UAS Olekimia Astry Eka Citrasari

UNIVERSITAS INDONESIA

UJIAN AKHIR SEMESTER OLEOKIMIA

REVIEW JURNAL : biodiesel and its high

FAKULTAS TEKNIK




REVIEW JURNAL : Biotechnological preparation of biodiesel and its high-valued derivatives: A review

Astry Eka Citrasari

1006775842

FAKULTAS TEKNIK


DEPOK

2013

i


Biotechnological preparation of valued derivatives: A review

ii

DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL .................................................................................................................... iii

PENDAHULUAN ..................................................................................................................... 1

RINGKASAN JURNAL ............................................................................................................ 1

1.Pendahuluan Jurnal ............................................................................................................. 1

2. Lipase yang Berkaitan dengan Persiapan Biodiesel ........................................................... 3

2.1 Sumber Lipase dan Produk Komersial Lipase ............................................................. 4

2.2 Langkah peningkatan performa Lipase dalam pembuatan biodiesel ............................ 4

3 Produksi Biodiesel menggunakan transesterifikasi enzimatik ............................................ 6

3.1. Pendekatan persiapan biodiesel ................................................................................... 7

3.2 Produksi Biodiesel menggunakan metode transesterifikasi enzimatik ....................... 10

3.3. Kinetika dan mekanisme reaksi enzimatik untuk transesterifikasi reaksi ................. 13

3.4. uji coba skala pilot dan industri ................................................................................. 14

4. Biodiesel berbasis derivatif bernilai tinggi....................................................................... 15

4.1 Tantangan untuk biodiesel industrialisasi saat ini ...................................................... 15

4.2 Strategi kilang biodiesel ............................................................................................ 16

4.3 Turunan bernilai tinggi dari biodiesel ........................................................................ 17

4.4. Analisis efisiensi ekonomi ......................................................................................... 19

5 . Pengembangan bahan baku lainnya ................................................................................ 23

5.1 . Minyak non edible dan lemak dari kehutanan .......................................................... 23

5.2 . Ganggang dan minyak berbasis mikroba .................................................................. 24

5.3 Biosintesis asam lipid / lemak dalam mikroalga ........................................................ 25

5.4 Kultivasi Mikroalga .................................................................................................... 26

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN ................................................................................. 28

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 30

iii

DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Struktur Kimia Biodiesel .......................................................................................... 2 Gambar 2 Penampang Imobilisasi Enzim .................................................................................. 5 Gambar 3 Blok Diagram Proses Biodiesel ................................................................................ 6 Gambar 4 Proses Pirolisis .......................................................................................................... 8 Gambar 5 Mekanisme Transesterfikasi ..................................................................................... 8 Gambar 6 Reaksi Terbentuknya Saponifikasi ............................................................................ 9 Gambar 7 Proses Transesterifikasi Menggunakan Ultrasonic ................................................. 12 Gambar 8 Letak Titik Superkrtitikal dari CO2 ........................................................................ 12 Gambar 9 Ping Pong Bi Bi Model ........................................................................................... 14 Gambar 10 Mekanisme Transesterifikasi ................................................................................ 14 Gambar 11 Turunan FAME ..................................................................................................... 15 Gambar 12 Langkah ketiga dalam biosintesis trigliserida pada mikroalga ............................. 26 Gambar 13 Blok Diagram Proses Mikroalga ........................................................................... 26 Gambar 14 Fotobioreaktro system ........................................................................................... 27 Gambar 15 Pond System .......................................................................................................... 27

DAFTAR TABEL Tabel 1 Parameter Fisika dan Kimia dari Enzimatik Transesterfikasi .................................... 11 Tabel 2 Bahan Turunan FAMEs dan Kegunaannya ................................................................ 17 Tabel 3 Mikroorganisme Pengurai Gliserol ............................................................................. 18 Tabel 4 Analisis Keekonomian Biodiesel ................................................................................ 22 Tabel 5 Analisis Keekonomian Produk Bernilai Tinggi dari Biodiesel .................................. 22 Tabel 6 Daftar Non-Edible Oilseed.......................................................................................... 24 Tabel 7 Perbandingan Sistem Kultivasi Alga .......................................................................... 27

1

PENDAHULUAN

Jurnal ini memiliki topik besar Applied Energy yang mengidikasikan bahasan yang dibawa

dalam jurnal ini adalah mengenai energi dan khususnya energi terbarukan. Pembahasan ini

dilakukan karena saat ini sedang banyak dilakukan penelitian mengenai energi terbarukan

yang berasal dari produk turunan oleokimia. Peneliti banyak berkonsentrasi pada bidang ini

karena banyak keuntungan yang lebih yang bisa didapatkan. Berbagai keuntungan akan

dijabarkan dalam jurnal review ini.

Jurnal ini mereview mulai dari pembuatan biodiesel dengan cara terbarukan (biological

production) dan pengaruhnya atas beberapa parameter kondisi operasi hingga pembuatan

biodiesel skala pilot sampai industrial. Selain itu dijabarkan pula produk turunan yang

mungkin didapat dari biodiesel dan gliserol mentah (crude gliserol), dimana produk turunan

tersebut dapat bernilai tinggi dan memajukan industri biodiesel.

Tidak berhenti hanya sampai membahas prosesnya saja, jurnal ini juga membahas analisis

keekonomian mengenai perbandingan ekonomi jika menggunakan metode chemical synthesis

dan biological production. Selain itu, lebih jauh lagi, analisis mengenai penggunaan enzim

terlarut dan terimobilisasi juga dilakukan.

RINGKASAN JURNAL

Jurnal yang akan di bahas kali ini adalah sebuah jurnal review berjudul Biotechnological

preparation of biodiesel and its high-valued derivatives. Review ini diterbitkan pada 10

oktober 2013

1.Pendahuluan Jurnal Biodiesel semakin berkembang ketika jumlah minyak dari bahan baku fosil menurun. Selain

itu, biodiesel juga semakin banyak diteliti ketika orang-orang mulai mencari energi ramah

lingkungan yang dapat diperbarui. Seperti sudah banyak diketahui bahwa biodiesel dapat

dibuat dari minyak nabati maupun hewani hal ini lah yang membuat biodiesel menjadi

sumber terbarukan dan mampu mengganti bahan bakar berbasis petroleum. Terlebih lagi,

2

telah terbukti bahwa biodiesel mengemisi lebih sedkit gas rumah kaca sehingga mengurangi

efek pengrusakan lingkungan.

Biodiesel dengan rumus kimia Fatty Acid Methyl Ester (FAME)

adalah senyawa alkil ester yang diproduksi melalui reaksi

transesterifikasi antara trigliserida dengan metanol dan bantuan

katalis. Biodiesel merupakan bahan bakar yang dapat diperbarui.

Biodiesel diharapkan dapat mengganti keberadaan petroleum diesel

karena biodegradable dan ramah lingkungan karena menghasilkan

emisi Sox yang rendah serta senyawa hidrokarbon yang tidak

terbakar

Biodiesel memiliki sifat pembakaran terkait mirip dengan minyak

solar, tetapi juga beroperasi di compression ignition (diesel) mesin

dan membutuhkan modifikasi mesin yang sangat sedikit atau tidak

ada. Biodiesel dapat dicampur dalam proporsi dengan solar minyak

bumi untuk menciptakan campuran biodiesel atau dapat digunakan

dalam bentuk murni. Hal ini dapat disimpan seperti diesel yang berasal dari petroleum dan

karenanya tidak memerlukan infrastruktur yang terpisah. Penggunaan biodiesel dalam mesin

diesel konvensional dapat mengakibatkan pengurangan substansial dalam emisi hidrokarbon

tidak terbakar, karbon monoksida dan hal-hal partikulat

Dengan berbagai kelebihan yang dimiliki oleh biodiesel, ternyata masih banyak kekurangan

dari biodiesel yang masih harus dibenahi. Salah satu rintangan utama dari pembuata biodiesel

ini adalah harga dari bahan baku yang cukup bersaing dengan produk lain dan harga bahan

baku pembuatan biodiesel adalah 70% dari total biaya pembuatan biodiesel. Selain harganya

yang cukup tinggi, ketersedian dari minyak nabati masih terbatas. Ditambah lagi dengan

maraknya krisis pangan di negara yang berkembang membuat bahan baku biodiesel semakin

beresiko meskipun telah banyak dilakukan pengentasan masalah dari perkebunan sumber

minyak nabati.

