Mengenal biodiesel: karakteristik, produksi, hingga performansi mesin (1)

Mengenal biodiesel: karakteristik, produksi, hingga performansi mesin (1)

Bahan bakar nabati (BBN) – bioethanol dan biodiesel – merupakan dua kandidat kuat pengganti bensin dan solar yang selama ini digunakan sebagai bahan bakar mesin Otto dan Diesel. Pemerintah Indonesia telah mencanangkan pengembangan dan implementasi dua macam bahan bakar tersebut, bukan hanya untuk menanggulangi krisis energi yang mendera bangsa namun juga sebagai salah satu solusi kebangkitan ekonomi masyarakat. Pesan ini jelas tertuang dalam pernyataan resmi Presiden Susilo Bambang Yudhoyono seusai melakukan rapat kerja Sabtu-Ahad (1 – 2 Juli 2006) yang digelar di Losari, Magelang (Nusrat, 2006). BBN memenuhi dua syarat utama sebagai sumber energi baru: (1) Tidak menciptakan ketergantungan; karena bahan baku BBN dapat dibudidayakan di bumi Indonesia, dan (2) Ramah lingkungan. Emisi pembakaran BBN yang juga merupakan gas rumah kaca, yakni CO2, pada prinsipnya akan diserap kembali oleh tanaman sumber BBN. Terbukti telah terjadi penurunan emisi CO2 sebesar 12% di Brazil setelah negara ini menggunakan bioethanol dalam skala besar (Riberio dkk, 1997). Kontinuitas penggunaan BBN memerlukan kontinuitas suplai bahan baku dalam jumlah besar, hal ini memerlukan keterlibatan masyarakat yang sekaligus berpotensi meningkatkan taraf hidup mereka. Tulisan ini bertujuan untuk memberikan pemahaman seputar biodiesel, mulai dari karakteristik, produksi, hingga performansi mesin yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar. Bagian pertama tulisan ini membahas pengertian seputar minyak tumbuhan dan biodiesel serta karakter utama yang membedakannya. Juga dibahas beberapa jenis bahan baku yang umum digunakan di berbagai negara untuk membuat biodiesel.
Minyak (tumbuhan) mentah, SVO, dan Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel (Vicente dkk, 2006). Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah (Soeradjaja, 2005). Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO) (Soeradjaja, 2005a).
SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat, misalkan pada Castor Oil (Conceicao, 2005)). Oleh karena itu, penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang.
Dalam reviewnya, Bozbas (2005) menguraikan berbagai permasalahan yang timbul pada penggunaan SVO dalam mesin diesel dan alternatif solusinya. Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel. Bernardo dkk (2003) menggunakan minyak mentah Camelina Sativa, yang didapatkan dengan pengepresan (cold press) pada biji Camelina Sativa dan penyaringan (filtered), sebagai bahan bakar mesin diesel dan mengujinya pada kendaraan sejauh 426,4 km. Kendaraan yang sama juga digunakan untuk menguji bahan bakar solar sejauh 431,4 km guna mendapatkan perbandingan performansi antara minyak mentah Camelina Sativa dan solar. Mereka menggunakan pemanas khusus minyak Camelina Sativa sebelum memasuki ruang bakar. Secara umum, hasil pengujian Bernardo dkk (2003) menunjukkan bahwa minyak mentah Camelina Sativa memiliki performansi yang sebanding dengan solar. Namun demikian, Soeradjaja (2005b) menekankan perlunya pengujian jangka panjang untuk memastikan kompatibilitas mesin diesel konvensional terhadap SVO.
Pada umumnya, orang lebih memilih untuk melakukan proses kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil/SVO guna menghasilkan metil ester asam lemak (fatty acid methyl ester – FAME) yang memiliki berat molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung digunakan dalam mesin diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya bertujuan mengubah [tri, di, mono] gliserida berberat molekul dan berviskositas tinggi yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak methil ester (FAME). Sebagai contoh, perbandingan karakteristik antara refined vegetable oil dan biodiesel yang dihasilkan dari tumbuhan jenis Brassica carinata (Bouaid dkk., 2005) terhadap solar dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini:
Tabel 1 Beberapa karakteristik vegetable oil dan biodiesel dari Brassica carinata, serta solar

