BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Balakang Pendirian Pabrikeprints.ums.ac.id/42517/1/BAB I.pdf ·...

Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Crude Palm Oil dan Metanol

dengan Proses Transesterifikasi

Kapasitas 130.000 ton/tahun

Pendahuluan

Rizky Purnama Mikasasari Teknik Kimia UMS

D 500 110 041 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Balakang Pendirian Pabrik

Perkembangan di negara Indonesia untuk saat ini sangatlah meningkat

baik kualitas maupun kuantitas sehingga kebutuhan akan bahan baku, bahan

pembantu, maupun tenaga kerja semakin meningkat seiring berjalannya

waktu.

Indonesia adalah salah satu dari negara berkembang di dunia. Dan

Indonesia adalah salah satu dari negara penghasil minyak bumi. Karena

terbatasnya jumlah kilang yang dimiki untuk memproduksi bahan bakar

minyak (BBM), Indonesia harus mengimpor BBM guna mencukupi

kebutuhan domestik yang meningkat dengan pesat dari tahun ke tahun, baik

digunakan untuk kebutuhan transportasi, industri, pembangkit listrik, dan

sebagainya. Hal ini menyebabkan kebutuhan akan bahan bakar akan jauh

semakin meningkat. Sedangkan untuk cadangan minyak bumi yang dimiliki

Indonesia semakin terbatas karena merupakan produk yang tidak dapat

diperbaharui. Namun, besarnya ketergantungan akan bahan bakar yang

dibutuhkan ini tidak diimbangi dengan strategi pemerintah untuk menjamin

ketersediaan bahan bakar yang dibutuhkan demi keberlangsungan aktivitas

ekonomi dalam negeri.

Tingkat konsumsi BBM dari tahun ke tahun semakin meningkat, BBM

yang tersubsidi di Indonesia mengalami kenaikan hingga 10% per tahunnya.

Dengan tidak adanya program penghemat energi, maka cadangan minyak di

Indonesia hanya dapat hingga 20 tahun, yang artinya pada tahun 2036

cadangan minyak di Indonesia akan habis. Pemerintah pada saat ini masih

tidak mampu memenuhi seluruh kebutuhan bahan bakar dari pasokan lokal.

Pada kondisi kehidupan yang bergantung pada BBM impor yang

semakin besar, pemakaian energi yang boros akan berdampak ke berbagai

masalah yang akan menghambat pertumbuhan ekonomi di Indonesia. Melihat

kondisi tersebut, pemerintah juga menetapkan rencana mengurangi

2




Pendahuluan


D 500 110 041

ketergantungan Indonesia pada BBM, dengan adanya Peraturan Presiden

Republik Indonesia Nomor 5 tahun 2006 tentang “kebijakan energi nasional

untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM”.

Walaupun kebijakan tersebut menekankan bahwa penggunaan batu bara dan

gas sebagai pengganti BBM, kebijakan tersebut juga menetapkan sumber

daya yang dapat diperbaharui seperti bahan bakar nabati (BBN) sebagai

alternatif pengganti BBM.

Usaha-usaha untuk mencari dan mengembangkan sumber bahan bakar

alternatif terus dilakukan. Biodiesel adalah salah satu solusi sebagai alternatif

bahan bakar untuk mesin diesel. Biodiesel merupakan bahan bakar mono-

alkil ester dari rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai alternatif bagi

bahan bakar mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui yakni minyak

sayur atau minyak hewan. Biodiesel merupakan bahan bakar yang paling

dekat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi

transportasi utama di dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaru

yang dapat menggantikan diesel petroleum di mesin sekarang ini.

Bahan baku pembuatan biodiesel antara lain Crude Palm Oil (CPO),

kedelai, bunga matahari, minyak kelapa, jarak pagar dan berbgai jenis

tumbuhan lainnnya. Pada kesempatan kalli ini, bahan baku utama yang akan

digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah CPO dan Metanol. CPO sendiri

diperoleh dari PTPN XIII. Sedangkan untuk metanol di dapatkan dari PT.

Kaltim Metanol Indonesia yang berlokasikan di Bontang, Kalimantan Timur.

Sehingga dengan adanya bahan baku CPO dan metanol yang mencukupi,

sangat memungkinkan untuk didirikannya pabrik biodiesel di Indonesia.