Oleh karena itu, pengembangan biodiesel dari bahan baku yang tidak dapat dimakan mulai

banyak juga digemar. Pembuatan biodiesel dengan bahan yang tidak dapat dimakan sangat

menguntungkan jika metode yang digunakan dalam pembuatan biodiesel menggunakan

enzim sebagai katalis. Selain itu, penggunaan minyak nabati yang tidak dapat dimakan dapat

Gambar 1 Struktur Kimia Biodiesel

3

mengatasi kekurangan dari teknologi asam dan basa sehingga tidak terlalu memerlukan

kandunga FFA atau asam lemak bebas yang sedikit dalam bahan baku.

Selain itu, dengan kemampuan untuk membuat energi terbarukan melalui fotosintesis dan

menghasilkan hasil yang tinggi dari budidaya mikroba, mikroalga adalah organisme yang

mungkin berharga untuk proses produksi skala ekonomi dan industri. Saat ini, mikroalga

menjadi fokus dari pendekatan yang menjanjikan untuk menghasilkan volume besar bahan

baku minyak untuk persiapan biodiesel.

Sejauh ini, ada dua teknologi utama untuk menghasilkan biodiesel

1. Chemical Synthesis : supercritical fluid method, organic solvent extraction

2. Biological Production : enzyme extraction

Pembuatan biodiesl dengan cara sintesis kimia mempunyai beberapa kekurangan yang

mampu diatasi dengan bioteknologi yaitu menggunakan enzim. Dalam jurnal ini, yang cukup

menjadi fokus adalah pembuatan biodiesel dengan menggunakan enzim. Akan tetapi, enzim

juga memiliki harga yang cukup mahal dan mudah diinaktivasi sehingga dua hal tersebut

masih menjadi sebuah kekurangan dari menggunakan enzim.

Untuk mengatasi masalah ini, strategi yang digunakan untuk menghasilkan lipase termurah

yang bertujuan untuk menyediakan penghematan biaya dan enzim dapat digunakan kembali.

Sementara itu, biodiesel bukan merupakan produk bernilai tinggi, yang mungkin sangat

dipengaruhi oleh fluktuasi harga pasar bahan baku. Dalam pertimbangan ini, untuk produk

bagian bio-refine lebih lanjut dari industri biodiesel menjadi turunan bernilai tinggi secara

substansial dapat meningkatkan efisiensi komersial dan meningkatkan daya saing pasar

biodiesel. Pada tujuan ini, bagian berikut ini merangkum kemajuan saat ini di biokatalis

(lipase), persiapan bioteknologi biodiesel, turunan bernilai tinggi dan pengembangan sumber-

sumber baru bahan baku biodiesel.

2. Lipase yang Berkaitan dengan Persiapan Biodiesel Lipase adalah enzim yang dapat larut dalam air dan bekerja dengan mengkatalisis hidrolisis

ikatan ester dalam substrat lipid yang tidak larut air seperti trigliserida berantai panjang.

Dengan demikian, lipase tergolong dalam enzim esterase. Enzim ini juga mampu

mengkatalisasi pembentukan ikatan ester (esterifikasi) dan pertukaran ikatan ester

(transeterifikasi) pada media bukan air. Lipase diproduksi pada karbon berlipid, seperti

minyak, asam lemak, dan gliserol.

4

2.1 Sumber Lipase dan Produk Komersial Lipase Unsur yang paling penting dalam persiapan bioteknologi biodiesel adalah katalis lipase.

Umumnya, lipase digunakan dalam biodiesel produksi terutama diperoleh dari bakteri, ragi

dan jamur berfilamen.

Di antara semua lipase yang berasal dari bakteri yang digunakan dalam transesterifikasi, yang

paling banyak dilaporkan adalah Burkholderia cepacia lipase ( BCL ). Bentuk amobil BCL

telah digunakan untuk produksi biodiesel dalam sistem isooctane dan bebas pelarut

Candida antarctica lipase B ( CALB ) adalah yang paling banyak diterapkan lipase dari ragi.

Dengan bertujuan menciptakan lipase yang kuat untuk transesterifikasi, enzim ini telah

mengalami berbagai metode imobilisasi dan berbagai modifikasi kimia strategi. Ragi lipase

banyak digunakan adalah yang diperoleh dari Candida sp . 99-125 ( juga Yarrrowia lipolytica

lipase 2), yang telah bergerak di tekstil dan digunakan untuk produksi biodiesel di Cina.

Selain itu, Candida rugosa lipase juga telah telah digunakan untuk produksi biodiesel dengan

bahan baku yang berbeda di berbagai Media.

2.2 Langkah peningkatan performa Lipase dalam pembuatan biodiesel 2.2.1 Rekayasa Protein dari Lipase

Sifat-sifat lipase erat kaitannya dengan produksi biodiesel termasuk thermo stabilitas,

toleransi pelarut organik dan aktivitas transesterifikasi. Namun, lipase alam seringkali tidak

dapat memenuhi kebutuhan prosedur biokatalis industri. Dengan demikian, strategi rekayasa

protein sedang digunakan untuk memecahkan masalah tersebut di atas.

Akhirnya, direkayasa sebuah lipase yang termostabil untuk mendapatkan mutan termostabil

dari CALB , errorprone PCR dan metode menyeret DNA yang digunakan , dan mutan terbaik

disaring menunjukkan peningkatan 20 kali lipat dalam paruh pada 70oC dan titik leleh protein

chimeric yang diperoleh dari menyeret adalah 6,4oC lebih tinggi dibandingkan dengan tipe

umum CALB. Demikian pula, untuk meningkatkan toleransi organik lipase LST - 03 dari P.

aeruginosa, perpustakaan mutan random dibangun dengan menggunakan rawan kesalahan

PCR. Setelah screening, mutan terbaik menunjukkan peningkatan 11 kali lipat dalam paruh

dalam n - dekana daripada jenis liar.

2.2.2 Imobilisasi dan Modifikasi fisika kimia

Teknik imobilisasi enzim dapat dilakukan denga 3 cara yaitu :

5

1. Cara fisik yang meliputi tek nik (penjebakan)

entrapment, (encapsulation).

2. Cara kimia yaitu meliputi tehnik pengikatan

baik secara kovalen, non kovalen dan tehnik

ikatan silang (crosslinking).

3. Kombinasi cara fisik dan kimia.

Imobilisasi dan modifikasi fisik-kimia lipase lipase

dengan aktivitas tinggi, selektivitas dan spesifisitas

mengizinkan untuk melakukan proses kimia organik

kompleks di bawah kondisi percobaan dan

lingkungan.. Namun, penggunaan langsung lipase

bebas memiliki beberapa kelemahan. Sebagai contoh,

kondisi reaksi seperti nilai-nilai tinggi atau rendah pH,

suhu tinggi, dan pelarut organik menyebabkan

denaturasi dan stabilitas operasional miskin lipase

gratis.

Imobilisasi adalah salah satu strategi yang paling penting untuk meningkatkan sifat katalitik

lipase. Lipase amobil sebagai biokatalis mudah terpisah dari sistem reaksi yang mengandung

produk, oleh-produk, substrat sisa dan menengah, sehingga memungkinkan untuk melakukan

proses yang terus menerus dengan sedikit protein atau kehilangan aktivitas. Berbagai bahan

telah digunakan sebagai dukungan lipase amobil melalui pendekatan konvensional, seperti

adsorpsi, jebakan, enkapsulasi, dan kovalen. Selain itu, manik-manik kaca, resin berpori

,silika mesopori

2.2.3 Whole-cell catalyst

Bila dibandingkan dengan enzim amobil, katalis seluruh sel memiliki sifat unik bertindak

sebagai ''tdk tiruan '' amobil enzim, menyajikan berbagai keunggulan dalam teknologi, biaya

produksi, dan penyederhanaan operasi. Secara umum, tiga bentuk yang berbeda dari katalis

seluruh sel telah digunakan dalam produksi biodiesel .

Pertama, beberapa jamur berfilamen, terutama Rhizopus sp. dan Aspergillus sp.

menghasilkan lipase sel - terikat atau intracelluar. Hingga saat ini, serangkaian studi rinci

tentang produksi biodiesel menggunakan ROL sebagai katalis seluruh sel telah dilakukan..

