Lebih Dekat dengan Biodiesel dari Minyak Jelantah

Minyak goreng harganya  meninggi, walaupun demikian minyak goreng bekas masih bisa digunakan untuk bahan baku biodiesel, seiring dengan usaha pemerintah untuk mencari alternatif sumber energi terbarukan . Minyak bekas atau jelantah (cooking oil) mendapat tempat untuk dibuat biodiesel berbiaya murah.

Mengapa demikian?  karena Produksi biodiesel  dari minyak nabati murni melalui transesterifikasi lebih tinggi harganya daripada bahan bakar fosil, karena biaya bahan bakunya yang tinggi.

Terobosan mencari bahan baku murah terus diupayakan, dalam hal ini banyak peneliti sedang gencar melirik 'minyak jelantah itu"  Untuk meminimalkan biaya biofuel,

Ada  satu hal yang perlu diperhatikan reaksi   agar   cepat berlangsung,   bilamana menggunakan katalis, demikian juga halnya pada produksi biodiesel.   Katalis yang digunakan dalam proses  produksi biodiesel  biasanya asam, basa, dan  enzim lipase.

Karena katalis lipase jauh lebih mahal ongkos produksinya, maka  penggunaan lipase dalam produksi biodiesel terbatas, masih dalam taraf penelitian.  Dalam kebanyakan kasus, NaOH digunakan sebagai katalis basa, karena biayanya yang rendah dan laju reaksi yang lebih tinggi. Dalam kasus minyak jelantah yang mengandung persentase asam lemak bebas yang tinggi, katalis basa bereaksi dengan asam lemak bebas dan membentuk sabun melalui reaksi saponifikasi.Kalau sudah demikian, produksi biodiesel belum efisien. 

Dalam tulisan ini, saya mencoba  menelusuri  berbagai parameter yang mempengaruhi proses produksi biodiesel   seperti laju reaksi, konsentrasi katalis, suhu, kecepatan pengadukan, jenis katalis, alkohol yang digunakan, rasio alkohol terhadap minyak, kadar asam lemak bebas, dan kadar air , harapannya satu semoga pembaca dapat mengambil ikmah dari ringkasan ini, sehingga dapat teinspirasi untuk melakukan sesuatu khususnya dalam produksi "biodiesel' berbahan baku minyak jelantah.

Apa yang dimaksud minyak jelantah ? 

Minyak goreng bekas  juga dikenal dengan nama minyak jelantah, adalah minyak kelapa atau sawit yang telah digunakan untuk menggoreng, biasanya digunakan maksimal 2 kali, sebab minyak jelantah yang digunakan berkali-kali  dapat mengalami oksidasi  oleh panas, sehingga dapat memicu timbulnya radikal bebas. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa  minyak goreng bekas merupakan minyak yang berasal dari sisa minyak penggorengan bahan makanan.

 Minyak goreng bekas maupun minyak nabati yang baru tersusun atas gliserida yang mempunyai rantai karbon panjang, yaitu ester antara gliserol dengan asam karboksilat. Perbedaan minyak goreng bekas dengan minyak nabati yang baru terletak pada komposisi asam lemak jenuh dan tak jenuhnya. Minyak goreng bekas memiliki kandungan asam lemak jenuh lebih besar dari minyak nabati yang baru. Hal ini disebabkan pada proses penggorengan terjadi perubahan rantai tak jenuh menjadi rantai jenuh pada senyawa penyusunnya.  Hasil analisi  I.G.B.W. Kusuma,, (2003)Komposisi asam lemak tak jenuh minyak jelantah adalah 30% sedangkan asam lemak jenuh 70% .

