil Methyl Ester dicampurkan dengan minyak solar. Hal ini membuktikan bahwa hanya bahan bakar yang mempunyai sifat-sifat mendekati karakteristik minyak solar yang dapat bercampur dengan sempurna tanpa terjadi separasi. Viskositas merupakan karakteristik yang paling berpengaruh. Terjadinya separasi antara CPO dengan minyak solar disebabkan oleh perbedaan viskositas yang mencolok dari kedua bahan tersebut(Zuhdi,2002). CPO mempunyai viskositas yang lebih tinggi daripada minyak solar sehingga CPO akan berada di lapisan bawah sedangkan minyak solar berada pada lapisan atas.

3.3 Pengujian Karakteristik Crude Palm Oil Methyl Ester (CPOME100) dan Bahan Bakar Campuran (CPOME30)

3.3.1  Karakteristik Crude Palm Oil Methyl Ester (CPOME100)

Pengujian karakteristik CPOME bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat fisika dan kimia biodiesel yang telah diperoleh dari proses esterifikasi. Sample yang diuji adalah sample dari setiap lapisan CPO, dimana hal ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik bahan bakar dari setiap CPO, apakah dengan bahan baku dan input esterifikasi yang sama tetapi dari lapisan yang berbeda akan mempunyai persamaan atau tidak. Pengujian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Jurusan Kimia, FMIPA-ITS.

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, didapatkan karakteristik Crude Palm Oil  Methyl Ester dari masing-masing lapisan CPO sebagai berikut:

 Tabel 3.1 Hasil uji karakteristik CPOME untuk CPO lapisan atas

Parameter uji Bahan bakar Metode Uji
Crude Palm Methyl Ester Satuan
Berat Jenis 0.865   D-1288
Viskositas 5.74 CSt D-445
Titik Nyala 210 °C D-92
Titik Tuang 12 °C D-92
Bilangan asam 12.0 mgKOH/gr D-974
Kandungan air 0.910 % Vol. D-1744
Nilai Kalor 40.552 kJ/kg D-240

 

Tabel 3.2 Hasil uji karakteristik CPOME untuk CPO lapisan tengah

Parameter uji Bahan bakar Metode Uji
Crude Palm Methyl Ester Satuan
Berat Jenis 0.8658   D-1288
Viskositas 5.75 CSt D-445
Titik Nyala 208 °C D-92
Titik Tuang 13 °C D-92
Bilangan asam 12.3 mgKOH/gr D-974
Kandungan air 0.8358 % Vol. D-1744
Nilai Kalor 40.550 kJ/kg D-240

 

 

Tabel 3.3 Hasil uji karakteristik CPOME untuk CPO lapisan bawah

Parameter uji Bahan bakar Metode Uji
Crude Palm Methyl Ester Satuan
Berat Jenis 0.867   D-1288
Viskositas 5.77 CSt D-445
Titik Nyala 212 °C D-92
Titik Tuang 15 °C D-92
Bilangan asam 12.6 mgKOH/gr D-974
Kandungan air 0.8735 % Vol. D-1744
Nilai Kalor 40.545 kJ/kg D-240

 

Pada dasarnya karakteristik dari masing-masing sample adalah sama, tetapi terdapat beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan karakteristik pada masing-masing sample tersebut. Proses esterifikasi dengan komposisi input yang sama merupakan faktor utama yang menyebabkan perbedaan karakteristik pada masing-masing sample. Seperti yang telah diketahui bahwa setiap sample mempunyai kandungan asam lemak yang berbeda, sehingga apabila pada saat esterifikasi digunakan input yang sama, terutama pada penggunaan KOH, maka hasil yang dicapai juga akan berbeda. Faktor penyebab yang lain adalah proses esterifikasi yang dilakukan dalam beberapa tahap. Hal ini menjadi sangat berpengaruh karena proses esterifikasi dilakukan secara manual, sehingga besar kemungkinan setiap proses esterifikasi mengalami perbedaan perlakuan.

