The Advantages of Biodiesel Fuels

Biodiesel, the popular name for methyl ester, is an alternative to petroleum diesel fuel. It is made from renewable feedstocks, principally plant and animal fats. There is currently research underway to make the process more amenable to any type of waste food, but this is yet to be cost-effective.

The primary advantages of biodiesel derived from the fact that its inputs are domestically produced and are renewable, and that it is recognized by the EPA as an alternative fuel that provides tax incentives so it can compete with petroleum diesel.

Benefits of Biodiesel Fuels:

The primary reasons that biodiesel has emerged as one of the leading alternative fuels include:

• Clean alternative – biodiesel is biodegradable and burns cleaner than petroleum diesel.

• Operates in conventional engines – in its most common form of B20 (a 20% mixture with petroleum diesel) most diesel, both heavy and light-duty, require little or no modification providing the same performance and mileage characteristics. In the past two years, B20 fuel has been approved in both Dodge pick-ups as well as New Holland farm equipment without any modifications as long as the fuel meets ASME standards which have been set.

• Outperforms ethanol-based fuels – biodiesel returns 3.2 units of energy for every unit consumed in production while ethanol returns only 1.25 units. Biodiesel is more energy efficient.

• Biodiesel does not require special storage like natural gas.

• Uses renewable inputs that are grown domestically. In addition, its full production provides jobs domestically as well. The use of plant oils as feed stock provides markets for crops and revenues to farmers, especially for soybeans.

Biodiesel Tax Incentives:

The EPA Energy Policy Act was amended in 1998 by the Energy Conservation Reauthorization Act (EPAct). This included the use of biodiesel fuel to meet alternative fuel requirements for federal, state and public utility fleets. EPAct was amended again in 2005, extending the tax credit to 2008. Several incentives were included for producers of biodiesel, including a $.10 per gallon credit. Finally, the use of a minimum of 7.5b gallons of renewable fuels per year be used by 2012 was mandated.

EPAct considers B100 (unblended biodiesel fuel) an alternative fuel. However, in blends of 20% or higher covered fleets can earn EPAct credits for every 450 gallons used.

There is also a federal tax credit available to all users. It provides a one penny per percent of biodiesel in a fuel blend made from agricultural products and one-half penny for recycled oils. In this instance, a gallon of B20 fuel is eligible for a $.20 tax incentive per gallon when made from plant oils. The USDA projects that this will increase the demand for biodiesel to 124 million gallons per year from the 2005 level of approximately 60 million gallons. Of course, this depends a great deal on the market price of oil.

Memahami Biodiesel dan Reaksi Transesterifikasi

Pada postingan kali ini kita kan Memahami Biodiesel dan Reaksi Transesterifikasi dalam proses pembuatan biodisel. Namun terlebih dahulu coba kita lihat apa sih biodiesel itu ?. Biodiesel merupakan senyawa kimia sederhana dengan kandungan enam sampai tujuh macam ester asam lemak. Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester dengan panjang rantai karbon antara 12 sampai 20 dari asam lemak turunan dari lipid contohnya minyak nabati atau lemak hewani. Minyak nabati atau lemak hewani dapat dibuat biodiesel dengan reaksi transesterifikasi dengan menggunakan alkohol.Komposisi dan sifat kimia dari biodiesel tergantung pada kemurnian, panjang pendek, derajat kejenuhan, dan struktur rantai alkil asam lemak penyusunnya.

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari sumber terbarukan (renewable), dengan komposisi ester asam lemak dari minyak nabati antara lain: minyak kelapa sawit, minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak biji kapuk, dan masih ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan biodiesel.

Proses pembuatan Biodiesel

Biodiesel dibuat melalui suatu proses kimia yang disebut transesterifikasi. Proses ini menghasilkan dua produk yaitu metil esters (biodiesel)/mono-alkyl esters dan gliserin yang merupakan produk samping. Bahan baku utama untuk pembuatan biodiesel antara lain minyak nabati, lemak hewani, lemak bekas/lemak daur ulang. Sedangkan sebagai bahan baku penunjang yaitu alkohol. Pada pembuatan biodiesel dibutuhkan katalis untuk proses esterifikasi. Produk biodiesel tergantung pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku serta pengolahan pendahuluan dari bahan baku tersebut.

Alkohol yang digunakan sebagai pereaksi untuk minyak nabati adalah methanol, namun dapat pula digunakan ethanol, isopropanol atau butyl, tetapi perlu diperhatikan juga kandungan air dalam alcohol tersebut. Bila kandungan air tinggi akan mempengaruhi hasil biodiesel kualitasnya rendah, karena kandungan sabun, ALB dan trigiserida tinggi. Disamping itu hasil biodiesel juga dipengaruhi oleh tingginya suhu operasi proses produksi, lamanya waktu pencampuran atau kecepatan pencampuran alkohol.