Perlu diketahui bahwa data Badan Pusat Statistik (BPS) dan Gabungan Pengusaha Kelapa Sawit Indonesia (GAPKI) yang mencatat permintaan minyak goreng sawit, terutama dari kalangan rumah tangga cenderung meningkat setiap tahun. Artinya peningkatan terus terjadi

Misalnya, 2020 saja, permintaan minyak goreng meningkat sebesar 17,35 juta ton atau 3,6%, lebih banyak dari tahun sebelumnya sebanyak 16,75 juta ton. Hal ini disebabkan  meningkatnya konsumsi masyarakat terhadap minyak goreng. Pada 2019 saja, tercatat  bahwa  konsumsi minyak goreng rumah tangga sekitar 2,43 juta ton. Pada tahun 2019  konsumsi minyak goreng rumah tangga telah mencapai 13 juta ton atau setara dengan 16,2 juta kiloliter/tahun. Kondisi ini lantas menjadikan Indonesia sebagai peringkat pertama dengan tingkat konsumsi minyak goreng terbanyak di dunia, diikuti oleh India, China, dan Malaysia. Lalu residu minyak goreng sawit  tentu juga meningkat yaitu minyak jelantah (used cooking oil/UCO) juga banyak ditemukan. Berdasarkan kajian Tim Nasional Percepatan Penanggulangan Kemiskinan (TNP2K) dan Traction Energy Asia memperkirakan, dari konsumsi 13 juta ton minyak goreng, ada produksi minyak jelantah hingga 3 juta ton. Di mana 1,6 juta ton diantaranya didapatkan dari rumah tangga perkotaan besar.

Sayangnya, dari total minyak jelantah itu paling banyak hanya sekitar 1,95 juta ton atau sekitar 2,43 juta kiloliter saja yang digunakan untuk minyak goreng daur ulang yang nantinya dijual atau digunakan kembali untuk memasak. Kemudian sebanyak 148.380 ton atau 184.900 kilo liter diekspor dan sekitar 570.000 kilo liter digunakan untuk bahan baku biodiesel atau kebutuhan lainnya di dalam negeri (https://www.mongabay.co.id/2021/12/31/) .

Biodiesel

Bahan bakar, yang dihasilkan dari stok pakan biologis, disebut sebagai "biofuel." Secara umum, biofuel dapat secara luas diklasifikasikan menjadi bahan bakar generasi pertama dan bahan bakar generasi kedua. Bahan bakar generasi pertama atau biofuel konvensional umumnya berasal dari sumber gula, pati, dan minyak nabati. 

Padahal, biofuel generasi kedua dihasilkan dari bahan baku yang berkelanjutan. Klasifikasi utama biofuel ditunjukkan pada Biodiesel adalah suatu bentuk bahan bakar solar yang berasal dari tumbuhan atau hewan dan terdiri dari ester asam lemak rantai panjang. Biasanya dibuat dengan mereaksikan lipid secara kimia seperti lemak hewan (lemak), minyak kedelai, atau beberapa minyak nabati lainnya dengan alkohol, menghasilkan metil, etil atau propil ester melalui proses transesterifikasi.

Tidak seperti minyak nabati dan limbah yang digunakan untuk bahan bakar mesin diesel yang dikonversi, biodiesel adalah biofuel drop-in, yang berarti kompatibel dengan mesin diesel dan infrastruktur distribusi yang ada. Namun, biasanya dicampur dengan petrodiesel (biasanya kurang dari 10%) karena kebanyakan mesin tidak dapat menggunakan biodiesel murni tanpa modifikasi.Campuran biodiesel juga dapat digunakan sebagai minyak pemanas

Klasifikasi bahan bakar nabati.

Karena sifat kekentalannya yang tinggi, aplikasi langsung minyak nabati sebagai bahan bakar pada mesin penyalaan kompresi telah dibatasi. Dimungkinkan untuk mengurangi viskositasnya dengan mengubah minyak nabati menjadi alkil ester menggunakan reaksi transesterifikasi. 

Saat ini, produksi biodiesel telah meningkat pesat untuk bersaing dengan bahan bakar fosil. Produksi biodiesel dalam beberapa tahun terakhir di seluruh dunia ditunjukkan pada Gambar 2. Biofuel sebagian besar berasal dari minyak nabati, minyak tidak dapat dimakan, lemak, minyak jelantah, dan alga. Keuntungan menggunakan minyak nabati murni (edible oil) sebagai bahan baku produksi biodiesel adalah kandungan asam lemak bebasnya yang rendah. Demikian pula, keuntungan utama sintesis biodiesel dibandingkan sumber minyak nonedible adalah karena kandungan asam lemak bebasnya yang tinggi. Produksi biodiesel dalam beberapa tahun terakhir.