1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik

Untuk bisa menentukan kapasitas suatu industri di haruskan untuk

memperhatikan dari segi teknis, finansial dan ekonomis. Selain itu bisa juga

dilihat dari sejauh mana kapasitas tersebut dapat memenuhi kebutuhan dalam

negeri yang semakin meningkat. Menentukan suatu kapasitas pabrik dapat

mempertimbangkan faktor-faktor yang signifikan, yakni sebagai berikut:

3




Pendahuluan


D 500 110 041

1.2.1 Prediksi Kebutuhan Biodiesel

Kebutuhan akan biodiesel setiap tahunnya di Indonesia semakin

meningkat. Hal ini bisa dilihat dari kebutuhan impor biodiesel dari

tahun 2009 hingga 2014 yang mengalami kenaikan. Kebijakan ini

dilakukan karena pabrik di Indonesia yang memproduksi biodiesel

masih kurang. Harga biodiesel lebih tinggi dari bahan bakar diesel.

Sampai saat ini, terdapat tujuh produsen biodiesel di Amerika Serikat.

Biodiesel murni (100%) terjual dengan harga $1.5 sampai $2 per galon

sebelum kenaikan pajak. Pajak bahan bakar akan bertambah $0.5

per galon. Sedangkan untuk data statistik perdagangan Luar Negeri

Indonesia dapat dilihat kebutuhan biodiesel di Indonesia dari tahun

2009 sampai 2014 pada Tabel 1.1:

Tabel 1.1 Kebutuhan Impor Biodiesel di Indonesia:

(BPS, 2009-2014)

1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku

Untuk mendirikan suatu pabrik, dapat mempertimbangkan

ketersediaan bahan baku. Hal ini bertujuan untuk memudahkan kinerja

pabrik sehingga proses produksi dapat berjalan dengan baik. Bahan

baku utama disini adalah CPO dan Metanol. Kebutuhan CPO dipenuhi

Tahun Kapasitas (Ton/tahun)

2009 177.336.332

2010 1.083.361.771

2011 1.875.247.999

2012 2.513.964.291

2013 2.728.824.439

2014 2.607.941.087

4




Pendahuluan


D 500 110 041

oleh PTPN XIII dan metanol dipenuhi oleh PT. Kaltim Metanol

Indonesia. Untuk itu pabrik biodiesel layak didirikan di Indonesia,

terutama di Kalimantan.

1.2.3 Kapasitas Pabrik Biodiesel

Di Indonesia ada beberapa pabrik yang telah memproduksi

biodiesel, diantaranya dapat dilihat pada Tabel 1.2:

Tabel 1.2 Daftar Pabrik Produsen Biodiesel di Indonesia:

No. Nama Produsen Kapasitas (ton/tahun)

1 PT Energi Alternatif 7.000

2 PT Eterna Buana Chemical Industries 40.000

3 PT Indo Biofuel Energi 60.000

4 PT Anugrah Inti Gemanusa 40.000

5 PT Wilmar Bioenergi Indonesia 1.000.000

6 PT Wilamr Nabati Indonesia 600.00

7 PT Sumi Asih Oleo Chemical 100.000

8 PT Eterindo Nugraha 40.000

9 PT Parmex Biofuel 150.000

10 PT Pelita Agung Asri Industri 200.000

11 PT Musim Mas I 70.000

12 PT Musim Mas II 350.000

13 PT Multikimia Inti Pelangi 14.000

14 PT Cemerlang Energi Perkasa 400.000

5




Pendahuluan


D 500 110 041

No. Nama Produsen Kapasitas (ton/tahun)

15 PT Kenzie Mega Politan 5.000

16 PT Ganesha Energi 10.000

17 PT Damai Sejahtera Sentosa Coding 120.000

18 PT Bioenergi Pratama Jaya 6.000

19 PT Nusantara Bio Energi -

(Sumber http://www.infosawit.com)

Dari Tabel 1.2 dapat dilihat kapasitas pabrik biodiesel yang sudah

berproduksi berkisar antara 5.000-1.000.000 ton/tahun.

Dengan pertimbangan kebutuhan dalam negeri yang semakin

meningkat dan kapasitas minimal pabrik yang sudah ada maka dalam

prarancangan ini dipilih kapasitas 130.000 ton/tahun

1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi suatu pabrik sangatlah penting dalam perancangan

pabrik, karena merupakan faktor penentu keberhasilan pabrik yang akan

didirikan. Hal ini merupakan perhitungan berdasarkan teknis pengoperasian

pabrik dan dari segi ekonomis dari perusahaan tersebut. Pemilihan lokasi

pabrik yang tepat dapat memberikan keuntungan yanng maksimal. Lokasi

pengoperasian pabrik dapat ditentukan oleh beberapa faktor utama,

sedangkan lokasi pabrik dapat ditentukan oleh faktor pendukung lainnya.

