BIODIESEL: SEJARAH, SIFAT, JENIS, KELEBIHAN, KEKURANGAN - KIMIA - 2025

Bahan bakar biodiesel adalah bahan alami yang diperoleh dari minyak nabati yang bereaksi atau lemak hewani dengan alkohol bermassa molekul rendah. Reaksi ini disebut transesterifikasi; yaitu, ester asam lemak baru (juga disebut mono alkil ester) terbentuk dari trigliserida asli.

Dalam konteks lain selain menggunakan kata 'transesterifikasi', dikatakan bahwa biomassa mengalami alkoholisis, karena diperlakukan dengan alkohol; di antara mereka dan terutama, metanol dan etanol. Penggunaan metanol untuk menghasilkan biofuel ini sangat umum sehingga hampir identik dengannya.

Pompa biodiesel B5. Sumber: Pxhere.

Biodiesel adalah alternatif ramah lingkungan untuk penggunaan bahan bakar diesel, diesel atau petrodiesel (lebih menekankan bahwa komposisinya terdiri dari hidrokarbon minyak bumi). Namun sifat dan kualitasnya dalam hal performa pada mesin diesel tidak terlalu berbeda jauh, sehingga kedua bahan bakar tersebut bercampur dalam proporsi yang berbeda.

Beberapa dari campuran ini mungkin lebih kaya dalam biodiesel (misalnya B100) atau lebih kaya dalam petrodiesel (dengan hanya 5-20% biodiesel). Dengan cara ini, konsumsi solar menyebar saat biodiesel diperkenalkan ke pasar; bukan tanpa terlebih dahulu mengatasi serangkaian masalah etika, produktif, dan ekonomi.

Dari sudut pandang sederhana, jika minyak dapat diperoleh sebagai cairan yang mampu membakar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan mesin, mengapa tidak minyak yang berasal dari alam? Namun, ini saja tidak cukup: Anda harus menerima perlakuan kimia jika ingin bersaing atau mengikuti bahan bakar fosil.

Ketika perawatan ini dilakukan dengan hidrogen, orang berbicara tentang penyempurnaan minyak nabati atau lemak hewani; tingkat oksidasinya rendah atau molekulnya terfragmentasi. Sedangkan pada biodiesel, sebagai pengganti hidrogen, digunakan alkohol (metanol, etanol, propanol, dll.).

Sejarah

Reaksi transesterifikasi

Jawaban untuk masalah pertama yang akan dihadapi biofuel telah ditemukan di masa lalu. Kembali pada tahun 1853 dua ilmuwan, E. Duffy dan J. Patrick, mencapai transesterifikasi pertama minyak nabati, bahkan jauh sebelum Rudolf Diesel memulai mesin kerja pertamanya.

Dalam proses transesterifikasi ini, trigliserida minyak dan / atau lemak bereaksi dengan alkohol, terutama metanol dan etanol, menghasilkan metil dan etil ester dari asam lemak, serta gliserol sebagai produk sekunder. Katalis dasar seperti KOH digunakan untuk mempercepat reaksi.

Hal terpenting dari transesterifikasi lemak adalah bahwa delapan puluh tahun kemudian seorang ilmuwan Belgia, bernama G. Chavanne, akan mengarahkan reaksi ini untuk mengurangi viskositas minyak nabati yang tinggi dan kontraproduktif.

Rudolf Diesel dan mesinnya

Mesin diesel muncul pada tahun 1890, sudah pada akhir abad ke-19, sebagai tanggapan atas keterbatasan mesin uap. Ini menyatukan semua yang Anda inginkan dari sebuah mesin: tenaga dan daya tahan. Ini juga bekerja dengan semua jenis bahan bakar; dan yang mengagumi Rudolf sendiri dan pemerintah Prancis, dia bisa bekerja dengan minyak nabati.