Alih-alih menggunakan minyak nabati murni, minyak jelantah dapat digunakan sebagai bahan baku produksi biodiesel. Di sebagian besar hotel, restoran, dan industri makanan lainnya, minyak jelantah dibuang begitu saja ke sungai atau dibuang ke tanah. Meskipun demikian, minyak jelantah dapat digunakan secara efektif untuk sintesis biodiesel. Produksi biodiesel dari minyak jelantah merupakan metode yang layak secara ekonomi. Sifat biodiesel tergantung pada jenis minyak goreng segar yang digunakan. Biodiesel juga dapat dicampur dengan minyak mineral. Bahkan limbah (produk sampingan) yang dihasilkan dari produksi biodiesel dapat digunakan untuk produksi listrik.

Produksi biodiesel dari  bahan baku yang berbeda .

Berbagai macam minyak dapat digunakan untuk memproduksi biodiesel. Ini termasuk:Pertama, bahan baku minyak kelapa -- minyak lobak dan minyak kedelai yang paling umum digunakan, minyak kedelai terhitung sekitar setengah dari produksi AS. Itu juga dapat diperoleh dari Pongamia, selada dan jarak dan tanaman lainnya seperti mustard, jojoba, rami, bunga matahari, minyak sawit, kelapa dan rami (lihat daftar minyak nabati untuk biofuel untuk informasi lebih lanjut);

Kedua Limbah minyak nabati (WVO); Lemak hewani termasuk lemak, lemak babi, minyak kuning, lemak ayam, dan produk sampingan dari produksi asam lemak Omega-3 dari minyak ikan.

Ketiga , Alga, yang dapat tumbuh menggunakan bahan limbah seperti limbah dan tanpa menggantikan lahan yang saat ini digunakan untuk produksi makanan.

Keempat, Minyak dari halofit seperti Salicornia bigelovii, yang dapat ditanam menggunakan air asin di daerah pesisir di mana tanaman konvensional tidak dapat ditanam, dengan hasil yang sama dengan hasil kedelai dan biji minyak lainnya yang ditanam menggunakan irigasi air tawar

Kelima, Lumpur Limbah -- Bidang limbah menjadi biofuel menarik minat dari perusahaan besar seperti Pengelolaan Limbah dan perusahaan rintisan seperti InfoSpi, yang bertaruh bahwa biodiesel limbah terbarukan dapat bersaing dengan harga solar. Banyak pendukung menyarankan bahwa limbah minyak nabati adalah sumber minyak terbaik untuk memproduksi biodiesel, tetapi karena pasokan yang tersedia jauh lebih sedikit daripada jumlah bahan bakar berbasis minyak bumi yang dibakar untuk transportasi dan pemanas rumah di dunia, solusi lokal ini tidak dapat skala dengan tingkat konsumsi saat ini.

Lemak hewani adalah produk sampingan dari produksi daging dan memasak. Meskipun tidak efisien untuk memelihara hewan (atau menangkap ikan) hanya untuk lemaknya, penggunaan produk sampingan menambah nilai bagi industri peternakan (babi, sapi, unggas). Saat ini, fasilitas biodiesel multi-bahan baku memproduksi biodiesel berbasis lemak hewani berkualitas tinggi.Saat ini, pabrik senilai 5 juta dolar sedang dibangun di AS, dengan tujuan untuk memproduksi 11,4 juta liter (3 juta galon) biodiesel dari beberapa perkiraan 1 miliar kg (2,2 miliar pon) lemak ayam  yang diproduksi setiap tahun di pabrik unggas lokal Tyson. Demikian pula, beberapa pabrik biodiesel skala kecil menggunakan limbah minyak ikan sebagai bahan baku. Proyek yang didanai Uni Eropa (ENERFISH) menyarankan bahwa di pabrik Vietnam untuk memproduksi biodiesel dari ikan lele (basa, juga dikenal sebagai patin), output 13 ton/hari biodiesel dapat dihasilkan dari 81 ton limbah ikan (yang pada gilirannya menghasilkan dari 130 ton ikan). Proyek ini menggunakan biodiesel untuk bahan bakar unit CHP di pabrik pengolahan ikan, terutama untuk menjalankan rencana pembekuan ikan