Gambar 2 Penampang Imobilisasi Enzim

sumber : http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/im

method.html

6

Dia et al melaporkan penggunaan seluruh sel Rhizopus chinensis untuk produksi biodiesel .

Selain itu, Colin et al . menunjukkan bahwa lipase miselium terikat dari A. niger MYA 135

memiliki potensi besar dalam transesterifikasi.

Kedua, strain rekombinan yang diperoleh oleh teknologi layar permukaan dapat digunakan

sebagai katalis whole-cell. Hingga saat ini, empat lipase ditampilkan pada permukaan sel ragi

telah digunakan untuk mengkatalisis transesterifikasi

Ketiga, rekombinan sel Escherichia coli atau sel ragi dan bahkan Aspergillus oryzae , yang

mengungkapkan lipase intraseluler, bisa langsung digunakan sebagai katalis keseluruhan - sel

untuk mengkatalisis transesterifikasi

3 Produksi Biodiesel menggunakan transesterifikasi enzimatik Katalis enzim menjadi lebih menarik baru-baru ini karena dapat menghindari pembentukan

sabun dan proses pemurnian sederhana untuk dicapai.

Gambar 3 Blok Diagram Proses Biodiesel

sumber : Leung et.al, 2010

7

Pada diagram diatas terdapat perlakukan khusus antara katalis dan alkohol. Tujuan

pencampuran metanol (bisa berbagai macam alkohol, metanol disini hanya sebagai contoh)

dengan katalis adalah untuk menghasilkan metoksida yang bereaksi dengan minyak dasar.

Sebagian besar katalis (misalnya NaOH, KOH) adalah dalam bentuk padat dan tidak mudah

larut dalam metanol, yang terbaik adalah mulai mengagitasi metanol dalam mixer dan

tambahkan katalis perlahan-lahan dan hati-hati. Setelah katalis benar-benar larut dalam

metanol, metoksida siap untuk ditambahkan ke minyak. Setelah metoksida ditambahkan ke

dalam minyak, reaksi netralisasi akan segera mulai. Beberapa katalis alkali akan bereaksi

dengan asam belum sempurna selama tahap pretreatment atau akan bereaksi dengan asam

lemak bebas dari minyak. Oleh karena itu, lebih katalis perlu ditambahkan untuk melengkapi

reaksi.

3.1. Pendekatan persiapan biodiesel Biodiesel dapat diperoleh dari empat metode yang berbeda, yaitu, penggunaan langsung

minyak nabati dan campuran, mikro-emulsifikasi, thermal cracking atau pirolisis, dan

transesterifikasi (alkoholisis). Namun, minyak nabati tidak dapat langsung digunakan sebagai

biodiesel menggantikan bahan bakar fosil karena viskositas tinggi, minyak sayur tidak dapat

dibakar sepenuhnya dan dapat menyebabkan masalah serius ke mesin. Demikian pula

meskipun mikro-emulsifikasi dan pirolisis meningkatkan sifat minyak nabati sampai batas

tertentu, mereka tidak dapat digunakan untuk produksi biodiesel. Berikut penjelasan singkat

mengenai 3 metode (selain penggunaan langsung minyak nabati) yang telah disebutkan diatas

A. Pirolisis

Pirolisis mengacu pada perubahan kimia yang disebabkan oleh penerapan energi panas dalam

ketiadaan udara atau nitrogen. Fraksi cair dari minyak nabati terurai cenderung mendekati

bahan bakar diesel. Pyrolyzate memiliki viskositas rendah, titik nyala, dan titik tuang dari

solar dan nilai kalor setara. Jumlah cetane dari pyrolyzate lebih rendah. Minyak nabati yang

mengandung belerang, air, sedimen dan korosi tembaga yang masih dalam rentang baik dan

memberikan nilai abu tidak dapat diterima, residu karbon dan pour point.

B. Mikro-emulsifikasi

Pembentukan mikroemulsi (co

memecahkan masalah viskositas minyak nabati

transparan, dispersi koloid te

berkisar dari 100 sampai 1000 Å. Sebuah mikro

dengan ester dan dispersant (co

perbaiki cetane, dengan atau tanpa bahan bakar diesel. Air (dari etanol berair) juga dapat

hadir untuk menggunakan etanol yang lebih rendah, sehingga meningka

mikro-emulsi.

C. Transesterfikasi

Transesterifikasi adalah metode yang paling umum digunakan untuk produks

biodiesel. Prosedur ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan proses lainnya, seperti

kondisi reaksi yang tidak terlalu ekstrem

minyak kelayakan.

Pembentukan mikroemulsi (co-solvabilitas) merupakan salah satu solusi potensial untuk

viskositas minyak nabati. Micro-emulsi didefinisikan sebagai

transparan, dispersi koloid termodinamika stabil. Diameter droplet dalam mikro

berkisar dari 100 sampai 1000 Å. Sebuah mikro-emulsi dapat dibuat dari minyak nabati

dengan ester dan dispersant (co-solvent), atau minyak nabati, alkohol dan surfaktan dan

u tanpa bahan bakar diesel. Air (dari etanol berair) juga dapat

hadir untuk menggunakan etanol yang lebih rendah, sehingga meningka

ransesterifikasi adalah metode yang paling umum digunakan untuk produks


yang tidak terlalu ekstrem, proses ramah lingkungan, dan lebar bahan baku

Gambar 5 Mekanisme Transesterfikasi

sumber : Rustamaji, heri.2010.

Gambar 4 Proses Pirolisis

sumber : www.diacarbon.com

8

solvabilitas) merupakan salah satu solusi potensial untuk

emulsi didefinisikan sebagai

rmodinamika stabil. Diameter droplet dalam mikro-emulsi

emulsi dapat dibuat dari minyak nabati

solvent), atau minyak nabati, alkohol dan surfaktan dan

u tanpa bahan bakar diesel. Air (dari etanol berair) juga dapat

hadir untuk menggunakan etanol yang lebih rendah, sehingga meningkatkan toleransi air

ransesterifikasi adalah metode yang paling umum digunakan untuk produksi skala besar


, proses ramah lingkungan, dan lebar bahan baku

9

Transesterifikasi dapat dilakukan dengan berbagai katalis seperti basa, asam, dan enzim.

Katalis basa sangat sensitif terhadap kelembaban dan kadar asam lemak bebas yang

menyebabkan reaksi saponifikasi parsial sehingga katalis terkonsumsi dan penurunan

efisiensi katalitik. Selain itu, saponifikasi menyebabkan peningkatan viskositas, membentuk

gel yang membuat proses pemisahan biodiesel berikutnya sangat sulit.

Asam yang dapat digunakan diantaranya asam sulfat (H2SO4), asam fosfat, asam klorida, dan

asam organik. Katalis asam yang paling banyak banyak dipakai adalah asam sulfat. Katalis

asam biasanya digunakan ketika nilai asam dari bahan baku lebih tinggi dari kisaran kinerja

katalis basa dan katalis asam harus digunakan dalam kondisi

• Kebutuhan jumlah alkohol yang lebih tinggi,

• Suhu dan tekanan reaksi yang lebih tinggi,

• dan laju reaksi lambat.

Biasanya dalam aplikasi industri, Katalis basa yang dapat digunakan untuk biodiesel salah

satunya ialah dari campuran senyawa kalsium (CaO,Ca(OH)2, CaCO3) yang tersedia dengan

melimpah di alam dengan harga yang murah. Natrium metoksida (NaOCH3), natrium

hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), kalium metoksida, natrium amida, natrium

hidrida, kalium amida, dan kalium hidrida (Sprules and Price, 1950). Katalis basa lebih

disukai daripada katalis asam karena kemampuan kriteria katalis basa saat digunakan adalah

• Penyelesaian reaksi pada kecepatan yang lebih tinggi,

• Suhu reaksi yang lebih rendah,

• dan efisiensi konversi yang lebih tinggi.

Namun, reaksi dikatalisis oleh katalis kimia memiliki beberapa kelemahan kolektif, seperti

menjadi energi-intensif, akan jenuh jika digunakan untuk memulihkan gliserol, kesulitan

Gambar 6 Reaksi Terbentuknya Saponifikasi

sumber : www.chem-is-try.org

10

dalam penghapusan asam atau katalis basa dari produk, perawatan lebih lanjut dari air limbah

alkali, dan gangguan asam lemak bebas dan air dalam reaksi. Untuk mengatasi masalah

tersebut, proses enzim -katalis baru-baru ini dikembangkan yang sering disebut juga dengan

biokatalis.