a data dari Ramadhas, dkk. (2005)
b data dari Bernardo, dkk. (2003)
Tabel 1 menunjukkan bahwa transesterifikasi refined vegetable oil menjadi biodiesel mengubah harga viskositas dan kadar asam secara signifikan. Harga viskositas biodiesel tidak jauh berbeda dengan solar; menunjukkan bahwa biodiesel dari Brassica Carinata memiliki karakteristik alir yang tidak jauh berbeda dengan solar, sehingga diprediksi tidak akan menimbulkan masalah yang berarti bila digunakan secara langsung pada mesin diesel konvensional. Sedangkan viskositas refined vegetable oilyang sangat tinggi (lebih dari 10 kali lipat) menunjukkan bahwa dengan daya pemompaan yang tetap, minyak ini akan berpotensi menimbulkan masalah pada sistem injeksi bahan bakar, bila tidak dilakukan tambahan peralatan/modifikasi pada mesin dan atau sistem penyaluran bahan bakar.
Bahan Baku Biodiesel
Azam dkk (2005) mengkompilasi berbagai hasil riset di India tentang BBN biodiesel dan menemukan 75 spesies tanaman yang bisa menghasilkan biodiesel; 26 spesies diantaranya, termasuk Jathropa Curcas (Jarak Pagar), yang memenuhi standar kualitas USA, Jerman, dan Eropa. Soeradjaja (2005a) menyebut adanya 50 spesies tanaman di Indonesia yang bisa menghasilkan biodiesel, contoh yang populer adalah sawit, kelapa, jarak pagar, kapok atau randu. Vicente dkk. (2006) meneliti beberapa spesies tanaman penghasil biodiesel di Spanyol, diantaranya bunga matahari, rapeseed, dan Brassica carinata. Mereka menyimpulkan bahwa viskositas, peroksida, dan asam dari biodiesel yang dihasilkan oleh ke-tiga spesies di atas memenuhi standard Uni Eropa, sedangkan kadar iodine biodiesel dari bunga matahari dan Brassica carinata lebih tinggi dari standard Uni Eropa. Canoira dkk. (2005), juga dari Spanyol, setelah meneliti Jojoba oil-wax menyimpulkan bahwa biodiesel yang dihasilkan dari Jojoba (Simmondsia chinensis Link Schneider) memenuhi standard biodiesel Eropa (EN14214). Tsai dkk. (2005) menguraikan telah beroperasinya fasilitas pengolahan limbah minyak pangan di Taiwan yang berkapasitas 3,000 ton metrik per tahun. Limbah tersebut didapatkan dari berbagai sumber, seperti restoran, rumah makan, rumah tangga, hingga perusahaan-perusahaan yang menghasilkan limbah minyak pangan dalam proses produksinya. Dengan menggunakan proses transesterifikasi, Taiwan telah berhasil mengubah limbah minyak pangan nya menjadi biodiesel. Hal ini berdampak ganda: mengurangi limbah cair ke lingkungan sekaligus mendapatkan BBN biodiesel yang ramah lingkungan.
Pustaka
- Azam, M. M., Waris, A., Nahar, N. M., “Prospect and potential of fatty acid methyl esters of some non-traditional seed oils for use as biodiesel in India”, Biomass and Bioenergy, 29, 293-302 (2005)
- Bernardo, A., Howard-Hildige, R., O’Connel, A., Nichol, R., Ryan, J., Rice, B., Roche, E., Leahy, J. J., “Camelina oil as a fuel for diesel transport engines”, Industrial Crops and Products, 17, 191-197 (2003)
- Bouaid, A., Diaz, Y., Martinez, M., Aracil, J., “Pilot plant studies of biodiesel production using Brassica Carinata as raw material”, Catalysis Today, (2005)
- Bozbas, K., “Biodiesel as an alternative motor fuel: Production and policies in the European Union”, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 1-12 (2005)
- Canoira, L., Alcantara, R., Garci・Martinez, Ma. J., Carraso, J., “Biodiesel from Jojoba oil-wax: Transesterification with methanol and properties as fuel”, Biomass and Bioenergy (2005)
- Conceicao, M. M., Candeia, R. A., Dantas, H. J., Soledade, L. E. B., Fernandes, Jr., V. J., Souza, A. G., “Theological Behavior of Castor Oil Biodiesel”, Energy & Fuels, 19, 2185-2188 (2005)
- Nusrat, M., “Pertemuan Losari, Awal Peningkatan Kesejahteraan Masyarakat”, Kompas, 3 Juli (2006)
- Soeradjaja, T. H., “Energi alternatif – biodiesel (Bagian 1)”, http://www.kimia.lipi.go.id/index.php?pilihan=berita&id=13 (2003a)
- Soeradjaja, T. H., “Energi alternatif – biodiesel (Bagian 2)”, http://www.kimia.lipi.go.id/index.php?pilihan=berita&id=13 (2003b)
- Tsai, W.-T., Lin, C.-C., Yeh, C.-W., “An analysis of biodiesel fuel from waste edible oil in Taiwan”, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 1-22 (2005)
- Vicente, G., Martinez, M., Aracil, J., “A comparative study of vegetable oils for biodiesel production in Spain”, Energy & Fuels, 20, 394-398 (2006)