Katalisator dibutuhkan pula guna meningkatkan daya larut pada saat reaksi berlangsung, umumnya katalis yang digunakan bersifat basa kuat yaitu NaOH atau KOH atau natrium metoksida. Katalis yang akan dipilih tergantung minyak nabati yang digunakan,apabila digunakan minyak mentah dengan kandungan ALB kurang dari 2 %, disamping terbentuk sabun dan juga gliserin.

Katalis tersebut pada umumnya sangat higroskopis dan bereaksi membentuk larutan kimia yang akan dihancurkan oleh reaktan alkohol. Jika banyak air yang diserap oleh katalis maka kerja katalis kurang baik sehingga produk biodiesel kurang baik. Setelah reaksi selesai, katalis harus di netralkan dengan penambahan asam mineral kuat. Setelah biodiesel dicuci proses netralisasi juga dapat dilakukan dengan penambahan air pencuci, HCl juga dapat dipakai untuk 318 proses netralisasi katalis basa, bila digunakan asam phosphate akan menghasil pupuk phosphat (K3PO4)

Keunggulan Biodiesel

Keunggulan Biodiesel antara lain :
1. Angka Cetane tinggi (>50), yakni angka yang menunjukan ukuran baik tidaknya kualitas Solar berdasarkan sifaf kecepatan bakar dalm ruang bakar mesin. Semakin tinggi bilangan Cetane, semakin cepat pembakaran semakin baik efisiensi termodinamisnya.
2. Titik kilat tinggi, yakni temperatur terendah yang dapat menyebabkan uap Biodiesel menyala, sehingga Biodiesel lebih aman dari bahaya kebakaran pada saat disimpan maupun pada saat didistribusikan dari pada solar
3. Tidak mengandung sulfur dan benzene yang mempunyai sifat karsinogen, serta dapat diuraikan secara alami
4. Menambah pelumasan mesin yang lebih baik daripada solar sehingga akan memperpanjang umur pemakaian mesin
5. Dapat dengan mudah dicampur dengan solar biasa dalam berbagai komposisi dan tidak memerlukan modifikasi mesin apapun
6. Mengurangi asap hitam dari gas asap buang mesin diesel secara signifikan walaupun penambahan hanya 5% - 10% volume biodiesel kedalam solar

Mengenal Biodiesel: Karakteristik, Produksi, hingga Performansi Mesin (2)