Sebagai sumber energi trigliserida, adalah logis untuk berpikir bahwa ketika dibakar akan melepaskan panas dan energi yang mampu menghasilkan kerja mekanis. Diesel mendukung penggunaan langsung minyak ini, karena menyambut fakta bahwa petani dapat memproses bahan bakar mereka sendiri di tempat yang jauh dari ladang minyak.

Model fungsional pertama dari mesin diesel sukses pada presentasi pada 10 Agustus 1893, di Augusta, Jerman. Mesinnya menggunakan minyak kacang tanah, karena Rudolf Diesel sangat yakin bahwa minyak nabati dapat menyaingi bahan bakar fosil; tetapi sama seperti diproses dengan cara yang kasar, tanpa perawatan lanjutan.

Mesin yang sama yang dijalankan dengan minyak kacang tanah ini dipresentasikan pada Pameran Dunia di Paris pada tahun 1900. Namun, mesin tersebut tidak menarik banyak perhatian karena pada saat itu minyak merupakan sumber bahan bakar yang jauh lebih terjangkau dan lebih murah.

Petrodiesel

Setelah kematian Diesel pada tahun 1913, minyak solar (solar atau petrodiesel) diperoleh dari penyulingan minyak bumi. Maka model mesin diesel yang dirancang untuk minyak kacang tanah harus diadaptasi dan dibangun kembali untuk bekerja dengan bahan bakar baru ini, yang kurang kental dibandingkan minyak nabati atau biomassa lainnya.

Beginilah cara petrodiesel bertahan selama beberapa dekade sebagai alternatif termurah. Tidaklah praktis untuk menabur hektar lahan sayuran yang luas untuk mengumpulkan minyak mereka, yang pada akhirnya, menjadi sangat kental, akhirnya menyebabkan masalah pada mesin dan tidak sebanding dengan performa yang diperoleh dengan bensin.

Masalah dengan bahan bakar fosil ini adalah meningkatkan pencemaran atmosfer, dan juga bergantung pada ekonomi dan politik kegiatan minyak. Mengingat ketidakmungkinan menggunakannya, dalam beberapa konteks, minyak nabati digunakan untuk memobilisasi kendaraan dan mesin berat.

Biofuel dalam Perang Dunia II

Ketika dalam Perang Dunia Kedua minyak mulai langka akibat konflik, beberapa negara merasa perlu untuk beralih lagi ke minyak nabati; tetapi mereka harus menghadapi kerusakan ratusan ribu motor karena perbedaan viskositas yang tidak dapat ditoleransi oleh desain mereka (dan bahkan lebih sedikit jika mereka telah mengemulsi air).

Setelah perang, bangsa-bangsa sekali lagi melupakan minyak nabati dan melanjutkan praktek hanya membakar bensin dan petrodiesel.

Lahirnya biodiesel

Masalah viskositas telah diselesaikan dalam skala kecil oleh ilmuwan Belgia G. Chavanne pada tahun 1937, yang diberikan hak paten atas metodenya untuk memperoleh etil ester asam lemak dari minyak sawit yang diolah dengan etanol.

Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa biodiesel secara resmi lahir pada tahun 1937; tetapi penanaman dan produksi massal harus menunggu hingga 1985, dilakukan di universitas pertanian Austria.

Dengan memasukkan minyak nabati ini ke transesterifikasi, masalah viskositas akhirnya terpecahkan, menyamai kinerja petrodiesel dan bahkan mewakili alternatif hijau di atasnya.

Properti

Sifat-sifat biodiesel bergantung secara global pada bahan mentah yang digunakan untuk memproduksi biodiesel. Ia dapat memiliki warna mulai dari emas hingga coklat tua, tampilan fisik yang bergantung pada proses produksinya.

Secara umum, ini adalah bahan bakar dengan pelumasan yang baik, yang mengurangi kebisingan mesin, memperpanjang umurnya, dan membutuhkan lebih sedikit investasi untuk perawatan.