Biokatalis memiliki aktivitas tinggi dan selektivitas, dan reaksinya berlangsung dalam

kondisi ringan, menghasilkan air limbah yang sedikit dan mengkonsumsi lebih sedikit energi.

Selain itu, proses enzimatik jauh lebih sederhana karena pemulihan metanol yang tidak

bereaksi dan hasil samping gliserol membutuhkan proses hilir yang sedikit. Meskipun

aplikasi skala besar proses enzimatik kurang disukai karena tingginya biaya lipase, tetapi

telah dicari jalan keluarnya dengan produksi lipase menjadi lebih murah dan dapat digunakan

kembali dalam bentuk imobil. Hal tersebut telah terealisasi dalam reaksi transesterifikasi,

proses ini adalah arah masa depan pengembangan biodiesel karena keunggulan mereka atas

prosedur kimia.

3.2 Produksi Biodiesel menggunakan metode transesterifikasi enzimatik Bila dibandingkan dengan penggunaan katalisis kimia konvensional dan metanol superkritis,

transesterifikasi enzimatik untuk produksi biodiesel adalah salah satu strategi yang paling

menjanjikan. Keuntungan dan kerugian menggunakan lipase dibandingkan dengan katalis

basa konvensional yang jelas. Dengan kata lain, dalam prosedur produksi biodiesel , lipase

mampu bekerja dalam lingkungan lembut, yang menunjukkan konsumsi energi yang lebih

rendah. Selain itu, lipase memiliki kemampuan untuk mentransfer baik trigliserida dan asam

lemak bebas menjadi biodiesel, yang berarti mereka dapat mengkatalisasi minyak dari

sumber daya bervariasi, termasuk minyak limbah dengan kandungan tinggi asam lemak ,

apalagi, biodiesel dapat dengan mudah dipisahkan dari campuran reaksi dengan penyaringan

ketika dikatalisis oleh lipase, ada langkah pemisahan diperlukan setelah transesterifikasi

lipase ketika berada dalam packed bed ( PBR ), dan pemurnian berikut biodiesel juga jauh

lebih mudah daripada katalis kimia lainnya .

3.2.1 . Pengaruh parameter fisika dan kimia pada enzimatik

Reaksi transesterifikasi Dalam proses transesterifikasi enzimatik, banyak faktor yang

mempengaruhi yield biodiesel, seperti rasio molar metanol terhadap minyak, kelembaban,

aditif, pelarut organik, dll . Ringkasan pengaruh terangkum dalam tabel berikut

11

Tabel 1 Parameter Fisika dan Kimia dari Enzimatik Transesterfikasi

sumber : Yan et.al, 2013

Pengaruh Parameter Fisika dan Kimia pada Enzimatik Transesterifikasi

Pengaruh Pretreatment Pengaruh Substrat Pengaruh Temperatur Pengaruh Kelembapan Pengaruh pelarut organik

Pengaruh Additives

Jika bahan baku banyak mengandung FFA maka saat reaksi dengan katalis basa akan terbentuk sabun (saponifikasi) sehingga FFA harus dihilangkan terlebih dahulu

Studi lab membuktikan bahwa Lipase mampu berjalan pada substrat baik asam lemak bebas murni maupun yang berada dalam refined oil atau pun minyak jelantah

Temperatur umum dalam penggunaan lipase adalah 35-55 C. Namun, pertimbangan yang digunakan dalam pemilihan suhu adalah sumber lipase dan teknik imobilisasi yang digunakan

Teori umum bahwa jika kandungan air terlalu banyak akan menghasilkan banyaka FFA karena minyak terhidrolisis

pelarut organik digunakan untuk menaikkan solubilitas alkohol dan trigliserida

Ectoine jika ditambahkan dalam larutan akan menaikkan produksi biodiesel

Jika bahan baku mengandung banyak fosfolipid, maka akan menutupi permukaan lipase sehingga fosfolipid harus dihilangkan terlebih dahulu dengan degumming treatment

Alkohol rantai pendek sangat mudah menginaktivasi enzim, padahal alkohol rantai pendek seperti metaol dan etanol yang umum digunakan. Dan juga, katalisis lipase dalam transesterfikasi meningkat dengan semakin panjangnya rantai hidrokarbon dari alkohol

Semakin tinggi suhu semakin mempercepat reaksi transesterfikasi tetapi mematikan untuk enzim lipase

Lipase mempunyai kriteria kandungan minimum air pada minyak agar mampu berreaksi optimum, semakin banyak air akan menghalangi kinerja lipase

Hal ini dikarenakan ectoine membuat lipase mempunyai afinitas lebih besar ke trigliserida dibanding ke alkohol

12

3.2.2 . Ultrasonikasi dan perlakuan dengan bantuan gelombang mikro

Transesterifikasi reaksi konvensional dalam proses batch cenderung lambat dan pemisahan

fase gliserol memakan waktu. Penggunaan USG dan microwave dalam proses

transesterifikasi telah terbukti meningkatkan laju reaksi, dan telah diterapkan untuk

mengatasi permasalahan tersebut di atas .

Telah dilaporkan bahwa pencampuran

ultrasonik memiliki efek signifikan positif

pada transesterifikasi enzimatik. Dalam

katalisis enzimatik, dispersi ultrasonik juga

dapat meningkatkan luas permukaan yang

tersedia untuk reaktan. Selain itu, kavitasi

ultrasonik meningkatkan efisiensi katalis, dan

konversi optimum dapat dicapai bahkan

dengan adanya jumlah rendah katalis.

3.2.3 . Transesterifikasi dalam cairan CO2 superkritis

Transesterifikasi dalam fluida superkritis (

SCFs ) meningkatkan tingkat difusi, yang

menghasilkan laju reaksi yang lebih tinggi. Di

antara berbagai jenis SCFs, CO2 superkritis (

SCCO2 ) adalah yang paling cocok karena

tidak beracun , tidak mudah terbakar , murah,

mudah tersedia , dan memiliki sifat kritis

ringan ( 31,1oC dan 7,38 MPa ). Selain itu,

SCCO2 memiliki sifat transportasi yang

menguntungkan yang dapat mempercepat

perpindahan massa terbatas dalam reaksi

enzim dikatalisasi. Akibatny, sebagian besar peneliti telah menggunakan SCCO2 sebagai

pelarut. Meskipun SCCO2 telah digunakan sebagai pelarut untuk glycerolysis dan hidrolisis

Gambar 7 Proses Transesterifikasi Menggunakan Ultrasonic

sumber : http://www.hielscher.com/biodiesel_transesterification_

01.htm

Gambar 8 Letak Titik Superkrtitikal dari CO2

sumber http://shim-pol.pl/1,16,361-0-0-Supercritical_Fluid_Technologies_Inc.html

13

reaksi, telah dilaporkan bahwa hasil biodiesel dari reaksi enzim -katalis di SCCO2 adalah

antara 40 % dan 90 % dan bahwa stabilitas operasional enzim tidak tinggi.

3.2.3 Solvent Engineering

Secara umum, pelarut hidrofobik kuat memiliki kecenderungan untuk menghilangkan air dari

enzim. Telah disimpulkan bahwa penggunaan campuran pelarut dalam produksi biodiesel

enzimatik memiliki keuntungan sebagai berikut: (a) efek kurang negatif yang disebabkan

oleh kelebihan adanya metanol dan gliserol, (b) laju reaksi yang lebih tinggi dan konversi; (c)

tidak ada regenerasi langkah-langkah untuk penggunaan kembali enzim, dan (d) stabilitas

operasional yang lebih tinggi dari katalis

3.2.4 Pemanfaatan dua dari lipase spesifik yang berbeda

Lipase dari berbagai sumber telah diperiksa dalam methanolysis biokatalis lipase dari

trigliserida untuk produksi biodiesel. Beberapa lipase amobil, seperti Novozym 435,

Lipozyme TL IM, dan Lipozyme RM IM [14,15] telah terbukti efektif dalam mengkatalisis

produksi biodiesel. Namun, beberapa dari mereka baik memerlukan pemuatan besar lipase

atau waktu reaksi yang lebih lama, sehingga biaya produksi yang lebih tinggi membatasi

aplikasi skala besar mereka

Pemanfaatan dua lipase dalam satu reaksi didasarkan pada kemampuan lipase menmindahkan

gugus molekul dan harga jual dipasaran. Ketika suatu enzim mampu memindahkan banyak

gugus terkadang harganya cukup tinggi sehingga dibuatlah pencampuran lipase. Dua lipase

yang umum digunakan bersama adalah

1. Novozyme 435 dan Lipozyme TL IM

2. Imobilisasi ROL dan C. rugosa lipase

3.3. Kinetika dan mekanisme reaksi enzimatik untuk transesterifikasi reaksi Kinetika mekanisme reaksi transesterifikasi telah diwakili oleh Ping Pong Bi Bi Model.

