115-186-1-pb

Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No. 1 Tahun 2011 : 39-45 ISSN 0216-468X

39

ANALISIS ENERGY PRODUKSI BIODIESELDENGAN METODE METANOL SUPER KRITIS

Bambang Dwi Argo, GunarkoJurusan Keteknikan Pertanian FTP, Universitas Brawijaya

Jl. Veteran No.1 Malang 65154Telp. (0341) - 571708

AbstractSupercritical methanol process has several advantages, that is not influenced by the

material conditions for the free fatty acids contained in the materials will be esterified into methylesters directly, the conversion rate of oil into methyl ester of tall, shorter process time and notinfluenced by the presence of water. However, this method has a weakness that is the needsafety treatment because the process involves high temperatures and pressures. Super criticalmethanol method has a 2-stage hydrolysis process which took place on the state of the subcritical water to separate the free fatty acid (FFA) and glycerol, methanolyisis place on supercritical conditions of methanol with the aim of changing the FFA to biodiesel, both processestake place at a temperature of 270 ° C and pressure of 70-20 MPa.. From the research ofbiodiesel production process using supercritical methanol without catalyst, the reaction time isfaster total reaction time of 9250 seconds (2.57 hours), with the result of more production (400ml biodiesel) from the raw material 5% water (35 ml ), cooking oil 95% (665 ml), and 95% wtmethanol (200 ml), has a 52.39% energy efficiency.

Keywords : Biodiesel, methanol super critical, energy.

PENDAHULUAN

Energi merupakan salah satu kebutuhanyang sangat vital dalam suatu proses tertentu.Sumber-sumber energi tersebut banyaktersedia disekitar kita. Sumber energi yangpaling mudah diperoleh berasal dari bahanbakar minyak (BBM) atau yang sering disebutbahan bakar fosil dan banyak tersediadipasaran, sebab energi ini sudah familiardengan pola kehidupan manusia dan yangpaling penting mudah mendapatkannya.

Biodiesel adalah bioenergi atau bahanbakar nabati yang dibuat dari minyak nabati,baik minyak baru maupun bekaspenggorengan dan melalui prosestransesterifikasi, esterifikasi, atau prosesesterifikasi-transesterifikasi. Biodieseldigunakan sebagai bahan bakar alternatifpengganti BBM untuk motor diesel. Biodieseldapat diaplikasikan baik dalam 100% (B100)atau campuran dengan minyak solar padatingkat konsentrasi tertentu (BXX), seperti10% biodiesel dicampur dengan 90% solaryang dikenal dengan nama B10 [3].

Berbagai penelitian telah dilakukanuntuk mendapatkan biodiesel dari minyakgoreng. Kebanyakan dari penelitian yangsudah ada menggunakan campuranmetanol dengan katalis asam atau basakuat yang kandungan didalamnya banyakmengandung zat-zat berbahaya. Untukmengatasi masalah diatas maka akandigunakan suatu metode non katalis yaitudengan metode metanol superkritis.

Metode metanol superkritis adalahsuatu metode produksi biodiesel untukmenghasilkan kualitas biodiesel yang tinggitanpa menggunakan katalis dengan suhudan tekanan operasional tinggi. Suhu yangdigunakan diatas 350°C, tekanan 20-50MPa dengan waktu yang relatif singkat yaitu4 menit [2]. Metanol superkritis memilikibeberapa kelebihan, yaitu tidak dipengaruhioleh kondisi bahan karena asam lemakbebas yang terkandung dalam bahan akanteresterifikasi menjadi metil ester secaralangsung, tingkat konversi minyak menjadimetil ester tinggi, waktu proses yang lebihsingkat dan tidak dipengaruhi olehkeberadaan air. Dalam proses ini tidak ada


40

sabun yang terbentuk sehingga mengurangibiaya pengolahan limbah [1].