Bagian kedua dari tulisan ini membahas proses produksi yang umum digunakan dalam pembuatan asam lemak metil ester (biodiesel). Transesterifikasi menggunakan katalis kimiawi (asam/basa), baik langsung ataupun didahului dengan praesterifikasi, merupakan proses yang banyak digunakan saat ini untuk menghasilkan biodiesel. Beberapa teknik baru, seperti penggunaan katalis biologis (biocatalyst) dan transesterifikasi tanpa katalis juga dibahas dalam tulisan ini.
Proses Produksi Biodiesel
Refined fatty oil yang memiliki kadar asam lemak bebas (free fatty oil) rendah, sekitar 2% bisa langsung diproses dengan metode transesterifikasi menggunakan katalis alkalin untuk menghasilkan metil ester dan gliserol. Namun bila kadar asam minyak tersebut masih tinggi, maka sebelumnya perlu dilakukan proses praesterifikasi terhadap minyak tersebut. Kandungan air dalam minyak tumbuhan juga harus diperiksa sebelum dilakukan proses transesterifikasi.
Esterifikasi dua tahap
Transesterifikasi merupakan metode yang saat ini paling umum digunakan untuk memproduksi biodiesel dari refined fatty oil. Metode ini bisa menghasilkan biodiesel (FAME) hingga 98% dari bahan baku minyak tumbuhan (Bouaid dkk., 2005). Bila bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang mengandung kadar asam lemak bebas (free fatty acid – FFA) tinggi (yakni lebih dari 2% – Ramadhas dkk. (2005)), maka perlu dilakukan proses praesterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%. Ramadhas dkk. (2005) melakukan dua tahap esterifikasi untuk memproses minyak biji karet mentah (unrefined rubber seed oil) menjadi biodiesel. Kedua proses tersebut adalah:
1. Esterifikasi asam: Ini merupakan proses pendahuluan menggunakan katalis asam untuk menurunkan kadar asam lemak bebas hingga sekitar 2%. Asam sulfat (sulphuric acid) 0.5 wt% dan alkohol (umumnya methanol) dengan molar rasio antara alkohol dan bahan baku minyak sebesar 6:1 terbukti memberikan hasil konversi yang baik.
2. Esterifikasi alkalin: Selanjutnya dilakukan proses transesterifikasi terhadap produk tahap pertama di atas menggunakan katalis alkalin. Sodium hidroksida 0.5 wt% dan alkohol (umumnya methanol) dengan rasio molar antara alkohol dan produk tahap pertama sebesar 9:1 digunakan dalam proses transesterifikasi ini.
Kedua proses esterifikasi di atas dilakukan pada temperatur 40 – 50oC. Esterifikasi dilakukan di dalam wadah berpengaduk magnetik dengan kecepatan konstan. Keberadaan pengaduk ini penting untuk memastikan terjadinya reaksi di seluruh bagian reaktor. Produk esterifikasi alkalin akan berupa metil ester di bagian atas dan gliserol di bagian bawah (akibat perbedaan densitas). Setelah dipisahkan dari gliserol, metil ester tersebut selanjutnya dicuci dengan air distilat panas (10 vol%). Karena memiliki densitas yang lebih tinggi dibandingkan metil ester, air pencuci ini juga akan terpisahkan dari metil ester dan menempati bagian bawah reaktor. Metil ester yang telah dimurnikan ini selanjutnya bisa digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.
Selain untuk menurunkan kadar asam, pada proses praesterifikasi juga perlu dilakukan pengurangan kadar air. Pada prinsipnya, pengurangan kadar air bisa dilakukan dengan dua cara, separasi gravitasi atau separasi distilasi. Separasi gravitasi mengandalkan perbedaan densitas antara minyak dengan air: air yang lebih berat akan berposisi di bagian bawah untuk selanjutnya dapat dipisahkan. Sedangkan separasi distilasi mengandalkan titik didih air sekitar 100oC dan pada beberapa kasus digunakan pula tekanan rendah untuk memaksa air keluar dan terpisah dari minyak.
Zullaikah dkk. (2005) menggunakan proses katalis-asam dua tahap untuk menghasilkan biodiesel dari minyak dedak/bekatul beras (rice bran oil) yang memiliki kadar asam tinggi. Proses tahap pertama dilakukan pada temperatur 60oC dan tekanan atmosfer. Rasio molar antara methanol dan asam lemak bebas (FFA) diset pada 5:1. Temperatur di dalam wadah/reaktor dijaga dengan cara mencelupkannya ke dalam fluida (oil) dengan temperatur tertentu (oil bath with temperature controller). Pengaduk magnetik digunakan untuk memastikan terjadinya reaksi kimia di seluruh bagian wadah. Asam sulfat (sulphuric acid) 2 wt% dicampurkan terlebih dahulu dengan methanol untuk selanjutnya dimasukkan ke dalam wadah/reaktor. Setelah 2 jam, proses dihentikan dan campuran di dalam reaktor didinginkan hingga mencapai temperatur ruang. Produk dipisahkan dan dibersihkan menggunakan air. Fasa organik kemudian dipisahkan dari air dan dikeringkan dengan teknik tekanan rendah (vakum). Produk akhir tahap pertama ini kemudian diproses lagi menggunakan katalis asam yang sama, asam sulfat, dengan konsentrasi asam sulfat 2 wt% dan rasio molar antara methanol dan minyak sebesar 9:1. Reaksi dilakukan dalam wadah tertutup pada temperatur 100oC dan kecepatan pengaduk sebesar 300 rpm (putaran per menit). Sekitar 96% metil ester bisa dihasilkan menggunakan proses katalis-asam dua tahap ini setelah 8 jam menggunakan minyak dedak/bekatul beras yang semula memiliki kadar asam lemak bebas (FFA) sebesar 76%.
Transesterifikasi
Bila bahan baku minyak yang digunakan merupakan minyak yang telah diproses (refined fatty oil) dengan kadar air dan asam lemak bebas yang rendah, maka proses esterifikasi dengan katalis alkalin bisa langsung dilakukan terhadap minyak tersebut. Transesterifikasi pada dasarnya terdiri atas 4 tahapan, yakni:
1. Pencampuran katalis alkalin (umumnya sodium hidroksida atau potassium hidroksida) dengan alkohol (umumnya methanol). Konsentrasi alkalin yang digunakan bervariasi antara 0.5 – 1 wt% terhadap massa minyak. Sedangkan alkohol diset pada rasio molar antara alkohol terhadap minyak sebesar 9:1.
2. Pencampuran alkohol+alkalin dengan minyak di dalam wadah yang dijaga pada temperatur tertentu (sekitar 40 – 60oC) dan dilengkapi dengan pengaduk (baik magnetik ataupun motor elektrik) dengan kecepatan konstan (umumnya pada 600 rpm – putaran per-menit). Keberadaan pengaduk sangat penting untuk memastikan terjadinya reaksi methanolisis secara menyeluruh di dalam campuran. Reaksi methanolisis ini dilakukan sekitar 1 – 2 jam.
3. Setelah reaksi methanolisis berhenti, campuran didiamkan dan perbedaan densitas senyawa di dalam campuran akan mengakibatkan separasi antara metil ester dan gliserol. Metil ester dipisahkan dari gliserol dengan teknik separasi gravitasi.
4. Metil ester yang notabene biodiesel tersebut kemudian dibersihkan menggunakan air distilat untuk memisahkan zat-zat pengotor seperti methanol, sisa katalis alkalin, gliserol, dan sabun-sabun (soaps). Lebih tingginya densitas air dibandingkan dengan metil ester menyebabkan prinsip separasi gravitasi berlaku: air berposisi di bagian bawah sedangkan metil ester di bagian atas.
Katalis biologis (biocatalyst)
Beberapa kritik yang ditujukan terhadap proses transesterifikasi kimiawi adalah tingginya konsumsi energi proses serta masih terikutnya senyawa-senyawa pengotor dalam metil ester, seperti [mono, di] gliserida, gliserol, air, dan katalis alkalin yang dipergunakan (Salis dkk., 2005; Han dkk, 2005; Toda dkk, 2006). Pemurnian metil ester terhadap senyawa-senyawa pengotor tersebut memerlukan tambahan energi dan material dalam proses transesterifikasi minyak menjadi biodiesel.
Salis dkk. (2005) mengajukan teknik katalisasi biologis (biocatalysis) untuk memproduksi biodiesel, oleic acid alkyl ester (dalam hal ini butil oleat), dari triolein menggunakan beberapa macam katalis biologis, yakni Candida Antarctica B, Rizhomucor Miehei, dan Pseudomonas Cepacia. Karena mahalnya harga katalis biologis dibandingkan katalis kimiawi, maka penggunaan katalis biologis tersebut dilakukan dengan cara immobilisasi pada katalis. Teknik ini sekaligus memungkinkan dilakukannya proses kontinyu dalam produksi biodiesel. Dari hasil pengujian yang dilakukan Salis dkk. (2005), ditemukan bahwa Pseudomonas Cepacia merupakan katalis biologis yang paling baik dalam menghasilkan 100% butil oleat (oleic acid ethyl ester) dalam waktu 6 jam. Temperatur optimum reaksi ini adalah 40oC.
Toda dkk (2006) juga menggunakan jalur katalis biologis untuk memproduksi biodiesel dari minyak tumbuhan. Mereka membuat katalis padat (solid catalyst) dari gula dengan cara melakukan pirolisis terhadap senyawa gula (D-glucose dan sucrose) pada temperatur di atas 300oC. Proses ini menyebabkan karbonisasi tak sempurna terhadap senyawa gula dan terbentuknya lembar-lembar karbon aromatik polisiklis (polycyclic aromatic carbon sheets). Asam sulfat (sulphuric acid) kemudian digunakan untuk mensulfonasi cincin aromatik tersebut sehingga menghasilkan katalis. Katalis padat yang dihasilkan dengan cara ini disebutkan memiliki kemampuan mengkonversi minyak tumbuhan menjadi biodiesel lebih tinggi dibandingkan katalis asam sulfat cair ataupun katalis asam padat lain yang telah ada sebelumnya.
Transesterifikasi tanpa katalis
Han dkk. (2005) melakukan proses transesterifikasi pada minyak kedelai (soybean oil) menggunakan methanol superkritik dan co-solvent CO2. Tidak adanya katalis pada proses ini memberikan keuntungan tidak diperlukannya proses purifikasi metil ester terhadap katalis yang biasanya terikut pada produk proses transesterifikasi konvensional menggunakan katalis asam/basa. Han dkk. (2005) melakukan perbaikan pada proses transesterifikasi menggunakan methanol superkritik dengan menambahkan co-solvent CO2 yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dan temperatur operasi proses transesterifikasi. Hal ini berkorelasi langsung pada lebih rendahnya energi yang diperlukan dalam proses transesterifikasi menggunakan methanol superkritik. Namun demikian, temperatur yang terlibat dalam proses yang dilakukan Han dkk (2005) masih cukup tinggi, yakni sekitar 280oC.
Pustaka
1. Bouaid, A., Diaz, Y., Martinez, M., Aracil, J., “Pilot plant studies of biodiesel production using Brassica Carinata as raw material”, Catalysis Today, (2005)
2. Han, H., Chao, W., Zhang, J., “Preparation of biodiesel from soybean oil using supercritical methanol and CO2 as co-solvent”, Process Biochemistry, 40, 3148 – 3151 (2005)
3. Ramadhas, A. S., Mulareedharan, C., Jayaraj, S., “Performance and emission evaluation of e diesel engine fueled with methyls esters of rubber seed oil”, Renewable Energy, 30, 1789 – 1800 (2005)
4. Salis, A., Pinna, M., Monduzzi, M., Solinas, V., “Biodiesel production from triolein and short chain alcohols through biocatalysis” Journal of Biotechnology, 119, 291 – 299 (2005)
5. Toda, M., Takagaki, A., Okamura, M., Kondo, JM., Hayashi, S., Domen, K., Hara, M., “Biodiesel made with sugar catalyst”, Nature, 438, 178 (2005)
6. Zullaikah, S., Lai, C. C., Vali, S. R., Ju, Y.-H., “A two-step acid-catalyzed for the production of biodiesel from rice bran oil”, Bioresource Technology, 96, 1889 – 1886 (2005)