Minyak Jelantah sebagai bahan baku 

Biaya biodiesel dapat ditekan dengan menggunakan minyak jelantah sebagai bahan baku. Kandungan asam lemak yang tinggi pada minyak jelantah dapat dikurangi dengan pengolahan awal minyak jelantah dengan katalis asam. Air yang dihasilkan selama proses esterifikasi dapat menghambat katalis asam, dan hal ini dapat dihilangkan dengan mekanisme reaksi bertahap. Metanol adalah alkohol yang paling cocok karena biayanya yang rendah dan pemisahan yang mudah dari biofuel. Rasio metanol terhadap minyak untuk reaksi yang dikatalisis asam tergantung pada jumlah asam lemak bebas. Untuk reaksi dengan katalis basa, rasio 6:1 merupakan rasio optimum untuk reaksi transesterifikasi. Konsentrasi katalis tergantung pada sifat katalis yang digunakan: baik heterogen maupun homogen. Kecepatan pengaduk membantu meningkatkan laju reaksi. Dalam kebanyakan kasus, kecepatan pengadukan optimum dipertahankan pada kisaran 200-250rpm.

Mekanisme Reaksi Dasar yang terlibat dalam Produksi Biodiesel

 (a) Transesterifikasi

Komponen utama minyak nabati adalah trigliserida. Ketika trigliserida bereaksi dengan alkohol dengan adanya katalis basa, ini disebut "transesterifikasi." Dalam reaksi ini, trigliserida diubah menjadi digliserida, monogliserida, dan akhirnya diubah menjadi gliserol. .

(b)  Reaksi Saponifikasi (reaksi samping-1 )

Minyak nabati yang mengandung asam lemak bebas akan bereaksi dengan katalis basa homogen membentuk sabun dan air. Reaksi saponifikasi.

Kelemahan utama dalam reaksi ini adalah konsumsi katalis dan meningkatnya kesulitan dalam proses pemisahan, yang menyebabkan biaya produksi yang tinggi. Selain itu, pembentukan air dalam produk juga akan menghambat reaksi.

(c) Reaksi Samping 2 (Reaksi Hidrolisis)

Air yang dihasilkan baik dari minyak nabati maupun yang terbentuk selama reaksi saponifikasi akan menghidrolisis trigliserida untuk membentuk lebih banyak asam lemak bebas. .

 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Produksi Biodiesel dari Minyak Goreng Limbah

1. Kandungan air

Kandungan air dalam minyak jelantah akan mempercepat reaksi hidrolisis dan sekaligus mengurangi jumlah pembentukan ester [20]. Kadar air tidak harus selalu melebihi 0,5% untuk mendapatkan hasil biodiesel 90% dan itu lebih penting untuk reaksi katalis asam daripada reaksi katalis basa [49]. Ketika katalis asam digunakan untuk esterifikasi asam lemak bebas untuk membentuk ester, air diperoleh sebagai produk sampingan. Air secara alami akan menghambat reaksi katalis asam [8] dan juga keberadaannya dalam produk akan menurunkan efisiensi mesin. Dalam kebanyakan kasus, minyak jelantah dipanaskan terlebih dahulu hingga 120 C untuk menguapkan molekul air dan molekul air yang ada dalam produk dapat dihilangkan dengan menggunakan natrium sulfat anhidrat . atau magnesium sulfat anhidrat . Beberapa enzim memerlukan sejumlah air untuk aktif, yang lebih sedikit daripada jumlah monolayer molekul air di sekitar molekul enzim ; jika air yang ada dalam bahan baku melebihi batas ini, maka akan menurunkan konversi dengan menonaktifkan lipase ..