Ini memiliki titik penyalaan lebih tinggi dari 120ºC, yang berarti bahwa selama suhu luar tidak melebihi ini, tidak ada risiko kebakaran; Tidak demikian halnya dengan solar, yang dapat terbakar bahkan pada suhu 52ºC (sangat mudah dicapai untuk rokok yang menyala).

Karena kurangnya hidrokarbon aromatik seperti benzena dan toluena, ini tidak menunjukkan risiko karsinogenik jika terjadi tumpahan atau pemaparan dalam waktu lama.

Demikian juga tidak mengandung sulfur dalam komposisinya, sehingga tidak menghasilkan gas pencemar SO ₂ atau SO ₃ . Ketika dicampur dengan solar, ia memberikan sifat pelumas yang lebih baik daripada senyawa sulfur alaminya. Faktanya, sulfur adalah elemen yang tidak diinginkan, dan ketika diesel mengalami desulfurisasi, ia kehilangan pelumasan yang harus dipulihkan dengan biodiesel atau aditif lainnya.

Perolehan dan produksi

Biodiesel diperoleh dari minyak nabati transesterifikasi atau lemak hewani. Tapi, manakah di antara semuanya itu yang harus menjadi bahan mentah? Idealnya, yang menghasilkan lebih banyak minyak atau lemak dari area pertumbuhan yang lebih kecil; bahwa dalam istilah yang lebih tepat, itu adalah jumlah hektar yang ditempati oleh lahan pertanian Anda.

Biodiesel yang baik harus berasal dari tanaman (biji-bijian, biji-bijian, buah-buahan, dll.) Yang menghasilkan minyak dalam jumlah besar dari ladang kecil; jika tidak, tanaman mereka akan dibutuhkan untuk menutupi seluruh negara dan tidak akan layak secara ekonomi.

Setelah biomassa terkumpul, minyak harus diekstraksi melalui proses tak terbatas; di antaranya, misalnya, adalah penggunaan cairan superkritis untuk membawa dan melarutkan minyak. Setelah minyak diperoleh, minyak tersebut mengalami transesterifikasi untuk mengurangi viskositasnya.

Transesterifikasi dilakukan dengan mencampurkan oli dengan metanol dan basa dalam reaktor batch, baik dengan ultrasound, cairan superkritis, pengadukan mekanis, dll. Ketika metanol digunakan, metil ester asam lemak (FAME, untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: Fatty Acid Methyl Ester) diperoleh.

Sebaliknya, jika etanol digunakan, maka etil ester asam lemak (FAEE) akan diperoleh. Semua ester ini dan atom oksigennya yang menjadi ciri biodiesel.

Metanol dan gliserol

Metanol adalah alkohol yang sebagian besar digunakan sebagai bahan mentah dalam produksi biodiesel; dan gliserol, di sisi lain, adalah produk sampingan yang dapat digunakan untuk mendukung proses industri lainnya dan oleh karena itu membuat produksi biodiesel lebih menguntungkan.

Gliserol berasal dari molekul trigliserida asli, yang digantikan oleh metanol untuk membuat tiga DMARD.

Jenis biodiesel

Minyak atau lemak yang berbeda memiliki profil asam lemaknya sendiri; Oleh karena itu, setiap biodiesel memiliki mono-alkyl ester yang berbeda sebagai hasil transesterifikasi. Meski begitu, karena ester-ester ini hampir tidak berbeda dalam panjang rantai karbonnya, bahan bakar yang dihasilkan tidak menunjukkan osilasi yang besar di antara sifat-sifatnya.

Jadi tidak ada klasifikasi untuk biodiesel, melainkan efisiensi dan profitabilitas yang berbeda tergantung pada sumber minyak atau lemak yang dipilih untuk produksinya. Namun, ada campuran biodiesel-petrodiesel, karena kedua bahan bakar tersebut dapat bercampur dan bercampur satu sama lain, sehingga memberikan kualitas yang menguntungkan bagi mesin.

