Kajian Teknologi Produksi Biodiesel Berbasis Minyak Sawit Berdasarkan Life Cycle Assessment (LCA) dan Analisis Eksergi.

Abstract

Keprihatinan atas perubahan iklim telah meningkatkan kesadaran pada kebutuhan untuk menggunakan energi yang lebih ramah lingkungan. Biodiesel (metil ester asam lemak), yang berasal dari trigliserida melalui reaksi transesterifikasi dengan metanol, merupakan bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar fosil karena sifatnya yang terbarukan, berkelanjutan dan ramah lingkungan. Biodiesel dapat diproduksi dengan menggunakan katalis (katalitik proses) atau tanpa katalis (non-katalitik proses). Para peneliti telah mengembangkan beberapa metode pada proses produksi biodiesel. Untuk memaksimalkan manfaat lingkungan yang terkait dengan proses produksi biodiesel dan menghindari sejauh mungkin dampak negatif yang mungkin ditimbulkan, peningkatan penggunaan biodiesel harus disertai dengan analisis rinci tentang dampak lingkungannya yang bertujuan untuk menentukan manfaat yang diperoleh dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karena itu, analisis siklus hidup (Life Cycle Assesment/LCA) pada proses produksi biodiesel sangat perlu untuk dilakukan guna mengevaluasi dampak lingkungannya. LCA adalah alat untuk menganalisis beban lingkungan dari suatu produk pada tiap tahapan dalam siklus hidup produk tersebut dan telah distandarkan dalam ISO seri 14040. Namun, perbaikan dari metode LCA tersebut masih diperlukan dengan menggabungkan analisis eksergi pada metode LCA. Exergi merupakan salah satu fungsi termodinamika yang sering digunakan untuk menyempurnakan LCA. Eksergi (energi yang terekstrak), menurut definisi, adalah jumlah kerja maksimum dalam bentuk materi atau energi dalam berinteraksi dengan lingkungannya. Pada penelitian ini, proses produksi biodiesel non-katalitik dengan metode uap metanol superheated (Superheated methanol vapor/SMV) dibandingkan dengan metode produksi konvensional menggunakan katalis basa, dalam hal kinerja lingkungan, analisis eksergi dan Life Cycle Assessment (LCA). Penelitian ini menggunakan data original dari beberapa wilayah di Indonesia. Dua skenario produksi biodiesel dievaluasi. Skenario 1 ditandai dengan tidak digunakannya teknologi penangkapan metana di pabrik kelapa sawit dan pemanfaatan minyak solar industri (industrial diesel oil/IDO) untuk bahan bakar boiler di pabrik biodiesel, sementara, skenario 2 ditandai dengan penerapan teknologi penangkapan metana di pabrik kelapa sawit dan pemanfaatan limbah biomassa untuk boiler di pabrik biodiesel. Hasil analisis LCI menunjukkan bahwa 1 kg biodiesel diproduksi dari sekitar 1.046 kg minyak mentah kelapa sawit/CPO atau sekitar 4.76 kg Tandan Buah Segar (TBS). Kebutuhan air utama untuk produksi biodiesel berasal dari perkebunan kelapa sawit. Urea (nitrogen) adalah input pupuk terbesar, meskipun kalium dan fosfor juga merupakan kontributor yang cukup signifikan. Pengukuran emisi dari pabrik biodiesel secara langsung, juga dibahas dalam penelitian ini. Hasil analisis menunjukkan bahwa konsentrasi polutan SO2, NO2, PM, dan O3 dari pabrik biodiesel masih di bawah ambang batas, yang berarti tidak mempengaruhi kualitas udara di sekitar pabrik biodiesel secara signifikan dan tidak membahayakan penduduk sekitarnya. Akan tetapi, konsentrasi polutan CO dari pabrik biodiesel memberikan dampak negatif terhadap lingkungan dalam radius di bawah 450 m dari cerobong asap boiler (sumber emisi). Ini berarti bahwa jarak aman dari lokasi pabrik dalam radius >450 m dari sumber emisi. Produksi biodiesel melalui metode transesterifikasi katalitik menghasilkan sejumlah besar air limbah yang mengandung konsentrasi TSS, BOD, dan COD yang tinggi. Air limbah tersebut memiliki nilai rasio BOD/COD yang sangat rendah (di bawah 0.1). Oleh karena itu, air limbah tersebut dapat memberikan dampak negatif jika langsung dibuang ke lingkungan tanpa proses pengolahan terlebih dahulu. Pabrik biodiesel yang dikaji terletak di kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Tangerang Selatan, yang berjarak ± 600 m dari Daerah Aliran Sungai Cisadane. Hasil analisis neraca massa untuk kandungan BOD dan COD di aliran Sungai Cisadane yang telah bercampur dengan air limbah yang tidak diolah dari pabrik biodiesel menunjukkan penambahan beban lingkungan yang ditandai dengan peningkatan kandungan COD dari 12 mg/l menjadi 29 mg/l. Untuk menghindari bahaya yang mungkin terjadi, diperlukan suatu tehnik yang sesuai pada proses aerobik dan anaerobik dalam instalasi pengolahan air limbah (IPAL) sebelum air limbah tersebut dibuang langsung ke sungai. Hasil kajian dampak lingkungan (LCIA) menunjukkan bahwa metode nonkatalitik SMV menghasilkan dampak yang lebih tinggi untuk emisi gas rumah kaca dan pengasaman (acidification), yaitu sebesar 1.7 kg CO2 eq./kg biodiesel dan 1.9E-03 kg SO2 eq./kg biodiesel, secara berurutan, serta mengkonsumsi lebih banyak energi (25 MJ/kg biodiesel) dibandingkan metode katalitik ketika pabrik biodiesel menggunakan bahan bakar fosil sebagai sumber energi (skenario 1). Pemanfaatan limbah biomassa sebagai pengganti bahan bakar fosil bisa mengurangi dampak lingkungan dan konsumsi energi total untuk kedua metode tersebut. Penerapan teknologi penangkapan metana di pabrik kelapa sawit juga memberikan pengaruh yang besar terhadap penghematan gas rumah kaca pada proses produksi biodiesel. Penerapan sistem penangkapan metana di pabrik kelapa sawit bersama dengan pemanfaatan limbah biomassa sebagai sumber energi di pabrik biodiesel berpengaruh signifikan terhadap pengurangan gas rumah kaca pada metode SMV (skenario 2). Hasil analisis eksergi menunjukkan bahwa efisiensi eksergi pada proses non-katalitik SMV lebih rendah dibandingkan proses katalitik, yaitu sebesar 92.61% dan 95.37%, secara berurutan, hal ini disebabkan oleh kebutuhan suhu yang tinggi pada proses non-katalitik. Pemanfaatan panas dalam proses SMV perlu dilakukan untuk mengurangi nilai ireversibilitas tersebut. Perbaikan dalam keseluruhan proses metode SMV non-katalitik diperlukan, terutama dalam proses penguapan metanol untuk meningkatkan efisiensi eksergi-nya. Metode SMV dapat menjadi layak dengan pemanfaatan limbah biomassa di sepanjang alur produksi biodiesel dan penerapan resirkulasi panas dalam proses transesterifikasi.