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)

Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah

Biodiesel dari minyak jelantah

a. Krisis energi → energi semakin mahal

b. Muncul alternatif → biodiesel

c. Pemanfaatan limbah rumah tangga → minyak jelantah → bahan baku biodiesel

d. Proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah

1. Proses kontinyu

o Minyak jelantah disaring untuk menghilangkan kadar karbon dari minyak jelantah yang menyebabkan minyak jelantah menjadi lebih pekat (kehitaman),sehingga minyak jelantah menjadi lebih bening.

o Siapkan alat pembuat biodiesel seperti tangki reaktor tangki penyimpan metanol, tangki penyimpan minyak jelantah

o Masukkan minyak jelantah kedalam tangki minyak sebanyak 4,8 lt

o Masukkan methanol kedalam tangki methanol sebanyak 1,2 lt

o Campurkan KOH kedalam tangki methanol sebanyak 1% berat minyak jelantah

o Reaksi antara minyak jelantah dengan methanol dilaksanakan dengan memompakan kedua larutan kedalam reaktor dengan kecepatan yang berbeda, minyak jelantah 5 skala, sedang methanol 3 skala.

o Reaksi dilakukan pada suhu 500 C dengan menggunakan pemanas air yang dipompakan kedalam reaktor melalui heater.

o Air panas mengalir dalam shell reaktor sedang minyak jelantah dan methanol dialirkan melalui pipa melingkar dalam reaktor yang terbuat dari PVC dengan arah keatas.

o Hasil reaksi ditampung dalam bak penampung.

o Larutan yang dihasilkan diendapkan akan dihasikan dua lapisan, larutan bagian bawah gliserol dan diatasnya bio diesel, karena perbedaan berat jenis.

o Bio diesel digunakan sebagai bahan bakar motor diesel sedang gliserol digunakan dalam produksi kosmetika

2. Proses batch ( tak sinambung )

o Campurkan campuran metanol dengan minyak jelantah menggunakan katalis NaOH, lalu aduk dengan kecepatan 300 rpm sambil dipanaskan dengan pemanas air dengan suhu 60°C

o Hasilnya diendapkan selama ± 8 jam, nantinya biodiesel dan gliserol akan memisah, karena berat jenis biodiesel lebih ringan dari gliserol, maka biodiesel terletak diatas sedangkan glycerol terletak dibagian bawah, kemudian dilakukan pemisahan. Dalam pemisahan sebaiknya biodiesel disaring berulang untuk mendapatkan kemurnian yang lebih tinggi.

o Bio diesel digunakan sebagai bahan bakar motor diesel sedang gliserol digunakan dalam produksi kosmetika

o Sifat biodiesel ”match“ dengan solar sehingga performance nya tidak jauh berbeda dengan solar. Ini sudah diuji dalam mesin diesel statsioner dengan putaran tinggi maupun rendah

Environment Consideration For Biodiesel

Bahan Bakar Mesin Disel Tidak Mencemari dan Akrab Lingkungan

Apa itu biodisel ?