Berdasarkan hal tersebut, perlu dicarikondisi optimal produksi biodiesel denganmenggunakan bahan baku minyak gorengmelalui metode metanol superkritis ditinjaudari pemakaian energi untuk proses produksibiodiesel terhadap energi yang dihasilkanoleh biodiesel tersebut.

Terdapat sejumlah parameter terhadapproses produksi metil ester (biodiesel) yangdihasilkan selama reaksi trans-esterifikasiyaitu temperatur dan tekanan reaksidihadapkan pada pemakaian energi sertaproduksi energi dari proses biodieselmenggunakan metode methanol superkritis.

Ruang lingkup masalah perlu dibatasidan disesuaikan dengan waktu, tenaga,biaya, dan tingkat keilmuan yang hendakdicapai. Pada penelitian ini batasan-batasanmasalah meliputi:1. Proses yang digunakan menggunakan

metode metanol superkritis dengan prosesproduksi non kontinyu (batch) padatemperatur 2700C dan tekanan 7-20 MPa(70-200 bar).

2. Bahan baku yang digunakan adalahminyak sawit produksi pabrik.

Permasalahan yang akan diteliti adalahsebagai berikut:1. Menghitung besaran energi yang

digunakan dalam proses hidrolisa(esterifikasi sub kritis air) untukmemisahkan kandungan asam lemakbebas (FFA) dengan glyserolmenggunakan metode metanol superkritisdengan proses produksi non kontinyu(batch) pada temperatur 2700C dantekanan 7-20 MPa (70-200 bar).

2. Menghitung besaran energi yangdigunakan dalam proses trans- esterifikasisuperkritis methanol terhadap asam lemakbebas agar bisa diperoleh biodiesel yangsesuai dengan SNI menggunakan metodemetanol superkritis dengan prosesproduksi non kontinyu (batch) padatemperatur 2700C dan tekanan 7-20 Mpa(70-200 bar).

3. Menghitung besaran energi yang diperolehdalam proses produksi biodieselmenggunakan metode metanol superkritisdengan proses produksi non kontinyu

(batch) pada temperatur 2700C dantekanan 7-20 Mpa (70-200 bar).

Tujuan dari penelitan ini adalah untukmencari kondisi optimal produksi biodieseldari minyak goreng melalui proses metanolsuperkritis dengan proses produksi nonkontinyu (batch) pada temperatur 2700C dantekanan 7-20 MPa (70-200 bar) ditinjau dariaspek exergi.

Manfaat penelitian ini adalah :1. Pengembangan ilmu pengetahuan dan

teknologi pada institusi perguruan tinggimelalui kegiatan penelitian yangberkelanjutan di bidang teknologibiodiesel, dimana hasilnya dapatdimanfaatkan oleh masyarakat.

2. Memanfaatkan minyak goreng sebagaibahan baku pembuatan biodiesel yangramah lingkungan.

3. Mengetahui kondisi optimal produksibiodiesel dari minyak goreng melaluimetode transesterifikasi methanolsuperkritis dengan proses produksi nonkontinyu (batch) pada temperatur 2700Cdan tekanan 7-20 Mpa (70-200 bar).

4. Mengetahui besarnya energi yangdibutuhkan dalam satu proses dan energiyang mampu diperoleh dalam produksibiodiesel.

6. Sebagai media karya ilmiah bagi penelitiuntuk dapat mengembangkan keilmuan-nya di bidang teknologi biodiesel, sertasebagai persyaratan untuk dapatmenyelesaikan studi pada ProgramMagister Teknik Mesin UniversitasBrawijaya Malang.