Berdasarkan tabel hasil uji karakteristik di atas dapat diketahui bahwa berat jenis terbesar pada nilai 0.867 untuk CPOME hasil esterifikasi lapisan bawah. Sedangkan CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan atas sebesar 0.865 dan lapisan tengah sebesar 0.8658.

Viskositas juga menunjukkan nilai yang berdekatan. Viskositas terbesar terjadi pada CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan bawah, sebesar 5.77 Cst. Viskositas ini berkaitan dengan jumlah gliserol yang dikeluarkan. Viskositas dapat diturunkan dengan lebih mengembangkan proses esterifikasi yang dilakukan. Dengan semakin banyak gliserol yang dihasilkan, maka viskositas CPOME akan semakin turun. CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan atas mempunyai viskositas terkecil sebesar 5.74 Cst. Sedangkan untuk CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan bawah mempunyai viskositas sebesar 5.75 Cst.

CPOME yang dihasilkan mempunyai titik nyala yang cukup tinggi. Sedangkan titik tuang CPOME dengan nilai yang cukup besar terjadi pada CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan bawah sebesar 15ºC. Untuk CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan atas dan tengah, masing-masing sebesar 12ºC, 13ºC dan 13ºC.

Bilangan asam yang dimiliki CPOME masih relatif tinggi. Bilangan asam terbesar terjadi pada CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan bawah, yaitu sebesar 12.6 mgKOH/gr. Sedangkan untuk CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan atas mempunyai nilai yang terkecil, yaitu sebesar 12.0 mgKOH/gr. Untuk CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan tengah mempunyai bilangan asam sebesar 12.3 mgKOH/gr. Tingginya bilangan asam tersebut kemungkinan karena penambahan asam cuka berlebih pada saat pencucian.

Kandungan air CPOME juga masih relatif tinggi. Kandungan air untuk CPME hasil esterifikasi CPO lapisan atas, lapisan tengah dan lapisan bawah masing-masing sebesar 0.9105 %vol, 0.8358 %vol, dan 0.8735 %vol.

 Nilai kalor CPOME berada pada kisaran nilai yang berdekatan. Nilai kalor untuk CPOME hasil esterifikasi CPO lapisan atas sebesar 40.552 kJ/kg, lapisan tengah sebesar 40.550 kJ/kg, sedangkan lapisan bawah sebesar 40.545 kJ/kg.

Ketiga karakteristik di atas merupakan karakteristik bahan bakar yang mewakili masing-masing lapisan CPO. Sedangkan berikut ini adalah karakteristik gabungan dari ketiga lapisan CPO. Ada tiga metode untuk menguji karakteristik bahan bakar gabungan, antara lain dengan menguji karakteristik hasil esterifikasi campuran tiga lapisan CPO, menguji sample yang diambil secara acak dari hasil esterifikasi yang dilakukan dalam beberapa tahap pada setiap lapisan CPO dan karakteristik gabungan yang dilakukan secara perhitungan aljabar. Berikut adalah perbandingan karakteristik gabungan dari hasil pengujian tiga metode seperti yang diuraikan di atas:

 

Tabel 3.4 Perbandingan karakteristik gabungan

Paramesetr Uji

Satuan Campuran 3 lapisan Sampel  secara acak Perhitungan
Berat Jenis   0.87 0.866 0.8659
Viskositas CSt 5.75 5.75 5.753
Titik Nyala °C 187 210 210
Titik Tuang °C 16 13 13.33
Bilangan asam mg KOH/gr 12.3 12.3 12.3
Kandungan air % Vol. 1.34 0.927 0.873
Nilai kalor kJ/kg 40.545 40.550 40549

Berdasarkan tabel perbandingan karakteristik CPOME gabungan di atas dapat diketahui bahwa hasil yang paling bagus adalah karakteristik CPOME pada sample yang diambil secara acak. Untuk karakteristik CPOME dari hasil perhitungan mempunyai nilai yang berdekatan dengan karakteristik CPOME dari sample yang diambil secara acak. Sedangkan untuk karakteristik CPOME dari campuran tiga lapisan CPO mempunyai nilai yang kurang bagus, terutama pada kandungan air dan titik tuang yang masih cukup tinggi.