Biodisel adalah bahan organik alam, yang sumber dari hasil tumbuhan di permukaan bumi, sumber daya alam yang terbaharukan seperti jenis buah, polongan atau kacang, dan umbi atau akar yang mengandung minyak nabati maupun dari hasil daur ulang minyak jelantah limbah rumah tangga atau restoran, dapat diolah menjadi biodisel sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan. Artinya, biodisel berfungsi sebagai pengganti bahan bakar minyak solar yang berasal dari dalam perut bumi dari hasil tambang, hanya bedanya biodisel berasal dari bahan organik dari tumbuhan di atas permukaan bumi yang mudah kembali ke alam, sehingga aman bagi kesehatan lingkungan, mudah diterima dan kembali kealam melalui proses biologi (biodegradable), dan hasil pembakarannya sangat rendah dampaknya terhadap polusi udara jika dibandingkan dengan bahan bakar solar. Bahkan baunya lebih baik dari minyak solar seperti harumnya masakan Francis, donat, atau barbecue.

Dapatkah biodisel digunakan mobil, generator, atau perahu motor ?

Tentu saja dapat digunakan biodisel murni (100%) sebagai pengganti bagi yang biasa menggunakan minyak solar, kecuali selama musim dingin. Pada musim dingin biodisel lebih cepat beku dibanding dengan minyak solar karena vikositasnya lebih tinggi dan diperlukan penyesuaian sistim pencampuran dengan udara. Karburator yang telah dibuat sebelum tahun 1993 dilengkapi seal karet pada pompa minyak (fuel injection) akan rusak jika berkontaminasi dengan biodisel 100%. Sehingga perlu mengganti seal ini dengan seal Viton™ atau seal bukan karet. Dapat juga digunakan campuran biodisel dan minyak solar dengan perbandingan 20% - 35%, dan dapat digunakan pada mesin jenis lama tanpa mengubah sistim pengabutan minyak pada mesin. Hanya perlu diperhatikan pada seal mata sepuyernya. (direct injection), karena akan menjadi masalah pada proses pencampuran biodisel dengan udara pada waktu musim dingin, sehingga tetap perlu waspada agar proses pencampuran dilakukan dengan tepat. Biodisel dan solar bercampur dengan baik walaupun terdapat kandungan air. Campuran solar dan biodisel memiliki sistim pelumasan yang sangat baik, dan dapat mengurangi pengembunan, menghindari korosi pada silinder mesin, sehingga membuat komponen ruang bakar mesin berumur panjang. Biodiesel dapat membersihkan sistim karburator, sehingga dapat menjaga komponen saringan minyak beberapa minggu pertama setelah penggunaannya.

Amankah menggunakan biodiesel ?

Ya ! Biodisel terbuat dari minyak nabati dan alkohol, sehingga jika tumpah ke tanah, akan cepat terurai secara alami menjadi bahan sisa organik. Dengan alasan apapun Biodisel tidak dianjurkan untuk dikonsumsi. Bagaimanapun tidak mungkin dikonsumsi sebagai minyak goreng, karena mengakibatkan melumasi sistim pencernaan. Biodisel sebagai racun seperti seperti garam meja, tetapi mudah ditanggulangi. Mekanik mengatakan bahwa biodisel tidak merusak tangan tidak seperti solar. Banyak masyarakat menggunakan biodisel untuk kapal laut agar melindungi kelestarian alam karena tidak merusak flora dan fauna laut.

Apakah biodisel mengurangi polusi udara ?

Sangat mengurangi polusi udara dibandingkan dengan bahan bakar solar. Biodisel tidak memiliki semua bentuk bahan cemaran udara. Sangat penting peranannya, biodisel tidak meracuni udara yang menyebabkan komponen keseimbangan udara terganggu. Biodisel murni dapat mengurangi resiko kanker 94%; B20 dapat menghindari resiko kurang lebih 27%. Karena pada biodisel tidak terkandung sulfur, sehingga biodisel tidak akan mengeluarkan gas emisi sulfur dioxide atau katalis gas buang yang meracuni. B20 mengandung 20% keuntungan biodisel murni. B20 dapat pula mengurangi asap dan bau yang kurang sedap pada kenalpot gas buang kendaraan bermotor .

Apakah biodisel mengurangi efek rumah kaca ?

