Makalah Utama: Produksi Biodiesel Secara Nonkatalitik 
               
                                 PRODUKSI BIODIESEL SECARA NONKATALITIK 
                                                                          
                                             Armansyah H. Tambunan dan Joelianingsih 
                                                  Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian, 
                                           Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor 
               
                                                                  ABSTRAK 
                      
                     Biodiesel yang berasal dari minyak nabati merupakan bahan bakar alternatif yang terbarukan. Proses pembu-
              atannya diperoleh dari proses katalik dan nonkatalik. Namun proses katalik ini membutuhkan biaya tinggi akibat pro-
              ses pemurniannya memerlukan beberapa tahap. Itulah sebabnya dalam penelitian ini dicoba menggunakan proses non-
              katalitik yang murah dan aman. Proses yang berlangsung pada suhu rendah dan tekanan atmosfer ini ternyata masih 
              menghadapi masalah yaitu lamanya waktu konversi dan pemurnian biodiesel karena masih tercampur monogliserida 
              dan digliserida. Di masa mendatang reaktor akan dirancang ulang dengan menggunakan reaktor kolom nampan saringan 
              gelembung yang dilengkapi piringan berlubang. 
                      
              Kata kunci: Biodiesel, jarak pagar, nonkatalitik 
               
                               BIODIESEL PRODUCTION WITH NONCATALYTIC PROCESS 
                                                                          
                                                                  ABTRACT 
                      
                     Botanical oil derivated biodiesel is a renewable alternative fuel. The process involves catalytic or noncatalytic 
              reaction. Unfortunately, catalytic process cost is expensive since the purification process needs several stages. Therefo-
              re, this study tried to use cheap and safe noncatalytic process. The process was performed under low temperature and at-
              mospheric pressure, but was facing a problem due the process of conversion and purification needs longer period to se-
              parate mono and diglyceride. In the next experiment the reactor will be redesigned using sieve tray bubble column reac-
              tor with perforated plates. 
               