Karakteristik yang dijadikan acuan dalam eksperimen adalah karakteristik dari sample yang diambil secara acak. Karena sample yang diambil secara acak dianggap mewakili seluruh CPOME yang diproduksi dalam beberapa tahap, selain itu uji karakteristik juga menunjukkan hasil yang cukup bagus.

3.3.2    Karakteristik Bahan Bakar Campuran (CPOMExx)

Pengujian karakteristik bahan bakar campuran difokuskan pada komposisi bahan bakar CPOME 30% dan minyak solar 70% (CPOME30). Pengujian karakteristik bahan bakar campuran dilakukan di laboratorium. Selain itu dilakukan pula pengujian karakteristik minyak solar yang digunakan dalam eksperimen. Hal ini menjadi penting untuk dilakukan karena hasil uji karakteristik minyak solar tersebut akan digunakan sebagai perbandingan atau referensi terhadap karakteristik bahan bakar Crude Palm Oil Methyl Ester dan bahan bakar campuran (CPOME30). Hasil uji karakteristik CPMO30 dan minyak solar (MS) diperlihatkan seperti pada tabel 3.5

Tabel 3.5 Hasil Uji Karakteristik CPOME30 dan MS

Parameter Uji Bahan bakar Metode Uji
satuan CPOME30 MS
Berat Jenis   0.864 0.847 D-1288
Viskositas CSt 4.57 4.19 D-445
Titik Nyala °C 115 85 D-92
Titik Tuang °C 11 8 D-92
Bilangan asam mgKOH/gr 3.5 Nil D-974
Kandungan air % Vol. 0.049 0.0244 D-1744
Nilai kalor kj/kg 43.946 44.718 D-240

 

3.3.3 Perbandingan Karakteristik Bahan Bakar

Berdasarkan data-data yang telah diperoleh dari hasil pengujian karakteristik, kemudian dapat dibuat perbandingan antara bahan bakar CPOME00, CPOME30 dan minyak solar. Ketiga bahan bakar tersebut merupakan bahan bakar yang akan digunakan dalam eksperimen. Untuk karakteristik acuan digunakan karakteristik minyak solar. Berikut adalah hasil perbandingan yang telah dilakukan

Tabel 3.6 Perbandingan karakteristik CPOME, CPOME30 dan minyak solar

Karakteristik Satuan CPOME CPOME30 MS Spesifikasi M S*
Min Maks
Berat Jenis   0.866 0.864 0.857 0.820 0.870
Viskositas CSt 5.75 4.57 4.19 1.6 5.8
Titik nyala °C 210 115 85 65  
Titik tuang °C 13 11 8   18
Bilangan asam mgKHO/gr 12.3 3.5 Nil   0.6
Kandungan air % Vol. 0.927 0.0492 0.0244   0.05
Nilai kalor kJ/kg 40.550 43.946 44.718    

Keterangan:

·        (*) Spesifikasi minyak solar menurut PERATURAN DIREKTUR JENDRAL MINYAK DAN GAS BUMI No. 002/P/DM/Migas/1979 Tanggal 25 Mei 1979

·        MS = minyak solar

·        CPME = crude palm methyl ester

·        CPME30 = campuran crude palm methyl ester dan minyak solar dengan komposisi 30:70

Berdasarkan data pada tabel 3.6, CPOME mempunyai nilai berat jenis yang tertinggi, yaitu sebesar 0.866. Sedangkan bahan bakar campuran, berat jenis mengalami penurunan, yaitu sebesar 0.864. Meskipun demikian berat jenis kedua bahan bakar ini sudah masuk dalam kisaran spesifikasi minyak solar. Berat jenis bahan bakar motor diesel dapat menunjukkan sifat serta kinerja seperti kualitas penyalaan, daya, konsumsi, sifat–sifat pada suhu rendah dan pembentukan asap. Semakin tinggi berat jenis, maka bahan bakar tersebut juga semakin kental.