Ya. Selamanya, tumbuhan yang menghasilkan minyak nabati dapat dibuat menjadi biodisel, CO2 di atmosfir di siang hari dihisap tanaman dapat tumbuh dan berkembang terbaharukan, hasilnya daun, buah, akar yang mengandung minyak dapat tumbuh, tanaman yang mengandung minyak nabati dapat digunakan untuk bahan baku biodisel sebagai bahan bakar dapat dilakukan daur ulang menjadi bahan pupuk organik bagi tanaman, mengembalikan karbon dari minyak dan tanaman, gas buang ke atmosfir sebagai karbon dioxide (CO2) dapat di olah kembali oleh tumbuhan. Daur ulang carbon ini dari CO2 dalam atmosfir menjadi karbon pada bahan tanaman dan kembali ke atmosfir terjadi akumulasi O2 dalam atmosfir. Tentu saja, tidak memberikan kontribusi pada perubahan iklim global. Karbon dioxide yang bersal dari bahan bakar minyak solar sebagai bahan bakar untuk traktor, atau bahan bakar alat transportasi dapat digantikan dengan memproduksi biodisel secara bertahap agar tidak merusak atmosfir dari tahun ke tahhun. Kesimpulannya, biodisel menghasilan CO2 lebih rendah 78% dari bahan bakar minyak solar setara 2.661 gram CO2 per gallon, sedangkan bahan bakar minyak solar menghasilan 12.360 gram per gallon.

Dimana Dapat Membeli Biodiesel dan Biodieselmix ?

Industri Biodisel setempat masih sedikit, tetapi tumbuh dengan cepat bagai jamur. Sekarang terdapat sembilan produsen biodisel di United States. Umumnya biodiesel ini dijual dalam bentuk B20 yang konsumennya Bus sekolah secara berlangganan. Perusahaan distribusi minyak atau industri biodisel dapat menyediakan stok B20 bagi langganannya. Kebanyakan masyarakat belum memiliki persediaan yang cukup stok biodisel, tetapi kita ketahui bahwa jika mau membeli eceran dapat membelinya pada Statsiun Penjualan Bahan Bakar Umum (SPBU) setempat, berusaha terus maka pasti dapat membelinya sedangkan di Indonesia terdapat di beberapa tempat SPBU terentu di Jakarta atau bisa pesan di Puspitek (BPPT) Serpong Tangerang walaupun kapasitasnya masih terbatas, Biodisel BPPT Serpong Tangerang berasal dari CPO (Crude Palm Oil) atau kelapa sawit, dan sedang direncanakan diproduksi dengan bahan baku jarak pagar asal dari NTB. Ini merupakan peluang usaha agroindustri bagi alumni TIKM, MST UGM, bagi yang tertarik dalam usaha ini, dapat membuat, memakai dan menjualnya, jika kita kesulitan kita tanya suhu kita, ask to best our lecturer Mr. Dr. Ir. Supranto, M.Sc.

Mengapa Belum Banyak Yang Menggunakan Biodisel ?

Biodisel masih baru dikenal dan belum memasyarakat, Sayangnya, masyarakat belum cepat tanggap lamban memahami dan kalaupun ada yang tertarik memakainya tetapi masih sangat mahal harganya. Biodisel dijual borongan dengan harga $1.50–$2.25 per gallon tanpa pajak; Pajak bahan bakar minyak bumi (BBM) $0.50 per gallon. Itulah mengapa masyarakat belum memilih B20; karena sedikit lebih mahal. Departemen Energy US bekerja sama dengan Industri Biodisel agar mengurangi biaya atau harga jual biodisel lebih rendah $1 per gallon 5 tahun yang akan datang. Agen Pencinta Lingkungan Hidup US akan segera menuntut agar bahan bakar minyak mengurangi nilai ambang batas bahan cemaran, dengan jalan melakukan pemurnian, sehingga membutuhkan biaya produksi tambahan yang akhirnya memberikan dampak kepada menguranginya perbedaan harga antara biodisel dengan bahan bakar minyak solar.

Apakah minyak biodisel memiliki standar ?

Ya. Pastikan bahwa biodisel memenuhi standar ASTM PS 121. Produsen dapat mengacu informasi standar tersebut. Kita dapat memeriksa sendiri kualitas standar campuran biodisel dengan solar sesuai dengan komposisinya. Pastikan tidak terdapat kandungan air di dalamnya, endapan, atau persyaratan minimal viskositasnya. Jika menemui kesulitan menganalisa kualitas agar memenuhhi standar, dapat mengirimkan contoh (sampel) ke laboratorium untuk dilakukan pengujian melalui analisa laboratorium. National Biodisel Terdaftar US dapat merekomendasikan laboratorium pengujian yang dapat dipercaya. Di Indonesia dapat di analisa di Laboratorium Kimia Teknik UGM Yogyakarta.

Berapa lama biodisel dapat disimpan ?

Umur biodisel hampir sama dengan umur kadaluarsa bahan bakar minyak solar. Tetapi direkomendasikan tidak melebihi 6 bulan tanpa perlakuan khusus pada penyimpanan.