              Keywords: Biodiesel, physic nut, noncatalytic 
               
                               PENDAHULUAN                                  pat  digunakan  sebagai  bahan  bakar  diesel.  B100 
                                                                            mempunyai sifat-sifat fisika yang mirip dengan ba-
                     Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif             han bakar diesel sehingga dapat digunakan lang-
              dari sumber terbarukan (renewable), dengan kom-               sung  pada  mesin-mesin  diesel  tanpa  modifikasi. 
              posisi ester asam lemak dari minyak nabati antara             Biodiesel dapat terdegradasi dengan mudah (biode-
              lain: minyak kelapa sawit, minyak kelapa, minyak              gradable), memiliki angka setana yang lebih tinggi 
              jarak pagar, minyak biji kapuk, dan masih ada le-             dari  spesifikasi  minyak  solar,  tidak  mengandung 
              bih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang po-                 sulfur serta senyawa aromatik sehingga emisi pem-
              tensial  untuk  dijadikan  biodiesel.  Penelitian  ten-       bakaran yang dihasilkan ramah lingkungan. 
              tang biodiesel telah banyak dilakukan baik di da-                    Penggunaan  minyak  nabati  seperti  minyak 
              lam maupun di luar negeri. Biodiesel murni (B100)             sawit, minyak bunga matahari, minyak kedelai, mi-
              dan campurannya dengan minyak solar (BXX) da-                 nyak kacang tanah, dan minyak jarak sebagai ba-
              18  
                                             Prosiding Lokakarya Nasional IV Akselerasi Inovasi Teknologi Jarak Pagar Menuju Kemandirian Energi 
             han bakar alternatif untuk mesin diesel menjadi se-       yang dikenal dengan nama biodiesel (Gerpen dan 
             makin  menarik  di  berbagai  negara  dengan  sema-       Knothe, 2005). 
             kin menipisnya sumber-sumber energi dari minyak            
             bumi. Bergantung pada iklim dan keadaan tanah di             PROSES PEMBUATAN BIODIESEL 
             masing-masing  negara,  jenis  minyak  nabati  yang        
             digunakan sebagai bahan bakar diesel juga berbe-          Proses Katalitik 
             da.  Amerika  serikat  menggunakan  minyak  kede-               Biodiesel  didefinisikan  sebagai  monoalkil 
             lai, negara-negara di Eropa menggunakan rapeseed          ester  dari  asam-asam  lemak  rantai  panjang  yang 
             oil  dan  minyak  bunga  matahari  (sunflower),  di       terkandung  dalam  minyak  nabati  atau  lemak  he-
             Asia  Tenggara  terutama  Malaysia  dan  Indonesia        wani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin 
             menggunakan  minyak kelapa sawit  sebagai  sum-           diesel.  Biodiesel  dapat  diperoleh  melalui  reaksi 
             ber bahan bakar alternatif untuk mesin diesel.            transesterifikasi trigliserida dan atau reaksi esteri-
                    Minyak nabati mengandung 90–98% trigli-            fikasi  asam  lemak  bebas  tergantung  dari  kualitas 
             serida sebagai komponen utamanya dan sejumlah             minyak nabati yang digunakan sebagai bahan ba-
             kecil mono dan digliserida. Trigliserida adalah es-       ku. 
             ter dari tiga asam lemak (fatty acid/FA) rantai pan-            Transesterifikasi  adalah  proses  yang  mere-
             jang (8 sampai 22 atom karbon) yang terikat pada          aksikan  trigliserida  dalam  minyak  nabati atau  le-
             satu gugus gliserol. Asam lemak dibedakan berda-          mak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti 
             sarkan  panjang  rantai  karbon  dan  jumlah  ikatan      metanol atau etanol (pada saat ini sebagian besar 
             rangkapnya. Terdapat lima jenis asam lemak yang           produksi biodiesel  menggunakan  metanol)  meng-
             umumnya terkandung dalam minyak nabati yaitu              hasilkan metil ester asam lemak (fatty acids methyl 
             asam stearat, asam palmitat, asam oleat, asam lino-       esters/FAME)  atau  biodiesel  dan  gliserol  sebagai 
             leat, dan asam linolenat (asam lemak jenis lainnya        produk samping. Katalis yang digunakan pada pro-
             ada  dalam  jumlah  yang  sangat  kecil).  Jika  rantai   ses  transeterifikasi  adalah  basa  (alkali),  biasanya 
             asam lemak terlepas dari trigliseridanya maka akan        digunakan natrium hidroksida (NaOH) atau kalium 
             menjadi asam lemak bebas (free fatty acids/FFA).          hidroksida  (KOH).  Penelitian  tentang  transesteri-
             Kandungan FFA dalam  minyak nabati umumnya                fikasi dengan katalis basa telah banyak dilakukan 
             1–5%, namun ada juga yang lebih besar dari 5%             di antaranya oleh Darnoko dan Cheryan (2000). 
             bergantung pada jenis minyak dan cara pengolah-                 Gambar 1 memperlihatkan diagram alir pro-
             annya.                                                    ses produksi biodiesel dari bahan baku minyak na-
                    Penggunaan minyak nabati secara langsung           bati berkadar FFA rendah secara katalitik (Gerpen 
             sebagai  bahan  bakar  untuk  mesin  diesel  mempu-       dan Knothe, 2005). Proses tersebut secara keselu-
             nyai kendala terutama berkaitan dengan sifat-sifat        ruhan terdiri dari reaksi transesterifikasi, pemisah-
             minyak  nabati  yaitu  viskositas  tinggi,  volatilitas   an gliserol dari metil ester, pemurnian metil ester 
             rendah  dan  mengandung  senyawa  tak  jenuh/ber-         (netralisasi, pemisahan metanol, pencucian, dan pe-
             ikatan  rangkap  lebih  dari  satu  (polyunsaturated).    ngeringan/dehidrasi), pengambilan gliserol sebagai 
             Sifat-sifat ini dapat diperbaiki dengan beberapa ca-      produk samping (asidulasi dan pemisahan metanol) 
             ra yaitu pirolisis, mikroemulsifikasi, pencampuran        dan pemurnian metanol tak bereaksi secara distila-
             (dilution),  dan  transesterifikasi  (Srivastava  dan     si/rectification. 
             Prassad, 2000). Di antara ke empat proses tersebut 
             hanya transesterifikasi yang menghasilkan produk 
                                                                                                                       19
              Makalah Utama: Produksi Biodiesel Secara Nonkatalitik 
               