2. Asam lemak bebas

Minyak jelantah memiliki kandungan asam lemak bebas yang lebih tinggi dibandingkan minyak jelantah segar . Oleh karena itu, diketahui bahwa kandungan asam lemak bebas yang lebih tinggi akan menyebabkan pembentukan sabun dan air. Demikian pula, jika kandungan asam lemak bebas melebihi 3%, reaksi transesterifikasi tidak akan berlangsung bahkan dengan katalis basa homogen . Oleh karena itu masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan katalis heterogen . dan juga pada pretreatment dengan katalis homogen asam atau katalis heterogen . untuk esterifikasi asam lemak bebas. membentuk ester asam lemak bebas. Biasanya, laju reaksi yang dikatalisis asam rendah dan diperlukan kondisi reaksi yang tinggi [10]. Sabun yang terbentuk saat menetralkan asam lemak bebas menggunakan katalis basa homogen dapat diubah kembali menjadi asam lemak bebas dengan menambahkan asam fosfat ke gliserol yang didekantasi dan campuran sabun yang diperoleh dari produk akhir

3.  Jenis Alkohol

Dalam kebanyakan kasus, metanol digunakan untuk produksi biodiesel, karena pemulihan metanol dari produk akhir jauh lebih mudah [58]. Hasil biodiesel yang diperoleh dari minyak jelantah menggunakan metanol lebih tinggi dari alkohol lain (etanol, butanol) dan viskositas biodiesel yang diperoleh menggunakan metanol lebih rendah daripada biofuel yang diperoleh dari alkohol lain . Biaya metanol lebih rendah daripada alkohol lain, tetapi etanol kurang beracun daripada metanol  Etanol dapat diperoleh dari sumber terbarukan. Ketika etanol atau isopropanol digunakan akan membentuk azeotrop dengan air, yang pada gilirannya mempersulit pemisahan air dari alkohol selama proses distilasi [55]. Dalam beberapa kasus, i-butanol atau t-butanol ditambahkan sebagai pelarut ke dalam campuran reaksi untuk menghindari penghambatan lipase oleh metanol atau gliserol. Tapi di sebagian besar reaksi enzimatik, etanol digunakan sebagai pengganti methanol.

4. Rasio Alkohol terhadap Minyak

Untuk menghasilkan tiga mol alkil ester, diperlukan tiga mol alkohol dan satu mol trigliserida. Rasio alkohol terhadap minyak selalu positif, berpengaruh pada konversi biofuel. Menurut prinsip Le Chateliers, laju pembentukan produk meningkat dengan meningkatnya konsentrasi reaktan. Oleh karena itu, jika konsentrasi alkohol dinaikkan secara otomatis, laju pembentukan produk akan dipercepat. Peningkatan lebih lanjut dalam rasio molar alkohol terhadap minyak akan meningkatkan pembentukan produk. Pemulihan gliserol dan metanol yang tidak bereaksi menjadi membosankan dan juga meningkatkan biaya biodiesel produk dengan meningkatkan biaya pasca perawatannya. Hosain dkk. menggunakan metanol untuk transesterifikasi limbah minyak bunga matahari dan mempelajari berbagai rasio molar alkohol terhadap minyak dengan katalis NaOH dan menemukan bahwa rasio molar 6:1 alkohol terhadap minyak memberikan hasil tertinggi 99,5% metil ester  Tetapi ketika mereka mempelajari transesterifikasi limbah minyak canola menggunakan rasio molar 1:1 metanol terhadap minyak, hasilnya dilaporkan menjadi 49,5%

5. Jenis Katalis

Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai katalis (homogen, heterogen, dan katalis enzim) telah diuji untuk produksi alkil ester. Vicente dkk.  mempelajari menggunakan berbagai katalis basa untuk produksi alkil ester dan menyimpulkan bahwa NaOH adalah katalis tercepat di antara katalis yang digunakan (NaOH, KOH, natrium metoksida, kalium metoksida). Refaat dkk.  melaporkan bahwa KOH memberikan hasil tertinggi untuk bahan baku yang dia gunakan. Beberapa peneliti menggunakan asam sulfat pekat sebagai katalis asam, tetapi membutuhkan waktu reaksi yang tinggi dan kondisi reaksi yang tinggi. Bahkan 1% (mol) dapat memberikan konversi hingga 99% . Dalam hal bahan baku yang memiliki kandungan asam lemak bebas lebih tinggi, digunakan katalis asam (homogen/heterogen) untuk reaksi esterifikasi. Katalis asam dapat digunakan secara bersamaan untuk reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. Salah satu kelemahan utama dalam menggunakan katalis homogen adalah pemulihan katalis dari produk akhir dan pembentukan sabun. Untuk mengatasi masalah ini sebagian besar peneliti menggunakan katalis heterogen karena katalis heterogen tidak terpengaruh oleh asam lemak bebas dan kelembaban yang ada dalam bahan baku. Reaksi katalitik enzim adalah reaksi paling lambat di antara semua reaksi katalitik lainnya. Mereka dapat digunakan untuk proses esterifikasi dan transesterifikasi. Meskipun pemisahan produk lebih mudah saat menggunakan katalis enzim, persiapan katalis enzim paling penting .