Definition and Typical Values of Cetane Number

Cetane number or CN is a measurement of the combustion quality of diesel fuel during compression ignition. It is a significant expression of diesel fuel quality among a number of other measurements that determine overall diesel fuel quality.

Cetane number is actually a measure of a fuel's ignition delay; the time period between the start of injection and start of combustion (ignition) of the fuel. In a particular diesel engine, higher cetane fuels will have shorter ignition delay periods than lower cetane fuels. Cetane numbers are only used for the relatively light distillate diesel oils. For heavy (residual) fuel oil two other scales are used CCAI and CII.

Typical Values

Generally, diesel engines run well with a CN from 40 to 55. Fuels with higher cetane number which have shorter ignition delays provide more time for the fuel combustion process to be completed. Hence, higher speed diesels operate more effectively with higher cetane number fuels. There is no performance or emission advantage when the CN is raised past approximately 55; after this point, the fuel's performance hits a plateau.

In Europe, diesel cetane numbers were set at a minimum of 38 in 1994 and 40 in 2000. The current standard for diesel sold in European Union, Iceland, Norway and Switzerland is set in EN 590, with a minimum cetane index of 46 and a minimum cetane number of 51. Premium diesel fuel can have a cetane number as high as 60.

In North America, most states adopt ASTM D975 as their diesel fuel standard and the minimum cetane number is set at 40, with typical values in the 42-45 range. Premium diesels may or may not have higher cetane, depending on the supplier. Premium diesel often use additives to improve CN and lubricity, detergents to clean the fuel injectors and minimize carbon deposits, water dispersants, and other additives depending on geographical and seasonal needs.

Dimethyl ether may prove advantageous as a future diesel fuel as it has a high cetane rating (55) and can be produced as a biofuel.

Alkyl nitrates (principally 2-ethyl hexyl nitrate and di-tert-butyl peroxide are used as additives to raise the cetane number.

Biodiesel from vegetable oil sources have been recorded as having a cetane number range of 46 to 52, and animal-fat based biodiesels cetane numbers range from 56 to 60.

Source : wikipedia.org

Definition and Aplication of Biodiesel

Definition of Biodiesel
Biodiesel refers to a vegetable oil- or animal fat-based diesel fuel consisting of long-chain alkyl (methyl, propyl or ethyl) esters. Biodiesel is typically made by chemically reacting lipids (e.g., vegetable oil, animal fat (tallow)) with an alcohol.

Biodiesel is meant to be used in standard diesel engines and is thus distinct from the vegetable and waste oils used to fuel converted diesel engines. Biodiesel can be used alone, or blended with petrodiesel.

The term "biodiesel" is standardized as mono-alkyl ester in the United States.

Blends of Biodiesel
Blends of biodiesel and conventional hydrocarbon-based diesel are products most commonly distributed for use in the retail diesel fuel marketplace. Much of the world uses a system known as the "B" factor to state the amount of biodiesel in any fuel mix: fuel containing 20% biodiesel is labeled B20, while pure biodiesel is referred to as B100. It is common in the USA to see B99.9 because a federal tax credit is awarded to the first entity which blends petroleum diesel with pure biodiesel . Blends of 20 percent biodiesel with 80 percent petroleum diesel (B20) can generally be used in unmodified diesel engines. Biodiesel can also be used in its pure form (B100), but may require certain engine modifications to avoid maintenance and performance problems. Blending B100 with petroleum diesel may be accomplished by:

1. Mixing in tanks at manufacturing point prior to delivery to tanker truck
2. Splash mixing in the tanker truck (adding specific percentages of Biodiesel and petroleum diesel)
3. In-line mixing, two components arrive at tanker truck simultaneously.
4. Metered pump mixing, petroleum diesel and Biodiesel meters are set to X total volume, transfer pump pulls from two points and mix is complete on leaving pump.

Applications
Biodiesel can be used in pure form (B100) or may be blended with petroleum diesel at any concentration in most injection pump diesel engines, New extreme high pressure(29,000 psi) common rail engines have strict factory limits of B5 or B20 depending on manufacturer.[citation needed] Biodiesel has different solvent properties than petrodiesel, and will degrade natural rubber gaskets and hoses in vehicles (mostly vehicles manufactured before 1992), although these tend to wear out naturally and most likely will have already been replaced with FKM, which is nonreactive to biodiesel. Biodiesel has been known to break down deposits of residue in the fuel lines where petrodiesel has been used.[3] As a result, fuel filters may become clogged with particulates if a quick transition to pure biodiesel is made. Therefore, it is recommended to change the fuel filters on engines and heaters shortly after first switching to a biodiesel blend.

source : wikipedia.org