Viskositas CPOME masih relatif tinggi, yaitu sebesar 5.75 Cst, tetapi sudah masuk dalam kisaran spesifikasi minyak solar. Bahan bakar yang digunakan pada motor diesel harus mempunyai viskositas yang relatif rendah, sehingga dapat mengalir dengan mudah melaui sistem pompa dan injeksi yang memasukkan bahan bakar ke dalam silinder. Penyemprotan dan atomisasi bahan bakar juga dapat terlaksana dengan baik. Apabila terlalu kental, bahan bakar tidak akan terbakar dalam waktu singkat dan kinerja mesin akan menurun, hal ini dapat menyebabkan konsumsi bahan bakar meningkat. Salah satu usaha untuk menurunkan viskositas CPOME adalah dengan mencampurnya dengan minyak solar. Berdasarkan data pada tabel 3.6 didapatkan viskositas bahan bakar campuran (CPOME30) pada 40ºC adalah 4.57 Cst, dimana viskositas ini lebih rendah dibanding viskositas CPOME.

Titik nyala CPOME dan CPOME30 lebih tinggi dibandingkan minyak solar, masing-masing sebesar 210ºC dan 115ºC. Tetapi titik beku kedua bahan bakar ini masih relatif tinggi dibanding minyak solar, yaitu sebesar 13ºC untuk CPOME dan 11ºC untuk CPOME30. Meskipun demikian nilai tersebut sudah masuk dalam spesifikasi minyak solar.

Bilangan asam CPOME sebesar 12.4 mg/KOH sedangkan CPOME30 mempunyai bilangan asam sebesar 3.5 mg/KOH. Bilangan asam CPOME ini masih relatif tinggi. Dengan bilangan asam sebesar ini akan membuat komponen mesin menjadi cepat aus. Tingginya bilangan asam ini dapat diturunkan dengan lebih menyempurnakan proses esterifikasi yang dilakukan.

 Kandungan air yang dimiliki CPOME juga masih relatif tinggi. Kandungan air CPOME sebesar 0.9271 %vol sedangkan kandungan air CPOME30 sebesar 0.0492 %vol. Kandungan air CPOME masih jauh di atas spesifikasi minyak solar, tetapi kandungan air CPOME30 telah masuk dalam range spesifikasi minyak solar. Tingginya kandungan air pada CPOME kemungkinan disebabkan proses pengeringan yang kurang sempurna.

Nilai kalor CPOME sebesar 40.550 kJ/kg sedangkan CPOME30 sebesar 43.946 kJ/kg. Nilai kalor kedua bahan bakar ini masih rendah dibanding minyak solar. Kinerja motor berhubungan langsung dengan jumlah kalor yang diberikan oleh bahan bakar selama pembakaran. Bahan bakar yang mempunyai nilai kalor yang lebih rendah, dibutuhkan bahan bakar yang lebih banyak untuk menhasilkan daya sebesar 1 horse power dibanding bahan bakar yang mempunyai nilai kalor lebih tinggi. Dengan kata lain, bahan bakar yang memiliki nilai kalor yang lebih rendah, konsumsi bahan bakarnya akan lebih tinggi daripada bahan bakar yang memiliki nilai kalor yang lebih tinggi.

   Kesimpulan

Berdasarkan eksperimen dan hasil analisa data yang telah dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1.                  Hasil proses esterifikasi menunjukkan bahwa gliserol yang dihasilkan pada masing-masing lapisan CPO berbeda. Pada CPO lapisan atas, gliserol yang dihasilkan sebesar 12%, CPO lapisan tengah sebesar 24%, CPO lapisan bawah 60% dan CPO campuran tiga lapisan sebesar 58%.

2.                  Pencampuran antara CPOME 30% dengan minyak solar 70% menunjukkan hasil dapat bercampur dengan baik tanpa terjadi separasi.