TINJAUAN PUSTAKATransterifikasi

Bahan baku minyak yang digunakanmerupakan minyak yang telah diproses(refine fatty oil) dengan kadar air dan asamlemak bebas yang rendah, maka prosesesterifikasi dengan katalis alkalin biaslangsung dilakukan terhadap minyaktersebut [3]. Trans-esterifikasi padadasarnya terdiri atas 4 tahapan yaitu :a. Pencampuran katalis alkalin.b. Pencampuran alcohol dan alkalinc. Separasi gravitasid. pemisahan


41

Transterifikasi Tanpa Katalis

Transesterifikasi methanol superkritik danco-solvent CO2. Proses transesterifikasi padaminyak kedelai (soybean oil) menggunakanmethanol superkritik dan co-solvent CO2.Tidak adanya katalis pada proses inimemberikan keuntungan tidak diperlukannyaproses purifikasi metil ester terhadap katalisyang biasanya terikut pada produk prosestranseterifikasi menggunakan methanolsuperkritik dengan menambahkan co-solventCO2, berfungsi untuk menurunkan tekanandan temperatur operasi pada prosestransesterifikasi [4].

Transesterifikasi methanol subkritis dansuperkritis, proses melakukan transesterifikasiminyak lobak (rappesed oil) dengan methanolsubkritis dan superkritis mulai temperatur 200– 500oC dan diperoleh hasil maksimum metilester pada temperatur superkritis 350oC [5].

Proses methanol superkritis memilikikelebihan, yaitu tidak dipengaruhi oleh kondisibahan karena asam lemak bebas yangterkandung dalam bahan akan teresterifikasimenjadi metil ester secara langsung, tingkatkonversi minyak menjadi metil ester tinggi,waktu proses yang lebih singkat dan tidakdipengaruhi oleh keberadaan air. Dalamproses ini tidak ada sabun yang terbentuksehingga mengurangi biaya pengolahanlimbah. Namun metode ini memilikikelemahan yaitu perlunya safety treatmentkarena dalam prosesnya melibatkan suhu dantekanan tinggi [6].

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan padapenelitian ini adalah metode experimendimana data-data diambil dari hasilpengamatan dilapangan, pelaksanaanpenelitian direncanakan sebaigai berikut:1. Menghitung besarnya kalori bahan baku

(minyak goreng, air dan metanol )2. Menyiapkan tabung reaktor beserta

kelengkapannya.3. Mengukur volume minyak dan air dalam

gelas ukur.(5:95, 15:85, 27:75, 40:60, 50:50, 60:40dan 70:30).

4. Mengamati dan mencatat besarnyaenergi listrik yang tercatat pada meteranlistrik pada proses pemanasan awalminyak dan air dengan heater sampaisuhu 800C.

5. Minyak dan air yang telah mendapatpemanasan awal dimasukkan kedalamtabung reaktor untuk dilakukan proseshidrolisa.

6. Menghitung besarnya energi yangdibutuhkan secara teoritis pada proseshidrolisis.

7. Mengamati dan mencatat besarnyaenergi listrik yang tercatat pada meteranlistrik pada proses proses hidrolisa yaitupada temperatur 2700C yang merupakantemperatur sub kritis air dan padatekanan 15 – 20 MPa. Waktu penahanan10, 20, dan 30 menit.

8. Menghitung besarnya energi yangdibutuhkan secara teoritis pada prosesmetanolisis.

9. Mengamati dan mencatat besarnyaenergi listrik yang tercatat pada meteranlistrik pada proses prosestransesterifikasi metanol super kritis yaitupada temperatur 2700C yang merupakantemperatur sub kritis air dan padatekanan 15 – 20 MPa. Waktu penahanan30 menit.

10.Mencatat waktu operasional peralatanlistrik ”ON”

11.Menguji nilai kalori biodiesel yangdihasilkan di PT. Pertamina unit produksipelumas Surabaya.

12.Mengolah data hasil pengamatan denganpenjabaran secara ilmiah.

Bahan dan AlatBahan yang digunakan: Minyak

Goreng, Air, Methanol, Alat yang digunakan:Tabung reaktor, Heater kapasitas 1500Watt, Pressure gauge, Thermocouple,Thermocontrol , Tabung penurun tekanan.,Tangki pendingin, Gelas ukur, Heater untukpemanasan awal, Meter Listrik PLN,Peralatan workshop.