Mekanisme Ping Pong Bi Bi juga dapat digunakan dalam studi kinetik esterifikasi asam

lemak rantai panjang dikatalisis oleh lipase. Janssen et al. telah diturunkan model ketika air

diambil sebagai salah satu produk yang dapat menghambat reaksi. Modifikasi ini berlaku bila

asam lemak bebas dianggap sebagai substrat.

Ping Pong Bi Bi Model menggambarkan khusus Bi Bi mekanisme di mana pengikatan

substrat dan pelepasan produk telah ditentukan. Ini adalah mekanisme Ping Pong karena

14

enzim berada diantara keadaan bebas dan keadaan intermediate dengan substrat yang telah

dimodifikasi.

Selain itu, mekanisme reaksi transesterfikasi adalah sebagai berikut

Studi pada kinetika enzim dan mekanisme dapat memberikan parameter penting untuk

pemilihan sistem lipase terbaik untuk produksi biodiesel. Model Kinetic untuk produksi

biodiesel dapat digunakan untuk menentukan kondisi reaksi optimal dan untuk merancang

dan scale-up batch atau bioreaktor kontinyu.

3.4. uji coba skala pilot dan industri Menurut Badan Energi Internasional, pada tahun 2030, permintaan energi global akan

menjadi sekitar 50% lebih tinggi dari kebutuhan saat ini. Dari 2006 hingga 2030, permintaan

energi di kawasan Asia-Pasifik diperkirakan akan meningkat pada laju sekitar 2,75% per

tahun, atau tumbuh 32% lebih cepat dari rata-rata permintaan di seluruh dunia. Untuk

memenuhi konsumsi energi yang tumbuh cepat, industri biofuel berkembang membutuhkan

pengembangan yang luar biasa dalam jangka waktu singkat. Biodiesel industrialisasi dapat

menciptakan lapangan kerja, menghasilkan pertumbuhan ekonomi, mengurangi

ketergantungan pada minyak fosil, dan mengurangi polusi udara dan emisi gas rumah kaca

Gambar 10 Mekanisme Transesterifikasi

Sumber : www.askitiians.com

Gambar 9 Ping Pong Bi Bi Model

sumber http://bioinformatics.oxfordjournals.org/content/21/6/774.full

15

4. Biodiesel berbasis derivatif bernilai tinggi Hal ini juga diketahui bahwa biodiesel sendiri bukanlah produk bernilai tinggi, yang mungkin

sangat dipengaruhi oleh fluktuasi harga pasar bahan baku. Dalam rangka meningkatkan daya

saing pasar, biodiesel dapat lebih disempurnakan dalam segi biotekologinya menjadi turunan

bernilai tinggi, seperti metil ester asam dimer (Dames), poliamida, poliester poliol,

poliuretan, alkohol lemak, dll yang dapat secara substansial meningkatkan efisiensi komersial

dan daya saing pasar.

4.1 Tantangan untuk biodiesel industrialisasi saat ini Industri biodiesel saat ini dihadapkan dengan peluang dan tantangan. Meskipun semua

teknologi baru yang disebutkan di atas dikembangkan untuk mempromosikan aplikasi

biodiesel membuat biodiesel bintang gemilang di antara energi terbarukan, industri biodiesel

masih menghadapi banyak keterbatasan dan tantangan .

4.1.1 Bahan Baku

Pada Januari 201 , harga B100 ( 100 % biodiesel ) adalah US $ 4,44 per galon di Amerika

Serikat, sedangkan untuk B20 ( 20 % biodiesel dan 80 % petro - diesel ) adalah US $ 4,05 per

galon. Tak satu pun dari produk ini bisa bersaing dengan harga petrodiesel , yang sebesar US

$ 3,96 per galon. Keterbatasan utama yang membuat biodiesel kurang kompetitif adalah

tingginya harga bahan baku. Fluktuasi harga dari bahan baku tanaman memiliki efek penting

pada efisiensi ekonomi industri biodiesel.

Gambar 11 Turunan FAME

sumber : Yan, et.al 2013

16

4.1.2 Teknologi Konversi

Ada ada tiga teknologi konversi utama untuk produksi biodiesel :

� Asam / basa katalisis, memerlukan sejumlah besar air serta bahan baku yang sangat

asam , dan menghasilkan polutan tertentu

� Enzim katalisis, membutuhkan waktu reaksi yang relatif lama dan biaya enzim sangat

tinggi.

� dan Teknologi Supercritical Fluids. teknologi ini masih di tahap awal dan proses ini

sangat mahal dan kompleks

4.1.3 Nilai Produk

Nilai tambah yang rendah dari produk yang membuat daya saing industri biodiesel kurang

adalah bahwa proses transesterifikasi hanya menghasilkan dua produk yaitu biodiesel dan

gliserol. Kedua bahan tersebut diproduksi oleh sebagian besar perusahaan biodiesel.

Pengolahan hasil halus dan produksi co-produk bernilai tinggi belum dikomersialkan di

seluruh dunia.

4.1.4 Unsur-Unsur Lain

Konflik mengenai pasokan pangan, pemanfaatan air, penggunaan lahan, dan kebijakan

pemerintah juga harus diperhitungkan.

4.2 Strategi kilang biodiesel 4.2.1 Status kilang biodiesel di quo

Generasi pertama dari biodiesel diproduksi dari kedelai, rapeseed, dan minyak kelapa sawit.

Kilang biodiesel belum dirancang untuk membuat penuh penggunaan bahan baku, mendaur

ulang produk sampingan, dan mengurangi konsumsi energi, sehingga mencapai efek ekonomi

yang lebih baik. Selain itu, perusahaan produksi biodiesel hampir tidak bisa memproduksi

produk-produk bernilai tinggi dari biodiesel atau produk sampingan tersebut, gliserol.

4.2.2 Prospek dan perkembangan masa depan kilang biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan dan berkelanjutan. Untuk menjadi lebih

kompetitif di masa depan, perusahaan biodiesel harus mengembangkan metode yang dapat

secara signifikan menurunkan biaya bahan baku. Pengembangan pengganti yang dapat

menggantikan gandum yang ada tanaman dan tanaman minyak sangat penting untuk industri

17

biodiesel. Selain itu, mikroalga memiliki tingkat pertumbuhan yang cepat dan kecepatan

akumulasi minyak yang cukup besar, dan biomassa dapat dua kali lipat dalam 24 jam.

Namun, mereka membutuhkan lingkungan budaya air yang lebih besar dan lebih lama

periode budidaya .

Di sisi lain, meskipun keuntungan bakteri produksi dengan menggunakan biodiesel meliputi

tingkat pertumbuhan tertinggi dan pengoperasian yang mudah, sebagian besar bakteri tidak

menghasilkan minyak selain beberapa yang menghasilkan lipoid yang hampir tidak dapat

dipisahkan. Ragi dan jamur mungkin menguntungkan untuk memproduksi minyak mikroba,

dan beberapa strain ragi telah dilaporkan untuk mengakumulasi minyak hingga 70 % dari

total berat kering. Industri biodiesel harus menyiapkan skema baru biorefinery dan mengikuti

metode yang digunakan oleh industri mapan lainnya untuk memanfaatkan bahan baku yang

lebih memadai, terutama dengan mengubahnya menjadi produk bernilai tinggi. Dengan

demikian, krisis energi yang semakin parah yang dihadapi oleh biorefinery dapat

diselesaikan.