Katalis enzim telah banyak digunakan, seperti Enzim Candida antarctica fraksi B lipase, Rhizomucor mieher lipase,E. aerogenes lipase, lipase yang diimobilisasi pada hidrotalsit dan zeolite. Keuntungannya, adalah,  (1) Produk samping proses dapat dengan mudah dihilangkan, dan (2) Asam lemak bebas dapat sepenuhnya diubah menjadi metil ester, regenerasi dan penggunaan kembali katalis enzim amobil dimungkinkan, namun memiliki kelemahan antara lain, (1) Diperlukan waktu reaksi yang tinggi, (2) Ekspansi, kehilangan aktivitas enzim, aglomerasi enzim

6. Konsentrasi Katalis

Tanpa adanya katalis, konversi minyak jelantah menjadi biofuel membutuhkan kondisi suhu yang tinggi . Ketika konsentrasi katalis meningkat, hasil produk juga akan meningkat. Hal ini disebabkan oleh peningkatan laju reaksi. Namun, konversi menurun dengan konsentrasi katalis berlebih, yang mungkin disebabkan oleh peningkatan viskositas campuran reaksi . Banyak peneliti mempelajari dengan memvariasikan konsentrasi katalis dan juga mengoptimalkan konsentrasi katalis berdasarkan hasil produk dan pemulihan katalis. Chen dkk.  menggunakan CuVOP dan melaporkan bahwa 1,5% konsentrasi katalis paling efektif untuk produksi biodiesel dari minyak kacang kedelai. Peningkatan konsentrasi enzim akan meningkatkan persentase konversi. Namun di luar batas tertentu akan terjadi aglomerasi enzim. Ini akan mengurangi situs aktif yang tersedia pada substrat. Dehkordi dan Ghasem  mempelajari dengan katalis padat heterogen yang terdiri dari oksida campuran CaO- dan ZrO2, dengan rasio molar Ca dan Zr yang berbeda. Dilaporkan bahwa dengan meningkatkan rasio Ca/Zr, yield biodiesel meningkat. Tetapi stabilitas katalis menurun. Oleh karena itu konsentrasi katalis optimum akan bervariasi tergantung pada jenis bahan baku dan katalis .

7. Kecepatan Pengaduk

Pencampuran reaktan sangat penting untuk mencapai penyelesaian reaksi transesterifikasi dan juga meningkatkan hasil produk.. Agitasi meningkatkan tumbukan antara partikel dan difusi satu reaktan ke reaktan lain, pencampuran katalis dengan reaktan dan laju reaksi secara menyeluruh. Peningkatan kecepatan pengaduk akan mempersingkat waktu reaksi  dan meningkatkan konversi . Di luar kecepatan pengadukan tertentu, tidak akan ada kenaikan hasil yang signifikan. Oleh karena itu, optimasi kecepatan pengaduk diperlukan untuk bahan baku yang berbeda berdasarkan sifat fisik yang berbeda. Menggunakan katalis enzim atau katalis heterogen berpori, reaktan harus berdifusi dari cairan curah ke permukaan katalis dan selanjutnya ke permukaan interior katalis. Kumari dkk.  menemukan bahwa ada peningkatan konversi dengan meningkatkan kecepatan pengaduk dari 100 menjadi 200rpm. Namun pada 250rpm, tidak ada peningkatan konversi yang signifikan karena adanya geseran pada molekul enzim. Oleh karena itu, disarankan bahwa 200rpm adalah kecepatan optimum untuk produksi biodiesel menggunakan reaksi enzimatik.