Dengan mempertimbangkan faktor-faktor diatas, maka rencana pendirian

pabrik di Indonesia, Bontang, Kalimantan Timur, dengan

mempertimbangkan faktor-faktor sebagai berikut:

1.3.1 Letak Sumber Bahan Baku

Letak dan lokasi bahan baku pembuatan biodiesel sangatlah

berpengaruh dalam kelangsungan hidup suatu pabrik. Bahan baku

http://www.infosawit.com/

6




Pendahuluan


D 500 110 041

pembuatan biodiesel adalah CPO dan diperoleh dari PTPN XIII.

Sedangkan metanol dari PT Kaltim Metanol Indonesia di Bontang,

Kalimantan Timur. Walaupun Kalimantan bukan penghasil sawit

terbesar, namun kebutuhan akan bahan baku yang dekat ini mampu

menekan biaya pengangkutan serta transportasi bahan baku menuju ke

tempat pengolahan.

1.3.2 Pemasaran Produk

Lokasi pemasaran produk dapat mempengaruhi biaya harga produk.

Pendirian lokasi pabrik yang berdekatan dengan pasar utama adalah

bertujuan untuk mempermudah pemasaran produk agar segera sampai

ke tempat konsumen.

1.3.3 Transportasi

Pengaruh faktor transportasi terhadap lokasi pabrik meliputi

pengangkutan bahan baku, bahan bakar, bahan pendukung dan produk

yang dihasilkan. Fasilitas transportasi yang memadai seperti jalan raya

sebagai transportasi darat dan pelabuhan sebagai sarana transportasi

laut dapat mempermudah dalam transportasi bahan baku dan pemasaran

produk.

1.3.4 Tenaga Kerja

Tenaga kerja merupakan faktor yang mempengaruhi dalam

pemilihan lokasi pabrik. Perekrutan tenaga kerja memprioritaskan

lulusan pendidikan yang cukup maju, sehingga bisa memperoleh tenaga

kerja di sekitar lokasi pabrik dan dapat menjamin terlaksananya

pendirian pabrik produksi biodiesel di Indonesia.

1.3.5 Utilitas

Fasilitas utilitas sendiri meliputi penyediaan air dan listrik. Di daerah

Bontang ini terletak di sungai, sehingga penyediaan air di dapatkan dari

7




Pendahuluan


D 500 110 041

air sungai. Kebutuhan listrik dapat memanfaatkan listrik PLN maupun

swasta yang sudah masuk ke wilayah ini.

1.3.6 Faktor Pendukung dalam Pemilihan Lokasi Pabrik

a. Harga Tanah dan Gedung

Kalimantan bukan daerah metropolis, sehingga harga tanah dan

bangunan masih dapat dijangkau.

b. Perluasan Pabrik

Kalimantan merupakan daerah yang belum padat penduduk,

sehingga daerahnya banyak yang kosong, dan memungkinkan untuk

perluasan area pabrik dengan banyak lahan yang dapat

dimanfaatkan.

c. Ketersediaan Air yang cukup

Air untuk proses dalam pabrik, dapat menggunakan air sungai yang

mempunyai debit relatif besar dalam tiap tahunnya dengan diolah

terlebih dahulu.

d. Tanah dan Iklim

Tanah yang cukup datar dan iklim yang cukup stabil karena daerah

Bontang ini termasuk daerah katulistiwa dengan suhu rata-rata

26-28ºC.

e. Keadaan tanah untuk rencana pembangunan dan pondasi

f. Perumahan penduduk atau bangunan lain.

1.4 Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam-macam Proses

Biodiesel merupakan senyawa mono-alkil ester dari asam lemak

rantai panjang yang diturunkan dari lipida yang bisa diperbaharui. Ada

beberapa jenis proses pembuatan biodiesel, diantaranya adalah sebagai

berikut:

1. Transesterifikasi

Proses transesterifikasi bertujuan untuk menurunkan viskositas

(kekentalan) minyak, sehingga mendekati nilai viskositas solar.

8




Pendahuluan


D 500 110 041

Nilai viskositas yang tinggi akan menyulitkan pemompaan bahan

bakar dari tangki ke ruang bahan bakar mesin dan menyebabkan

pembakaran kurang sempurna dan menimbulkan endapan pada nosel

(Hambali dan Erliza, 2007).

Metode transesterifikasi merupakan metode yang umum

digunakan untuk proses biodiesel metode ini bisa menghasilkan

biodiesel hingga rendemen 95% dari bahan baku minyak tumbuhan.

Metode transesterifikasi pada dasarnya terdiri atas 4 tahapan.