3.         Karakteristik CPOME, CPOME30 dan minyak solar sebagai perbandingan, masing-masing adalah dengan berat jenis 0.866, 0.864 dan 0.857; viskositas sebesar 5.75 Cst, 4.75 Cst dan 4.18 Cst; titik nyala sebesar 210ºC, 115ºC dan 85ºC; titik tuang sebesar 13ºC, 11º dan 8ºC; bilangan asam sebesar 12.3 mg/gKOH, 3.5 mg/gKOH dan NIL; kandungan air sebesar 0.9271%, 0.0492% dan 0.0244%; nilai kalor sebesar 40550 kJ/kg, 43946 kJ/kg dan 44718kJ/kg.

DAFTAR PUSTAKA

 

Anoname,[2005] “What is Biodiesel”, www.biodiesel.com, dikunjungi tanggal 05 September 2004.

Clement, D., [1996], “Blending Rules Formulating Biodiesel Fuel”, American Society of Agricultural Engineer Publication, USA.  

Elisabeth, Jenny, dan Haryati, Tri, [2001], “Biodiesel Sawit, Bahan Bakar Alternatif yang Ramah Lingkungan”, Kompas 2 Oktober 2001.

Fahruri, Soni, [2003], “Studi Eksperimen Unjuk Kerja Motor Diesel Menggunakan Bahan Bakar Jelantah Ethyl Ester”, Tugas Akhir, ITS, Surabaya.  

Goenadi, D.H., [2004], “Harga BBM Melonjak, Kenapa Tidak Menggunakan Biodiesel”, Jurnal Litbang Departemen Pertanian, Jakarta.

  Kac, A., [2000], “The Two Stage Adaptation of Mike Pelly’s Biodiesel Recipe”, www.journeytoforever.org dikunjungi tanggal 28 Agustua 2004.

 Krishna, C.R., [2001], “Biodiesel Blends in Space Heating Equipment” Unite State Department of Energy.

 La Puppung, Pallawagau [1986],“Penggunaan Minyak Kelapa Sebagai Bahan Bakar Motor Diesel”, Lembaga Publikasi Lemigas No.1.

 Makmuri, [2003], “Biodiesel, Bahan Bakar dari Limbah CPO”, BPPT, Jakarta.

  O’Connor, C.T., Forrester, R.D., dan Seurrell, M.S., [1992], “Cetane Number Determination of Synthetic Diesel Fuel”, FUEL, Vol.71.

Pelly, M., [2000], “Mike Pelly’s Biodiesel Method” www.journeytoforever.org dikunjungi tanggal 28 Agustua 2004.  

Rahayu BS,[2005],"Analisa Emisi NOx dan Partikel Smoke pada Motor Diesel Menggunakan Bahan Bakar Crude Palm Methyl Ester" Laporan Tugas Akhir, JTSP-FTKelautan ITS

Schuchardt, Ulf, Sercheli, R., dan Vargas, R.M., [1997], “Transesterification of Vegetable Oils : a Review” Instituto de Quimica, Brasil

Schumacher, L.G., Borgelt, S.C., Hires, W.G., dan Humphrey, J.K. [1993], “B100 on the Road - A Report from Missouri”, ASAE paperr No. 93-5017. ASAE, St. Joseph, Ml

Sibuea, Posman, [2003], “Pengembangan Industri Biodiesel Sawit”, Kompas 18 Juni 2003  

Zuhdi, MFA [2003], “Biodiesel Sebagai Alternatif Pengganti Bahan Bakar Fosil Pada Motor Diesel” Laporan Riset, RUT VIII Bidang Teknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Kementrian Riset dan Teknologi RI.

Zuhdi, MFA, Gerianto, I., dan Budiono, T., [2002], “Produksi dan Karakteristik Biodiesel serta Teknik Pencampurannya dengan Minyak Solar (Gas Oil)”, Prosiding Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Kelautan 2002.

 

| BIODIESEL | MAIN PAGE |

Hosted by www.Geocities.ws
GridHoster Web Hosting
1