8. Suhu

Suhu memiliki pengaruh yang signifikan terhadap reaksi transesterifikasi Jika suhu reaksi dinaikkan, maka laju reaksi dan hasil produk juga akan cenderung meningka. Suhu tidak boleh melebihi titik didih alkohol. Ini akan menghindari penguapan alkohol  Tetapi jika suhu reaksi dipertahankan di bawah 50C, maka viskositas biodiesel akan meningkat. Dalam beberapa kasus, minyak jelantah dipanaskan terlebih dahulu hingga 120 C untuk menghilangkan partikel air yang ada dalam bahan baku dan kemudian didinginkan hingga 60 C  Untuk reaksi enzimatik, konversi meningkat pada rentang suhu 30--55 C. Dalam kasus lipase sebagai katalis, minyak jarak melaporkan konversi maksimum pada 55 C  dan untuk minyak biji kapas konversi maksimum diperoleh pada 50 C. Freedman dkk. menemukan bahwa tidak ada perbedaan dalam konversi untuk suhu 45C dan 60C. Tetapi pada 32C, konversi jauh lebih rendah daripada konversi yang diperoleh pada 45C dan 60C. Setelah 4 jam, konversi pada 32C sedikit lebih tinggi daripada konversi yang diperoleh pada suhu lain. Refaat dkk.  mempelajari minyak goreng segar dan limbah dari sumber domestik dan komersial dan melaporkan hasil tertinggi pada 65 C untuk semua stok umpan menggunakan katalis KOH. Chen dkk.  menemukan bahwa waktu reaksi dikurangi secara signifikan untuk mendapatkan hasil biodiesel yang maksimal dengan menggunakan pemanasan microwave.

9. Waktu Reaksi

Bila reaksi dilakukan dalam waktu yang lebih lama, bahkan dapat diperoleh rendemen 99%, tetapi hal itu tergantung pada ketersediaan reaktan dalam campuran reaksi. Jika parameter reaksi tidak diatur dengan benar, ada kemungkinan reaksi mundur, yang akan menurunkan hasil produk Untuk reaksi yang dikatalisis lipase, waktu yang dibutuhkan bervariasi dalam rentang 7-48 jam.Kapilakarn dan Peugtong menemukan bahwa waktu reaksi juga mempengaruhi biaya produk. Al-Widyan dan Al-Shyoukh melaporkan bahwa ketika waktu reaksi meningkat, berat jenis produk menurun secara eksponensial dan berakhir dengan nilai asimtotik terhadap waktu. Refaat dkk. diperoleh rendemen sebesar 96,10% untuk durasi 1h dan untuk waktu reaksi > 1h < 3h, dilaporkan tidak terjadi peningkatan yield biodiesel yang signifikan (96,350%). Oleh karena itu, waktu reaksi harus dioptimalkan untuk mengurangi biaya produksi.

10. pH

pH bukanlah faktor utama, bila katalis basa/asam digunakan dalam reaksi. Ketika lipase digunakan sebagai katalis, pH perlu diperhatikan, karena pada nilai pH yang lebih rendah atau lebih tinggi, enzim dapat terurai. Devanesan dkk.  mempelajari produksi biodiesel dari minyak jarak pagar menggunakan fluoresensi Pseudomonas amobil dan mempelajari pengaruh pH dan menyimpulkan bahwa nilai pH 7 adalah optimum untuk produksi biodiesel.

Esterifikasi

Untuk menghilangkan reaksi saponifikasi (pembentukan sabun ketika FFA bereaksi dengan katalis basa homogen) minyak nabati dapat diolah terlebih dahulu dengan katalis asam, yang mengesterifikasi asam lemak bebas untuk membentuk ester asam lemak bebas (biodiesel). Reaksi ini sangat berguna bila bahan baku mengandung persentase tinggi asam lemak bebas (esterifikasi asam lemak bebas untuk membentuk ester asam bebas). Namun reaksi ini lebih lambat dari reaksi transesterifikasi dengan katalis basa. .

Deskripsi Proses

Jika nilai asam minyak jelantah melebihi 1-2mg KOH/mg bahan baku . maka minyak jelantah perlu dilakukan pretreatment sebelum direaksikan dengan katalis basa basa. Berikut adalah proses yang dapat ditempuh. 

Proses I

Minyak jelantah mungkin mengandung partikulat dan kotoran lainnya. Kotoran tersebut dihilangkan dengan membiarkan minyak jelantah melalui filter. Minyak stok umpan biasanya dipanaskan sampai 60C oleh penukar panas.