Pertama, pencampuran katalis alkalin (NaOH atau KOH) dengan

alkohol (metanol atau etanol). Kedua, pencampuran alkohol dan

katalis dengan minyak pada suhu 60°C dengan kecepatan

pengadukan konstan. Ketiga, setelah reaksi berhenti, campuran

didiamkan hingga terjadi pemisahan antara metil ester dan gliserol.

Metil ester yang dihasilkan pada tahap ini sering disebut crude

biodiesel, karena masih mengandung zat pengotor, seperti metanol,

sisa katalis alkalin, gliserol dan sabun. Keempat, metil ester yang

dihasilkan pada tahap ketiga dicampur menggunakan air untuk

memisahkan zat-zat pengotor dan kemudian dilanjutkan dengan

drying untuk menguapkan air yang terkandung dalam biodiesel


Berikut disajikan reaksi transesterifikasi trigliserida dengan

metanol untuk menghasilkan biodiesel (Hambali dan Erliza, 2007):

....(1)

HOCH

HOCH2

HOCH2

+

R1

O

C OCH2

R2

O

C OCH

R3

O

C OCH2

+ 3CH3OH

O

3R C OCH3

Trigliserida Metanol Gliserol Biodiesel

Katalis

9




Pendahuluan


D 500 110 041

2. Esterifikasi

Bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang

memiliki kadar asam lemak bebas (FFA) (Free Fatty Acid) tinggi

(>5%), seperti minyak jelantah, PFAD (Palm Fatty Acid Distillate),

dan minyak jarak. Proses esterifikasi bertujuan untuk menurunkan

kadar FFA hingga dibawah 5%, agar pada saat proses

transesterifikasi dilakukan berjalan efisien.

Umumnya, proses esterifikasi menggunakan katalis asam.

Asam-asam pekat seperti asam sulfat (sulphuric acid) dan asam

klorida (chloride acid). Pada tahap ini akan diperoleh campuran

metil ester kasar dan metanol sisa yang kemudian dipisahkan. Proses

esterifikasi dilanjutkan dengan proses transesterifikasi terhadap

produk pertama dengan menggunakan katalis alkalin. Pada tahap

selanjutnya sama dengan tahap pada proses transesterifikasi


𝑂 𝑂

𝑅 𝐶 𝑂𝐻 + 𝐶𝐻3𝑂𝐻 𝑅 𝐶 𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻2𝑂.......(2)

1.4.2 Kegunaan Produk

1. Biodiesel

a. Biodisel berfungsi sebagai bahan bakar alternatif pengganti

minyak bumi khusus untuk mesin disel otomotif dan industri

b. Menanggulangi pencemaran lingkungan akibat pembakaran

bahan bakar fosil.

2. Gliserol

a. Kosmetik

Dalam dunia fashion, kosmetik bukanlah hal yang tabu.

Kegunaan dari gliserol sendiri sebagai humectant, lubricant,

Asam Lemak Metil Ester

Katalis

Asam

Air Metanol

10




Pendahuluan


D 500 110 041

solvent, body agent, dan emolient dalam kosmetik. Dan biasanya

digunakan untuk lotion, skin cream, sabun, detergen, shampo dan

hair conditioner.

b. Peledak

Digunakan sebaga bahan dasar peledak dalam perusahaan

nitrogliserin.

c. Industri Makanan dan Minuman

Digunakan sebagai solvent, conditioner, freeze, preventer,

coating, emulsifer dan juga dalam industri minuman anggur.

d. Industri Logam

Sebagai pickling, quenching, stripping, electroplating,

galvanizing, soffering dan lain sebagainya.

e. Dental Cream

Sebagai humectant

1.4.3 Sifat fisika dan sifat kimia bahan baku dan produk

1. Bahan baku

a. CPO

1) Sifat fisis:

Rumus molekul : 𝑅𝐶𝑂𝑂𝐶𝐻

Berat molekul : 847,28g/gmol

Wujud (30°C, 1atm) : cair

Warna : kuning jingga

Densitas : 890,275 kg/m³

Viskositas : 26,4 cP

Titik didih : 300°C

Kemurnian : 100%

(Perry, 1997)

2) Sifat kimia:

Esterifikasi

11




Pendahuluan


D 500 110 041

Proses esterifikasi bertujuan untuk asam-asam lemak bebas

dari trigliserida,menjadi bentuk ester. Reaksi esterifikasi

dapat dilakukan melalui reaksi kimia yang disebut

interifikasi atau penukaran ester yang didasarkan pada

prinsip transesterifikasi Fiedel-Craft.