VariabelVariabel yang digunakan dalam

penelitian ini adalah :


42

1. Variabel bebas. Variabel bebas meliputi:a. Komposisi campuran antara minyak dan

air. (5:95, 15:85, 27:75, 40:60, 50:50,60:40 dan 70:30).

b. Waktu yang digunakan pada proseshidrolisis dipertahankan pada suhu270ºC dan tekanan 15-20 MPa. ( 10menit, 20 menit dan 30 menit)

2. Variabel terkontrol. Variabel terkontrolmeliputi:a. Temperatur kerja 270ºCb. Tekanan kerja 15-20 MPa.c. Komposisi campuran antara FFA dan

metanol (70 : 30)d. Waktu yang digunakan pada proses

metanolisis dipertahankan pada suhu270ºC dan tekanan 20 MPa. (30 menit)

Instalasi Penelitian

Keterangan :1. Heater 8. Water mur2. Tabung

reaktor9. Sprayer

3. Safety valve 10. Tabung penuruntekanan

4. Stop kransaluran vakum.

11. Tangki pendingin

5. Stop kransaluran bahanbaku

12. Stop kran saluran air

6. Kros. 13. Stop kran saluranhasil reaksi

7. Pressuregauge

14. Tangki penampunghasil reaksi

Gambar 1 – Instalasi Penelitian

Target Hasil Penelitian

Target Penelitian yang ingin dicapaiadalah mendapatkan pemakaian energilistrik yang paling efisien dengan hasilproduksi biodiesel dengan metode methanolsuper kritik opstimal sehinggal diperolehnilai efisiensi.

Diagram Alir Penelitian

Gambar 2 – Diagram Alir Penelitian

PENGOLAHAN DATA DAN ANALISANilai Kalori Bahan Baku .

Bahan baku merupakan bahan dasardalam proses pembuatan biodiesel, denganmengetahui niali density dari bahan baku,dengan menggunakan persamaan (1)tentang nilai kalor. Maka besarnya nilaikalor sebagai berikut (Tabel 1) :

Nk = (12.400 x SG2) 1,8……………..(1)

Dimana :Nk = Nilai kalori (Btu/lbm)SG = Spesifik gravitasi


43

Tabel 1 - Nilai Kalori Bahan Baku PembuatanBiodiesel .

Kebutuhan Energi Hidrolisis Teoritis

Kebutuhan energi teoritis merupakankebutuhan energi yang dikonsumsi untukmencapai keadaan subkritis air. Persamaan(2) digunakan untuk menghitung besarnyaenergi hidrolisis teoriotis. Jumlah volume airdan minyak goreng 700 ml. Adapun nilaikonsumsi energi proses hidrolisis teoritisdapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 2 - Propertis Bahan Baku Hidrolisa

Tabel 3 - Konsumsi Energi (Input) ProsesHidrolisis Teoritis .

Kebutuhan Energi Hidrolisis Aktual

Kebutuhan energi hidrolisis aktual dapatdilihat pada tabel 4.Tabel 4 - Konsumsi Energi (Input) proseshidrolisis aktual .

Gambar 3 – Grafik Kebutuhan Energi HidrolisTeoritis dan Aktual

Efisiensi Energi Hidrolisis .Nilai efisiensi energi hidrolisis dapat

dilihat pada tabel 5.Tabel 5 - Hasil perhitungan efisiensi energihidrolisis untuk produksi 500 FFA .


44

Gambar 4 – Grafik Efisiensi Energi HidrolisisTeoritis dan Aktual

Dari gambar 4 dapat disimpulkan bahwaeffisiensi pemakaian energi secara teoritisdan aktual akan menurun ketika terjadipeningkatan volume air dalam reaktan. Hal inidikarenakan panas jenis air (4.186 J/g.0C)lebih tinggi dibanding dengan panas jenisminyak goreng (2.388 J/g.0C). Kenaikankonsumsi energi berbanding lurus denganbertambambahnya volume air dalam reaksi,termasuk juga lama penahanan.