Biodiesel murni dikatakan B100; yang setara dengan 0% petrodiesel dalam komposisinya. Lalu ada campuran lainnya:

- B20 (dengan 80% petrodiesel).

- B5 (dengan 95% petrodiesel).

- B2 (dengan 98% petrodiesel).

Mobil yang dibuat sebelum tahun 1996 tidak dapat menggunakan B100 di mesinnya tanpa harus mengganti komponen tertentu yang rusak karena tindakan pelarutnya. Namun, bahkan saat ini ada model mobil yang tidak mengizinkan biodiesel dalam konsentrasi besar dalam garansi pabriknya, jadi mereka merekomendasikan menggunakan campuran yang lebih rendah dari B20.

Keuntungan

Di bawah ini adalah rincian dari serangkaian keunggulan yang dimiliki biodiesel dibandingkan petrodiesel dan menjadikannya alternatif yang ramah lingkungan dan menarik:

- Diperoleh dari biomassa, bahan mentah yang terbarukan dan sering hilang sebagai limbah.

- Ini biodegradable dan tidak beracun. Oleh karena itu, tidak akan mencemari tanah atau laut jika tidak sengaja tumpah.

- Titik nyala yang tinggi membuatnya lebih aman saat menyimpan dan mengangkutnya.

- Tidak menghasilkan gas rumah kaca karena CO _{2 yang} dilepaskan mewakili jumlah yang sama yang diserap oleh tanaman. Berkat ini, itu juga sesuai dengan protokol Kyoto.

- Mendorong kegiatan pedesaan untuk menanam tanaman dari mana minyak nabati diekstraksi.

- Bahkan bisa dibuat dari minyak goreng. Poin ini sangat menguntungkan Anda karena minyak daur ulang, domestik atau dari restoran, alih-alih dibuang dan mencemari air tanah, dapat digunakan untuk menghasilkan lebih banyak bahan bakar ramah lingkungan.

- Merupakan cara untuk mandiri dalam jangka panjang dari minyak dan turunannya.

- Meninggalkan lebih sedikit residu saat membakar.

- Alga bakteri, selain kedelai dan biji bunga matahari, merupakan sumber biodiesel yang tidak dapat dimakan (dan tidak diinginkan oleh banyak orang).

Kekurangan

Tidak semuanya sempurna dengan bahan bakar ini. Biodiesel juga memiliki keterbatasan yang harus diatasi jika ingin menggantikan solar. Beberapa keterbatasan atau ketidaknyamanan dalam penggunaannya adalah:

- Ini memiliki suhu pemadatan yang lebih tinggi, yang berarti pada suhu rendah itu menjadi gel.

- Daya pelarutnya dapat menghancurkan karet alam dan busa poliuretan yang ada pada mobil yang dirakit sebelum tahun 1990.

- Lebih mahal dari petrodiesel.

- Meningkatkan harga tanaman dan pangan karena mengandung nilai tambah saat digunakan sebagai bahan baku biodiesel.

- Bergantung pada biomassa, mungkin diperlukan banyak hektar budidaya, yang berarti pengambilan ekosistem yang asing untuk tujuan ini, dan karena itu akan mempengaruhi fauna liar.

- Meskipun tidak menghasilkan gas sulfur selama pembakaran, itu tidak melepaskan konsentrasi yang lebih tinggi dari nitrogen oksida, NO _x .

- Makanan dalam jumlah besar akan digunakan, yang bukannya memuaskan kelaparan, akan digunakan untuk produksi biodiesel.

Referensi

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28 Desember 2011). Biodiesel: kelebihan dan kekurangan. Twenergy. Diperoleh dari: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Diperoleh dari: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03 April 2019). Sejarah biodiesel. Energi Pertanian. Diperoleh dari: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Bagaimana biodiesel bekerja. Howstuffworks. Dipulihkan dari: auto.howstuffworks.com
6. Biodiesel Pasifik. (2019). Biodiesel. Diperoleh dari: biodiesel.com