Reaksi minyak sawit (Trigliserida):

Safonifikasi hidrolisis dengan alkali sabun (foam)

mengganggu jantung

Hidrogenasi lemak tak jenuh dihidrolisa menjadi lemak

jenuh Komersial minyak dirubah menjadi margarin dan

shortening (padat)

Interesterifikasi

Ester yang beralkohol rendah diperoleh dengan

mereaksikan alkohol denagn lemak untuk menggantikan

gliserol, digunakan katalis alkali. Dan reaksinya adalah

reaksi alkoholis :

C3H5(COOR)3 + 3CH3OH 3CH3OOCR + C3H5(OH)3.......(3)

b. Metanol

1) Sifat fisis:

Rumus molekul : CH3OH

Berat molekul, : 32,04 g/gmol

Wujud, cair (30 ºC, 1atm) : cair

Kenampakan : tak berwarna

Densitas : 792 kg/m3

Viskositas : 0,5410 cP

Titik didih : 64,5oC

Titik beku : -97oC

Suhu kritis : 239oC

(Perry,1997)

12




Pendahuluan


D 500 110 041

Sifat kimia:

Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan

membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:

2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O.................................... (4)

Esterifikasi methanol

Methanol bereaksi dengan asam organik membentuk ester

H(+)

CH3OH + HCOOH ===> HCOOCH3 + H2O ......... (5)

Methanol Formic Acid Methyl Formate Water

Methanol bereaksi dengan Sodium pada suhu kamar untuk

membebaskaan Nitrogen

2 CH3OH + 2 Na ===> 2CH3ONa + H2 ......................... (6)

Methanol Sodium Sodium Hydrogen Methoxide

c. NaOH

1) Sifat Fisis

Nama : Sodium Hidroxide

Rumus molekul : NaOH

Berat molekkul : 40 g/mol

Fase : padat

Warna : putih padat

Titik didih : 1390ºC

Titik beku : 318,4ºC

Kemurnian : 100%

(Yaws, C., 1979)

2) Sifat Kimia

Reaksi dengan larutan asam akan membentuk garam dan air:

NaOH + HCl NaCl + H2O..........................................(7)

2. Produk

a. Biodisel

Sifat fisis:

Nama : Methyl Ester

13




Pendahuluan


D 500 110 041

Molekul : R-COOCH3

Berat Molekul : 283,779 g/gmol

Wujud : cair

Warna : Jernih kekuningan

Densitas : 810 kg/m3

Viskositas : 7,3 cP

Titik didih : (182-338)ºC

Titik leleh : 4,5ºC

Spesific gravity : 0,87-0,89

Cetane number : 46-70

Nilai asam : 1 max KOH/g

Titik asap : (-11 s/d 16) ºC

Titik tuang : (-15 s/d 13) ºC

Kemurnian : 100%

Flash point : 130ºC

b. Gliserol

Sifat fisis :

Nama : Glycerol

Rumus Molekul : C3H8O3

Berat Molekul : 92,09382 g/gmol

Wujud : Cair

Warna : Jernih kekuningan

Densitas : 1,261 g/cm3

Vskositas : 2,68 cP

Titik didih : 290oC

Titik beku : 18oC

Sifat kimia:

Glycerol dapat mengalami glycolysis atau gluconeogenesis

(tergantung pada kondisi-kondisi fisiologis), Glycerol dikonversi

menjadi Intermediate glyceraldehyde 3-phosphate.

14




Pendahuluan


D 500 110 041

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Umum

Proses yang dipilih pada tugas prarancangan pabrik biodisel ini

adalah proses transesterifikasi minyak sawit dan metanol karena proses

ini berlangsung pada tekanan atmosferik dan temperatur yang lebih

rendah dari proses esterifikasi. Selain itu, bahan baku yang digunakan

adalah minyak sawit sehingga proses transesterifikasi lebih sesuai.

Proses ini menggunakan katalis basa yakni NaOH yang dapat

mempercepat reaksi. NaOH dipilih karena dapat menghasilkan

konversi yang lebih tinggi dan mudah didapat. Katalis basa sangat

kurang korosif daripada katalis asam. Dan reaksi ini berlangsung secara

isotermal dengan suhu 60°C pada fase cair dan tekanan 1 atmosfir dan

akan menghasilkan konversi sebesar 98%.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Balakang Pendirian Pabrikeprints.ums.ac.id/42517/1/BAB I.pdf ·...

Documents

Transcript of BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Balakang Pendirian Pabrikeprints.ums.ac.id/42517/1/BAB I.pdf ·...