4.3 Turunan bernilai tinggi dari biodiesel Prinsip ekonomi mengungkapkan dua jalur untuk meningkatkan keuntungan: pengurangan

biaya dan peningkatan nilai produk. Pengembangan bahan baku baru dapat membantu

mengurangi biaya, sementara pemanfaatan yang cukup co-produk dapat meningkatkan nilai

produksi. Produksi biodiesel menghasilkan makan sayuran dan gliserol sebagai produk

sampingan. Penggunaan gliserol sebagai substrat untuk transformasi bernilai tinggi telah

diteliti.

4.3.1 Konversi bernilai tinggi dari biodiesel

Saat ini, produk-produk utama industri biodiesel adalah FAMEs, diperoleh melalui

transesterifikasi TGs alami seperti berbagai minyak nabati. Bila dibandingkan dengan

pembakaran biodiesel dalam mesin, ide untuk mengkonversi bagian dari FAMEs menjadi

bahan bernilai tinggi adalah sangat penting.

Tabel 2 Bahan Turunan FAMEs dan Kegunaannya


Turunan FAME Kegunaan DAMEs bahan baku polyamide

resin

18

Dimer acid based polyamides

bahan baku tinta, vernis

Dimer acid based polyester polyols dan polyurethane

bahan baku cat

Monomer dan Polimer Terbarui

Salah satunya pada industri medis

Fatty Alcohol bahan baku pembuatan surfaktan

Fatty alcohol based polycarbonate

Salah satunya pada industri medis

Fatty epoxide bahan baku pelumas, surfaktan

Epoxidized FAMEs based polyesters

bahan baku kaca

4.3.2 Pemanfaatan gliserol mentah kekenyangan

Karena produksi massal gliserol sebagai produk sampingan dari pengolahan biodiesel , harga

gliserol telah tajam turun dari $ 1/lb pada tahun 1996 menjadi $ 0.35-0.39/lb pada tahun

2012. Hal ini mengakibatkan perusahaan biodiesel kehilangan minat dalam pemurnian

gliserol. Oleh karena itu, menyikapi pertanyaan tentang bagaimana untuk meningkatkan nilai

glycerolcontaining limbah merupakan kebutuhan mendesak. Penggunaan gliserol sebagai

substrat untuk memproduksi bahan kimia berharga lainnya bisa sangat meningkatkan daya

saing ekonomi dan keberlanjutan lingkungan dari industri biodiesel. Berikut adalah daftar

mikroorganisme yang dapat membantu menguraikan gliserol menjadi bahan bernilai tinggi.

Tabel 3 Mikroorganisme Pengurai Gliserol


Mikroorganisme Produk Akhir Clostridium butyricum DSM10703

1,3-propanediol

Kluyvera cryocrescens

Etanol

Y. lipolytica ACA-DC 50109

Asam Sitrat

Jamur Pythium irregulare

eicosapentaenoic acid (EPA)

19

Schizochytrium limacinum

docosahexaenoic acid (DHA, 22:6 n-3)

Penambahan minyak sayur murni

meningkatkan produksi asam lemak rantai panjang

4.3.3 Reuse bahan baku co - produk

Saat ini, biji minyak yang dapat dimakan, setelah dikeluarkan, digunakan sebagai pakan

ternak. Namun, teknologi baru diperlukan untuk mengubah makanan bernilai rendah menjadi

bahan komposit bernilai tinggi. Sebuah penelitian baru menunjukkan kemungkinan

pembuatan komposit polimer menggunakan polikaprolakton ( PCL ) sebagai matriks. Hasil

pengujian menunjukkan bahwa penambahan sayuran makan ke PCL meningkatkan modulus

tarik dan dengan demikian meningkatkan kekakuan. Komposit campuran memiliki semua

sifat-sifat plastik biodegradable dengan biaya yang relatif kurang dari PCL sendiri. Selain itu,

para ilmuwan Brasil menyelidiki kemungkinan produksi bioetanol menggunakan biomassa

co-produk yang diperoleh dalam ekstraksi minyak untuk produksi biodiesel.

4.4. Analisis efisiensi ekonomi Saat ini, perusahaan biodiesel berjuang karena naiknya harga bahan baku yang digunakan

dalam produksi biodiesel dan penurunan terus produk hilir. Akibatnya, analisis efisiensi

ekonomi dari perusahaan biodiesel yang ada dan virtual telah menjadi fokus penelitian yang

populer.

4.4.1 . Teknologi konversi yang berbeda

Empat proses katalis dengan homogen dan heterogen katalis basa dinilai berdasarkan

pengaruh ekonomi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses CaO - W ( heterogen CaO

katalis dan pemurnian air panas ) memiliki produksi terendah biaya di kisaran 1452-14,520

ton / tahun. Selanjutnya, dalam studi tekno-ekonomi oleh Marchetti et al. , tiga berbeda kasus

, termasuk :

1) katalis padat heterogen,

2) katalis asam homogen, dan

3) asam pra - esterifikasi dengan katalis basa homogen.

20

Semua tiga kasus yang cocok untuk produksi biodiesel menggunakan bahan baku minyak

dengan jumlah asam lemak bebas yang tinggi. Berdasarkan net value present untuk penilaian

ekonomi dari pabrik yang memproduksi 36.036 metrik ton / tahun, biaya operasi terendah per

tahun $ 18.109.000 diamati untuk Kasus 1, sedangkan net present value tertinggi adalah $

7.789.243 dicatat untuk Kasus 3, sehingga yang paling menguntungkan.

Selain itu, efektivitas biaya produksi biodiesel menggunakan enzim sebagai katalis dalam

proses pelarut bebas dan co - solvent adalah juga dievaluasi. Untuk free solvent process ,

biaya bahan baku merupakan 3 % untuk metanol, 47 % untuk minyak, dan 50 % untuk

enzim. Sedangkan untuk proses co – pelarut, bahan baku minyak menyumbang 73 % dari

seluruh biaya. Namun demikian, dengan peningkatan produksi skala besar biaya enzim akan

terpotong lebih lanjut yang akan semakin meningkatkan efek ekonomi. Dengan demikian,

berdasarkan Harga enzim saat ini, dapat disimpulkan bahwa co – solvent process lebih mahal

dan kurang kompetitif, sedangkan free solvent process yang layak untuk skala produksi yang

lebih besar.

Jegannathan et al. difokuskan pada penilaian ekonomi produksi biodiesel dalam hal proses

katalitik dari :

1) katalis basa, (biaya produksi $ 1166.67/ton)

2) imobilisasi enzim (biaya produksi $ 2414.63/ton) , dan

3) enzim terlarut (biaya produksi $ 7821.37/ton).

Meskipun biaya yang lebih tinggi dan periode reaksi yang lebih lama dari proses katalisis

menyebabkan proses dengan menggunakan imobilisasi enzim memiliki biaya produksi yang

lebih tinggi, akan tetapi penggunaan kembali katalis ter-imobilisasi menurunkan biaya

produksi secara drastis jika dibandingkan dengan katalis enzim larut.

4.4.2. Variabel pasar yang berbeda

Marchetti menilai pengaruh variabel pasar pada dasar produksi biodiesel dasar-katalis

homogen, termasuk: (1) harga minyak (yang berhubungan dengan kemurnian), (2) harga jual

biodiesel, (3) harga jual gliserol, (4 ) harga alkohol, (5) harga katalis, (6) jarak pengiriman,

(7) harga air cucian, dan (8) investasi dalam penelitian dan pengembangan.

21

4.4.3 . Pemanfaatan co - produk yang berbeda

Seiring dengan meningkatnya perhatian pada pemanfaatan nilai tambah biodiesel co - produk,

efisiensi ekonomi juga harus dieksplorasi. Vlysidis et al. meneliti efisiensi ekonomi dari

empat skema produksi biodiesel yang hanya berbeda dalam cara di mana co - produk, gliserol

mentah, digunakan : ( a) pembuangan gliserol mentah sebagai sampah, ( b ) gliserol mentah

pemurnian melalui distilasi 80% dan kemurnian 95 %, ( c ) fermentasi gliserol untuk

memperoleh asam suksinat , dan ( d ) produksi lebih lanjut dari kristal asam suksinat .