Kebutuhan Energi Pada Proses Transesterifikasi Methanol Superktitik.Kebutuhan Energi Metanolisis Teoritis

Kebutuhan energi toritis merupakanakumulasi kebutuhan energi yang dibutuhkanuntuk mencapai keadaan superkritismethanol.Reaksi berlangsung pada tekanankonstan yaitu 200 MPa, penahanan 30 menit,volume metanol (95%) 200 ml dan volumeFFA hasil perlakuan hidrolisa 500 ml .Besarnya energi metanolisis teoritis dapatdilihat pada tabel 6. sesuai denganpersamaan (2)

.....(2)

Dimana :Qmt = Jumlah kalor metanolisis teoritis (Kkal)m = Massa jenis (g/ml)Cp = Panas jenis (J/g.oC)∆T = Perbedaan temperature (oC)

Tabel 6 - Kebutuhan Energi MetanolisisTeoritis

Kebutuhan Energi Metanolisis Aktual.

Kebutuhan energi aktual merupakanbanyaknya energi listrik yang dikonsumsiselama proses reaksi berlangsung antaraFFA dan metanol. Besarnya energi yangdibutuhkan terukur dengan meter listrikstandar PLN dengan satuan KWh dan waktudalam detik. Reaksi berlangsung padatekanan konstan yaitu 200 MPa, penahanan30 menit, volume metanol (95%) 200 ml danvolume FFA hasil perlakuan hidrolisa 500ml. Sesuai dengan persamaan (3) makabesarnya energi metanoisis aktual sebagaiberikut (Tabel 7.)

Qma = Kwhm ………………(3)

Dimana :Qma = Jumlah kalor metanolisis actual(Kkal)Kwhm = Kilowatt jam

Tabel 7 - Kebutuhan energi metanolisisaktual .


45

KESIMPULAN

1. Variasi campuran antara air dan minyakgoreng berdampak pada produksi FFA.

2. Secara umum nilai kalori biodiesel hasilproses methanol super kritis dari berbagaicampuran tidak mengalami perbedaanyang signifikan.

3. Proses produksi biodiesel yang palingoptimal menggunakan metode super kritismethanol memiliki efisiensi tertinggi 52,39% dengan bahan baku air 5 % (35 ml) danminyak goreng 95 % (665 ml), penahanan10 menit, waktu reaksi total 9.250 detik(2,57 jam). Kerugian energy sebesar47,61 %, efisiensi terus bergerakkebawah mengikuti bertambahnyaperbandingan air dan minyak goreng.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Hambali et al. 2007. Teknologi Bioenergi.PT Agromeda Pustaka : Bogor.

[2] Saka, S dan Kusdiana D. 2004. Effect ofWater on Biodiesel Fuel Production bySupercritical Methanol Treatment.Bioresource Technology 91:289 – 295.

[3] Dermibas, A. 2005. Biodiesel ProductionFrom Vegetable Oils Via Catalytic andNon-catalytic Supercritical MethanolTrans-esterification Methods. Progres inEnergy Combust. Sci, 31 : 466-487.

[4] Han, H., Chao W., Zhang, J. 2005.Preparation of Biodiesel From SoybeanOil Using Supercritical Methanol andCO2 as Co-solvent. ProcessBiochemistry 40 : 3148-3151.

[5] Saka, S dan Kusdiana D. 2001.Biodiesel Fuel From Repessed Oil asPrepared in Supercritical Methanol. Fuel80 : 225-231.

[6] Dermibas, A. 2002. Biodiesel FromVegetable Oils Via Transesterification inSupercritical Methanol. EnergyConversion and Management 43 : 2349-2356.

115-186-1-pb

Documents