                    
                                       Gambar 1. Diagram alir proses produksi biodiesel dengan katalis basa         
               
                     Alkohol (metanol), katalis, dan minyak na-              dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi 
              bati direaksikan dalam suatu reaktor berpengaduk               selama proses pencucian. Dengan demikian, esteri-
                                                   O
              selama 1 jam pada temperatur 60 C. Pabrik-pabrik               fikasi digunakan sebagai proses pendahuluan untuk 
              berskala  kecil  biasanya  menggunakan  reaktor                mengonversikan FFA menjadi metil ester sehingga 
              batch, sedangkan pabrik berskala lebih besar (> 4              mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan 
              juta  liter/tahun)  menggunakan proses alir kontinu            selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa 
              dengan  jenis  reaktor  CSTR  (continuous  stirred-            untuk  mengonversikan  trigliserida  menjadi  metil 
              tank reactors) atau reaktor alir pipa (plug flow re-           ester. Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan 
              actor). Reaksi transesterifikasi kadang-kadang di-             asam  lemak  bebas  (FFA)  dengan  alkohol  rantai 
              lakukan  dalam  2  tahap  yang  dimaksudkan  untuk             pendek (metanol atau etanol) menghasilkan metil 
              mengurangi jumlah alkohol yang digunakan. Pada                 ester asam lemak (FAME) dan air. Katalis yang di-
              tahap pertama 80% metanol dan katalis ditambah-                gunakan  untuk  reaksi  esterifikasi  adalah  asam, 
              kan ke dalam minyak, selanjutnya produk dikelu-                biasanya  asam  sulfat  (H SO )  atau  asam  fosfat 
                                                                                                          2   4
              arkan dari reaktor pertama untuk dipisahkan glise-             (H PO ). Beberapa hasil penelitian pembuatan bio-
                                                                                2   4
              rolnya sebelum diumpankan ke reaktor kedua.                    diesel dengan katalis asam telah dipublikasikan di 
                     Proses  esterifikasi  dengan  katalis  asam  di-        antaranya  oleh  Canakci  dan  Gerpen  (1999),  Su-
              perlukan jika minyak nabati mengandung FFA di                  pranto (2005). 
              atas 5%. Jika minyak berkadar FFA tinggi (> 5%)                       Selain katalis asam dan basa, enzim jenis li-
              langsung  ditransesterifikasi  dengan  katalis  basa           pase  juga  dapat  digunakan  sebagai  katalis  pada 
              maka FFA akan bereaksi dengan katalis memben-                  pro-ses pembuatan biodiesel (Mittelbach, 1990; Du 
              tuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang                et  al.,  2004).  Katalis  enzim  mempunyai toleransi 
              cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol                yang baik untuk minyak nabati berkadar FFA ting-
              20  
                                                Prosiding Lokakarya Nasional IV Akselerasi Inovasi Teknologi Jarak Pagar Menuju Kemandirian Energi 
              gi sehingga tidak diperlukan pengolahan pendahu-             lebih dengan temperatur dan tekanan operasi lebih 
              luan  seperti  refining  ataupun  esterifikasi  dengan       tinggi  bila  dibandingkan  dengan  proses  katalitik 
              katalis asam. Jadi cukup dengan satu tahap reaksi            bahkan beberapa peneliti melakukan percobaan pa-
                                                                                                                         o
              karena esterifikasi dan transesterifikasi dapat ber-         da  kondisi  superkritik  metanol  (350–500 C,  19–
              langsung secara simultan dalam satu reaktor.                 105 MPa). Dasari et al. (2003) mempelajari kine-
                     Penggunaan enzim sebagai katalis  mempu-              tika nonkatalitik dari minyak kedelai menggunakan 
              nyai  beberapa  kelemahan/kendala  yaitu  harganya           reaktor logam yang permukaan/dinding dalamnya 
              lebih mahal dibandingkan katalis asam atau basa,             bersifat  katalitik  pada  temperatur  moderat  (120–