Ditemukan bahwa untuk pabrik 20 tahun, co- produksi asam suksinat dapat meningkatkan

keuntungan dari biorefinery keseluruhan sebesar 60 %. Dengan demikian, jelas bahwa

konversi co - produk bahan kimia pertambahan nilai dapat meningkatkan keuntungan dari

tanaman biodiesel .

4.4.4 . Perbandingan biaya produksi antara strategi tradisional dan kopling

Untuk industri apapun, perkiraan ekonomi merupakan patokan utama untuk menilai

perkembangan teknologi proses. Studi ekonomi pada biodiesel telah dilaporkan sebelumnya.

Namun, penurunan pendapatan telah menjadi suatu hambatan yang besar untuk industri

biodiesel. Oleh karena itu, industri biodiesel harus bergerak untuk arah yang lebih

menguntungkan di masa depan. Seperti disebutkan sebelumnya, biodiesel berbasis produk

bernilai tinggi dianggap sebagai solusi berkelanjutan untuk biodiesel industri. Perbandingan

penilaian ekonomi dari biodiesel dan produk bernilai tinggi bisa memberikan wawasan

tentang berbagai biaya yang terlibat, yang mengarah ke pengolahan biokatalis lebih

menguntungkan.

4.4.4.1 . Penilaian ekonomi dari industri biodiesel. Dalam rangka melaksanakan pengkajian

ekonomi industri biodiesel, kita anggap contoh pabrik biodiesel yang manufaktur, peralatan,

dan biaya bahan baku yang preliminarily dinilai untuk pilot kapasitas produksi 200 ton.

Pendapatan dan biaya unit disajikan pada tabel . Kategori biaya yang tercantum dalam tabel,

dan larutan menunjukkan lipase katalisis membutuhkan pelarut organik sebagai media reaksi.

22

Profit = Income - Feedstock cost - Fixed cost = 39.086

4.4.4.2. Penilaian ekonomi dari produk bernilai tinggi berbasis biodiesel. Bertujuan pada

peningkatan kinerja ekonomi industri biodiesel, bagian (100 ton) dari biofuel ini digunakan

untuk mensintesis produk derivatif berbasis biodiesel. Tabel 3 menunjukkan penilaian

ekonomi dari strategi kopling ini (untuk kapasitas produksi biodiesel dari 200 ton).

Tabel 4 Analisis Keekonomian Biodiesel


Tabel 5 Analisis Keekonomian Produk Bernilai Tinggi dari Biodiesel


23

Profit = Income - Feedstock cost - Fixed cost = 214.820

4.4.4.3. Perbandingan efek ekonomi antara strategi tradisional dan modern. Hal ini dapat

diamati bahwa penilaian ekonomi produksi biodiesel enzim-dikatalisasi tradisional dan

strategi kopling memproduksi produk bernilai tinggi disajikan pendapatan tahunan sebesar $

39.086 dan 214.820, masing-masing, pada skala pilot sebesar 200 ton. Hal ini menunjukkan

bahwa strategi modern memperoleh keuntungan lebih dari 5 kali lipat dan memiliki daya

saing tinggi. Dengan demikian, konversi bagian dari biodiesel (100 ton) menjadi produk

turunan bernilai tinggi tidak hanya memungkinkan industri biodiesel untuk membuat

keuntungan ekonomi yang lebih baik dan menjadi lebih kompetitif, tetapi juga merumuskan

cara baru untuk minyak biorefinery yang dapat memenuhi pembangunan berkelanjutan umat

manusia.

5 . Pengembangan bahan baku lainnya Meskipun biodiesel memiliki sifat teknis yang signifikan atas petrodiesel, bahan baku minyak

konvensional yang digunakan untuk produksi biodiesel terutama minyak nabati dan lemak

hewani. Namun, seperti yang dikenal, produksi biodiesel berbasis minyak nabati tidak

berkelanjutan. Jadi, ini sangat mendesak dan penting untuk mencari bahan baku baru dalam

biaya yang lebih rendah dan volume yang besar untuk pengembangan masa depan biodiesel

5.1 . Minyak non edible dan lemak dari kehutanan Menghadapi dengan harga minyak yang lebih rendah dan kekurangan pangan yang parah ,

pengembangan biodiesel adalah pada dilema. Untuk alasan ini, banyak peneliti yang sedang

berlangsung untuk meningkatkan hasil minyak dan sayur untuk mengeksplorasi kandidat

bahan baku lebih cocok. Minyak non edible, sebagai alternatif hijau, telah dianggap sebagai

bahan baku menjanjikan untuk produksi biodiesel. Minyak non edible terutama diekstrak dari

tanaman, seperti Jatropha, Castor, Tung, dll dan telah menerima perhatian lebih dan lebih

sebagai sumber bahan bakar. Sebenarnya, Jatropha biodiesel telah sangat didukung oleh

pemerintah pusat dan daerah. Sementara itu, mirip dengan minyak nabati, minyak non -

edible kayu dapat secara efisien diubah menjadi biodiesel oleh lipase dan tingkat konversi

setinggi katalis kimia.

Selain itu, limbah minyak sebagai superior bahan baku untuk produksi biodiesel juga

menawarkan alternatif yang menarik untuk biodiesel konvensional dari minyak murni.

Limbah minyak / grease yang tertangkap dengan perangkap minyak dari restoran dan dapur

24

limbah sistem, pengolahan makanan dan layanan besar fasilitas, industri pengolahan daging,

pipa saluran pembuangan dan pengolahan limbah tanaman. Saat ini, minyak jelantah sebagai

wakil digunakan untuk memproduksi biodiesel di banyak negara, seperti China dan Jepang .

Namun, di China, ada puluhan perusahaan biodiesel kecil dan menengah yang meningkatkan

harga minyak jelantah ke tingkat yang relatif tinggi dengan bersaing satu sama lain karena

sumber daya yang terbatas.

Namun, tantangan utama, terutama untuk bahan baku limbah, seperti minyak goreng limbah

dan lemak, adalah infrastruktur pengumpulan dan logistik. Sebagai contoh, sistem

pengumpulan untuk memasak limbah minyak bisa menjadi rintangan sebagai sumber

umumnya tersebar dan tanpa kontrol kualitas. Kota Kyoto telah mengambil ini menantang

dan melaporkan memproduksi cukup biodiesel untuk bahan bakar mereka bus kota dari

minyak nabati limbah dikumpulkan dari umum rumah tangga, restoran dan kafetaria. Di

daerah terpencil tertentu atau komunitas musiman, mungkin layak untuk jenis model untuk

kerja. Namun, kesadaran masyarakat lebih lanjut, pendidikan dan penerimaan menjadi kunci

penting untuk keberhasilan implementasi.

5.2 . Ganggang dan minyak berbasis mikroba Jenis lain dari sumber alternatif minyak lipid berbasis mikroba, yang telah meneliti selama

hampir 30 tahun. Lipid mikroba diekstrak dari spesies mikroorganisme berminyak ( seperti

mikroalga , bakteri , jamur dan ragi ) sebagai bahan baku biodiesel memiliki juga menarik

perhatian besar di seluruh dunia. Mikroorganisme berminyak didefinisikan sebagai

oleaginous karena mereka mensintesis dan mengumpulkan sejumlah besar lipid mikroba

melebihi 20 % biomassa kering. Dibandingkan dengan minyak nabati dan lemak hewani,

minyak mikroba memiliki banyak keuntungan : budidaya yang mudah, kurang dipengaruhi

oleh lingkungan, kandungan minyak yang lebih tinggi, dan lebih mudah untuk meningkatkan

Tabel 6 Daftar Non-Edible Oilseed

25

Li menggunakan lipase dari Candidia sp. untuk mengkatalisasi minyak dari Chlorella

protothecoides untuk memproduksi biodiesel, dan tingkat konversi mencapai 98,15 % setelah

12 h yang juga sangat dekat dengan penggunaan katalis kimia .

Jamur juga dapat menumpuk lipid intraseluler di bawah kondisi budidaya yang berbeda .