Alkohol dan katalis asam dicampur dengan benar dalam mixer sebelum diizinkan masuk ke dalam reaktor esterifikasi. Suhu pencampuran biasanya dipertahankan pada 60C . Campuran katalis dan bahan baku yang dipanaskan sebelumnya diperbolehkan masuk ke dalam reaktor esterifikasi. Reaksi esterifikasi dilakukan antara 80 dan 90 C dan pada 1 tekanan atmosfer. Produk dari reaktor esterifikasi didinginkan hingga 45C, dan katalis dihilangkan atau dinetralkan sebelum dimasukkan ke dalam tangki pengendapan untuk menghilangkan campuran metanol dan air. Dari bagian atas tangki pengendapan, campuran metanol dan air dikeluarkan dan dibawa ke kolom distilasi untuk memisahkan metanol dari campuran metanol air dan metanol digunakan kembali. Produk dasar bejana pemisah dibawa ke proses II untuk reaksi transesterifikasi. .

Process II

Katalis dan alkohol dicampur dalam mixer dan produk yang diperoleh dari proses dibawa ke kolom reaksi transesterifikasi bersama dengan campuran katalis dan alkohol. Temperatur reaktor biasanya dipertahankan pada 65C, tekanan 1 atmosfer, dan rasio molar 1:6 minyak dan alkohol. Produk dari reaktor transesterifikasi dimasukkan ke dalam separator 2. Dari tangki pemisah, campuran biodiesel dan alkohol didistilasi untuk memisahkan metanol dan biodiesel. Metanol dari kolom distilasi didaur ulang dan digunakan kembali. Biodiesel dicuci dengan air panas dan dikirim ke separator untuk menghilangkan air dan biodiesel. Dari tangki pemisah ketiga, biodiesel dikirim ke tangki penyimpanan. Bagian bawah bagian pemisah kedua dipindahkan ke kolom destilasi alkohol dan gliserol. Dari atas kolom distilasi metanol didaur ulang. Produk bawah kolom distilasi diambil sebagai produk sampingan.

Kesimpulan

Pembiayaan  biodiesel dapat ditekan dengan menggunakan minyak jelantah sebagai bahan baku. Kandungan asam lemak yang tinggi pada minyak jelantah dapat dikurangi dengan pengolahan awal minyak jelantah dengan katalis asam. Air yang dihasilkan selama proses esterifikasi dapat menghambat katalis asam, dan hal ini dapat dihilangkan dengan mekanisme reaksi bertahap. Metanol adalah alkohol yang paling cocok karena biayanya yang rendah dan pemisahan yang mudah dari biofuel. Rasio metanol terhadap minyak untuk reaksi yang dikatalisis asam tergantung pada jumlah asam lemak bebas. Untuk reaksi dengan katalis basa, rasio 6:1 merupakan rasio optimum untuk reaksi transesterifikasi. Konsentrasi katalis tergantung pada sifat katalis yang digunakan: baik heterogen maupun homogen. Kecepatan pengaduk membantu meningkatkan laju reaksi. Dalam kebanyakan kasus, kecepatan pengadukan optimum dipertahankan pada kisaran 200-250rpm.

Reference

Gnanaprakasam, A., Sivakumar, V. M., Surendhar, A., Thirumarimurugan, M., & Kannadasan, T. (2013). Recent strategy of biodiesel production from waste cooking oil and process influencing parameters: a review. Journal of Energy, 2013.

Zhao, Y., Wang, C., Zhang, L., Chang, Y., & Hao, Y. (2021). Converting waste cooking oil to biodiesel in China: Environmental impacts and economic feasibility. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 140, 110661.

Chen, C., Chitose, A., Kusadokoro, M., Nie, H., Xu, W., Yang, F., & Yang, S. (2021). Sustainability and challenges in biodiesel production from waste cooking oil: An advanced bibliometric analysis. Energy Reports, 7, 4022-4034.

Innocenzi, V., & Prisciandaro, M. (2021). Technical feasibility of biodiesel production from virgin oil and waste cooking oil: Comparison between traditional and innovative process based on hydrodynamic cavitation. Waste Management, 122, 15-25.

.