                                                                               o
              konversi reaksi tidak dapat berlangsung sempurna             180 C) namun metil ester yang dihasilkan sangat 
                                                                                                          o
              dan enzim mudah menjadi rusak (tidak aktif) ka-              kecil yaitu 12,41% pada 180 C dengan waktu reak-
              rena kontak dengan kontaminan dalam minyak na-               si 32 jam. 
              bati maupun alkohol rantai pendek yang polar. Se-                   Penggunaan reaktor bertekanan tinggi selain 
              hingga  sebagian  besar  produksi  biodiesel  secara         memerlukan  investasi  (harga  reaktor)  dan  biaya 
              komersial masih tetap menggunakan katalis asam               produksi tinggi juga berisiko membahayakan kea-
              dan basa.                                                    manan dan keselamatan karena menjadi lebih mu-
              Proses Nonkatalitik                                          dah  meledak  (eksplosif),  sehingga  untuk  diterap-
                     Pembuatan biodiesel  secara  katalitik  mem-          kan  pada  skala  komersial  masih  perlu  dipertim-
              punyai 2 kendala yang berakibat pada masih ting-             bangkan.  Untuk  itu  perlu  dikembangkan  proses 
              ginya biaya produksi biodiesel. Pertama, berkaitan           nonkatalitik yang lebih murah dan aman. 
              dengan  sifat  alami  dari  campuran  minyak  nabati         Proses  Nonkatalitik  dengan  Reaktor  Ko-
              dan metanol yang tidak saling larut (membentuk 2             lom Gelembung 
              fase)  sehingga  proses  reaksi  memerlukan  penga-                 Pada  penelitian  ini  dikembangkan  proses 
              dukan yang sangat kuat. Problem kedua berkaitan              pembuatan  biodisel  secara  nonkatalitik  pada  te-
              dengan pemurnian produk yang terdiri dari bebe-              kanan atmosfir dengan  menggunakan reaktor ko-
              rapa  tahapan  proses.  Proses  pembuatan  biodiesel         lom gelembung, seperti ditunjukkan pada Gambar 
              secara nonkatalitik telah dilaporkan oleh beberapa           2. Reaktor kolom gelembung yang digunakan un-
              peneliti  yaitu  Diasakou  et  al.  (1998);  Saka  dan       tuk penelitian mempunyai kapasitas 500 ml. 
              Kusdiana  (2001);  Kusdiana  dan  Saka  (2001);                     Hasil penelitian  menunjukkan kondisi opti-
                                                                                                                          o
              Demirbas, (2002); Dasari et al. (2003); Han et al.           mum diperoleh pada temperatur reaksi 290 C dan 
              (2005).                                                      tekanan 0,1 MPa (1 bar). Semakin besar laju alir 
                     Proses pembuatan biodiesel secara nonkata-            metanol dan volume awal minyak serta makin ke-
              litik  mempunyai beberapa kelebihan di antaranya             cil  kecepatan pengadukan akan memperbesar laju 
              adalah  tidak  memerlukan  penghilangan  FFA  de-            alir massa metil ester pada produk gas keluar reak-
              ngan cara refining atau praesterifikasi. Reaksi este-        tor.  Interface  (bidang  antarmuka)  antara  gelem-
              rifikasi dan transesterifikasi dapat berlangsung da-         bung metanol dan cairan (minyak) di sekitarnya sa-
              lam  satu  reaktor  sehingga  minyak  dengan  kadar          ngat berpengaruh terhadap hasil reaksi. Hal ini me-
              FFA tinggi dapat langsung digunakan. Selain itu              nunjukkan bahwa makin besar interface area dan 
              karena  tanpa  menggunakan  katalis,  proses  pemi-          semakin  lama  waktu  tinggal  gelembung  metanol 
              sahan dan pemurnian produk menjadi lebih seder-              dalam fase cair (minyak) akan memperbesar laju 
              hana dan ramah lingkungan. Namun proses nonka-               reaksi. Disarankan untuk penelitian selanjutnya di-
              talitik biasanya menggunakan metanol sangat ber-             gunakan reaktor tanpa pengaduk dengan topik ba-
                                                                                                                               21