Banyak jamur telah dieksploitasi untuk nilai tambah tinggi lemak , seperti DHA , GLA , EPA

dan AR . Tapi dalam beberapa tahun terakhir, beberapa studi tentang pemanfaatan jamur

minyak untuk biodiesel telah dilaporkan. Xiong melaporkan bahwa C. protothecoides bisa

mengumpulkan minyak dalam bioreaktor dengan kandungan minyak maksimum 57,8 % ( b /

b ) dan kepadatan sel pada 51,2 g / L. Beberapa ragi juga dapat menumpuk lipid , bahkan

tinggi hingga 70 % dari bobot kering mereka, termasuk Rhodosporidium sp . , Rhodotorula

sp .dan Lipomyces sp. Oleh karena itu , mikroalga berminyak dan ragi semua bisa sumber

daya minyak potensial alternatif untuk produksi biodiesel.

5.3 Biosintesis asam lipid / lemak dalam mikroalga Hal ini diketahui bahwa kedua anorganik karbon (CO2) dan karbon organik sumber (glukosa,

asetat, dll) dapat dimanfaatkan oleh mikroalga untuk produksi lipid. Komponen dan isi lipid

dalam mikroalga sel bervariasi dari spesies ke spesies. Kelas-kelas lipid pada dasarnya adalah

dibagi menjadi lipid netral (misalnya, trigliserida, kolesterol) dan polar lipid (misalnya,

fosfolipid, galactolipids). Trigliserida sebagai netral lipid merupakan bahan utama dalam

produksi biodiesel. Rute sintesis trigliserida dalam mikroalga dapat terdiri dari. Berikut tiga

langkah:

1. pembentukan asetil koenzim A(asetil-CoA) dalam sitoplasma,

2. perpanjangan dan desaturation rantai karbon asam lemak, dan

3. biosintesis trigliserida dalam mikroalga

26

5.4 Kultivasi Mikroalga

Sebagian besar mikroalga menggunakan cahaya dan karbon dioksida (CO2) sebagai sumber

energi dan sumber karbon (organisme photoautotrophic). Pertumbuhan optimum mikroalga

membutuhkan temperatur air berkisar 15 - 30˚C. Media pertumbuhan juga harus mengandung

elemen inorganik yang berfungsi dalam pembentukan sel, seperti nitrogen, phospor, dan besi.

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan teknik, prosedur dan proses

Gambar 12 Langkah ketiga dalam biosintesis trigliserida pada mikroalga

sumber : Huang et.al, 2010

Gambar 13 Blok Diagram Proses Mikroalga

sumber : Ariyanti et.al. 2010

27

produksi mikroalga dalam jumlah besar. Open ponds system dan photobioreactor system

merupakan teknik budidaya mikroalga yang paling sering digunakan.

Teknik yang banyak diaplikasikan untuk proses pemanenan mikroalga adalah flokulasi,

sentrifugasi, dan filtrasi. Proses flokulasi dapat digunakan sebagai tahap awal untuk

mempermudah proses selanjutnya. Mikroalga memiliki muatan negatif, sehingga untuk

membentuk flok dibutuhkan flokulan kationik seperti Al2(SO4)3, FeCl3, dan Fe2(SO4)3.

Filtrasi adalah metode pemanenan yang terbukti paling kompetitif dibandingkan dengan

Gambar 15 Pond System


Gambar 14 Fotobioreaktro system


Tabel 7 Perbandingan Sistem Kultivasi Alga


28

teknik pemanenan yang lain. Jenis filtrasi yang dapat digunakan adalah dead end filtration,

mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, filtrasi bertekanan, dan filtrasi aliran tangensial. Kinerja teknik

pemanenan secara kuantitatif dapat dievaluasi menggunakan beberapa parameter antara lain:

laju pemisahan air, kandungan padatan pada lumpur mikroalga, dan yield dari proses.

PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN

� Biodiesel merupakan salah satu jalan untuk menghindari krisis energi saat ini, akan

tetapi jika bahan baku biodiesel berasal minyak nabati yang bisa dikonsumsi manusia

maka akan timbul pula krisis pangan. Hal tersebut tidak bisa dibiarkan karena sebuah

krisis saja sudah cukup sulit untuk ditangani sehingga perlu adanya perluasan dan

penelitian untuk mencari apa saja minyak nabati yang memang tidak dikonsumsi

manusia karena memang kandungannya yang tidak bisa diterima tubuh manusia.

� Dewasa ini, telah dikembangkan pula penggunaan enzim untuk menghasilkan

biodiesel karena ketika menggunakan enzim tidak memerlukan kondisi operasi yang

ekstrim seperti suhu yang tinggi atau tekanan yang tinggi. Seperti yang telah kita

ketahui bahwa jika menggunakan katalis asam butuh suhu yang cukup tinggi. Metode

yang dipilih pun sekarang kebanyakan adalah transesterfikasi. Metode ini juga tidak

membutuhkan suhu yang sangat tinggi seperti pirolisis walaupun ketika sedang terjadi

reaksi transesterifkasi ketika suhu semakin tinggi reaksi semakin cepat berjalan.

� Enzim yang umum digunakan dalam metode transesterifikasi adalah enzim lipase

karena lipase adalah sebuah enzim yang dapat memproduksi lipid. Lipase bisa didapat

dari bakteri, ragi, dan jamur.

� Enzim yang digunakan dalam reaksi bisa dalam dua jenis yaitu terlarut dan

terimobilisasi. Ketika sebuah enzim terlarut maka tidak bisa direcovery meskipun dia

tidak ikut bereaksi didalam campuran akan tetapi ketika enzim diimobilisasi, enzim

tersebut dapat digunakan kembali.

� Dalam menggunakan metode enzimatik transesterifikasi maka harus memperhatikan

berbagai pengaruh yang mungkin akan mempengaruhi kinerja enzim, seperti yang

kita tahu enzim butuh kondisi-kondisi khusus agar bisa optimum. Pengaruh yang

harus diperhatikan adalah Metode pretreatment, substrat, alkohol untuk reaksi,

temperatur, kelembaban, pelarut organik.

29

� Meskipun hasil akhir dari proses transesterifikasi hanya dua produk, FAME

(biodiesel) dan gliserol tetapi keduanya dapat memiliki nilai tambah jika diolah lebih

lanjut. Potensi inilah yang membuat industri biodiesel dan produk turunannya dapat

berkembang dimasa depan jika dapat mengembangkan prosuk turunan tersebut.

� Berdasarkan analisis ekonomi yang dilakukan pada jurnal ini, yang paling efisien

adalah metode transesterifikasi dengan enzim terimobilisasi.

� Alternatif lain dari menggunakan minyak nabati yang juga merupakan sumber pangan

adalah menggunakan minyak nabati dari biji yang tidak bisa dimakan manusia seperti

biji karet atau biji jatropa yang tumbuh di India. Terlebih lagi, penggunaan minyak o-

edible (tidak dapat dimakan) cukup mendukung bila menggunakan metode enzimatik

transesterifikasi.

� Selain minyak yang non-edible, kultivasi mikoralga juga merupakan jalan untuk

mendapatkan minyak nabati karena mikroalga mampu menghasilkan lipid.

30

DAFTAR PUSTAKA

Jurnal Utama

Yan, Yunjun. et.al.2010. Biotechnological preparation of biodiesel and its high-valued

derivatives: A review.China : Elsevier

Jurnal Tambahan

Ariyanti.Dessy.2010. Mikroalga sebagai sumber terbarukan : teknik kultivasi dan

pemanenan.Indonesia : Univ Dipeogoro

Janaun, Jidon. et.al.2010. Perspectives on biodiesel as a sustainable fuel.Malaysia : Elsevier

Leung, Dennis Y.C. et.al.2010. A review on biodiesel production using catalyzed

transesterification.China:Elsevier

Rustamaji, heri.2010.Pemodelan dan Simulasi Kinetika Reaksi Alkoholisis Minyak Jarak

Pagar (Jatropha Curcas) dengan Katalisator Zirkonia Tersulfatasi.Lampung : Jurnal

Rekayasa Proses

Shikha, Khandelwal. et.al.2012. Biodiesel production from non edible-oils:A Review.India :

Journal of Chemical and Pharmaceutical Research

Referensi Internet

Anonymous.Ping Pong Mechanism.http://www.drugs.com/dict/ping-pong-mechanism.html.

(diakses pada tanggal 10 Desember 2013 pukul 22.00)

Prawito. Biodiesel. http://chemical-engineer.digitalzones.com/biodiesel.html (diakses pada

tanggal 10 Desember 2013 pukul 22.30)

UAS Olekimia Astry Eka Citrasari

Documents

Transcript of UAS Olekimia Astry Eka Citrasari