BAB III METODE PENELITIAN
3.2 Alat dan Bahan
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan meliputi mikroalga Coelastrella sp. basah berasal dari Pusat Penelitian Bioteknologi - Cibinong, montmorillonite K-10 (Sigma Aldrich), KOH, asam oleat komersial, BSTFA (Bis-Trimethyl Silyl Trifluoroacetamide), aseton p.a, n-heksana p.a, aquadest, metanol p.a, KOH 0,1 N, DCM (Diklorometana), NaOH, KOH-etanol 0,5 N, etanol 96%, indikator PP (Phenolphthalein), aquadest, dan HCl 0,5 N.
25 3.3 Diagram Alir
Katalis
Karakterisasi (XRD)
Gambar 7. Diagram alir penelitian Preparasi sampel biomassa:aseton 1:3, 1:4, 1:5, dan 1:6
(b/v) lipid dengan metanol 1:4, 1:6, dan 1:8, suhu 60, 70, 80, dan 85 ºC, waktu
Transesterifikasi dengan melibatkan rasio mol hasil esterifikasi:metanol 1:7, katalis KOH 1%, T= 60 ºC, dan t= 2 jam.
Karakterisasi biodiesel: analisis kandungan FAME dengan GC-MS, kadar air, bilangan asam, dan bilangan penyabunan.
26 3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel Mikroalga Coelastrella sp.
Mikroalga Coelastrella sp. basah diletakkan di cawan petri kemudian dioven pada suhu 105 ºC selama 2 jam. Hasil mikroalga yang telah kering di-blender dan disaring untuk mendapatkan tekstur yang halus serta ukuran yang seragam. Selanjutnya mikroalga ditentukan kadar airnya dengan perhitungan berikut:
Kadar Air (%) = A-B
C x 100% ... (1) Keterangan : A = bobot wadah + mikroalga sebelum dikeringkan B = bobot wadah + mikroalga setelah dikeringkan
C = bobot mikroalga
3.4.2 Ekstraksi Lipid Mikroalga dengan Aseton (Mansur et al., 2017)
Proses ekstraksi lipid dari mikroalga menggunakan metode pemecahan mekanik-ekstraksi dengan pelarut aseton. Dilakukan variasi perbandingan antara biomassa mikroalga kering:pelarut aseton p.a antara lain 1:3, 1:4, 1:5, dan 1:6 (b/v).
Volume aseton yang akan diambil sebelumnya dihitung dengan perhitungan berikut:
Volume Aseton (mL) = perbandingan aseton x bobot biomassa kering
massa jenis aseton p.a ... (2) Sebanyak 1 gram Coelastrella sp. kering dicampurkan dengan pelarut aseton p.a kemudian dihomogenkan selama 10 menit. Lalu campuran tersebut disentrifugasi selama 10 menit dengan kecepatan 3000 rpm. Beaker glass kosong ditimbang (a) untuk wadah ekstrak aseton hasil sentrifugasi. Ekstrak aseton dipisahkan dari endapan biomassanya dan diuapkan dalam waterbath (suhu 80 ºC). Selanjutnya penentuan kadar lipid total, lipid netral, dan lipid polarnya
27 ditentukan dari bobot beaker glass hasil penguapan (b). Lipid netral yang diperoleh dalam beaker glass dilarutkan dengan n-heksana p.a kemudian dipipet ke dalam botol vial dan ditimbang bobot beaker glass (c). Sedangkan lipid polar dilarutkan dengan aquadest dan dipipet ke dalam botol vial.
Kadar Lipid Total (%)= b-a
feed (biomassa kering)x100 %... (3) Kadar Lipid Netral (%)= b-c
feed (biomassa kering)x100 %...(4) Kadar Lipid Polar (%) = c-a
feed (biomassa kering)x100 %...(5)
Setelah mendapatkan kadar lipid total yang maksimum pada perbandingan tertentu selanjutnya dilakukan analisis kandungan asam lemak dengan GC-MS untuk mengetahui kandungan asam lemak mikroalga.
3.4.2.1 Analisis Kandungan Asam Lemak Mikroalga dengan GC-MS
Hasil ekstraksi lipid sebanyak 50 µL diderivatisasi terlebih dahulu menggunakan 50 µL BSTFA dan 200 µL DCM kemudian dipanaskan pada suhu 70 ºC selama 30 menit lalu didinginkan serta ditambahkan 200 µL DCM.
Selanjutnya sampel diinjeksikan untuk mengidentifikasi senyawa-senyawa yang terdapat di dalam produk menggunakan GC-MS.
3.4.2.2 Analisis Kadar FFA (Free Fatty Acid) (AOAC, 1995)
Hasil ekstraksi (lipid dalam heksana) sebanyak 10 gram diuapkan selanjutnya ditambahkan 25 mL etanol 96% dan dipanaskan sampai mendidih.
Kemudian Erlenmeyer dilepaskan dari kondensor lalu larutan di dalam Erlenmeyer ditambahkan 2 tetes indikator PP serta dititrasi dengan larutan KOH 0.1 N hingga berwarna merah muda (konstan selama 15 detik).
Kadar Asam Lemak Bebas (FFA)(%) =V x N x M
1000 x m x 100% ...(6)
28 Keterangan:
V = Volume KOH untuk titrasi sampel (mL) N = Normalitas larutan KOH
M = Bobot molekul asam dominan (g/mol) M = Bobot contoh (g)
56,1 = Bobot molekul KOH
3.4.3 Karakterisasi Kristalinitas Katalis Montmorillonite K-10 dengan XRD (ASTM D4824-03)
Katalis montmorillonite K-10 dipanaskan dalam oven selama 1 jam dengan suhu 105 ºC untuk menghilangkan kandungan air yang masih ada. Katalis montmorillonite K-10 dikarakterisasi sifat kristal (kristalinitas) sebelum proses esterifikasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD).
Sampel katalis dimasukkan ke dalam plat sampel hingga permukaan plat dengan sampel sama rata dan datar. Setelah itu alat XRD dinyalakan. Dalam pengujian ini menggunakan tegangan listrik dan kuat arus listrik sebesar 40 mV dan 25 mA. Sudut yang digunakan yaitu 5-90 ºC.
3.4.4 Esterifikasi Model Senyawa Asam Lemak
Asam lemak dominan dalam mikroalga digunakan sebagai model senyawa asam lemak untuk proses esterifikasi. Dengan menggunakan asam lemak komersial sebagai pengganti asam lemak dominan dalam mikroalga tersebut. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan variasi kondisi yang tepat untuk menghasilkan esterifikasi yang optimum. Variasi kondisi yang terlibat antara lain dengan perbandingan metanol dengan lipid 1:4, 1:6, dan 1:8 (b/v), suhu 60, 70, 80, dan 85 ºC, waktu selama 1, 2, 3, dan 4 jam, serta katalis montmorillonite K-10 sejumlah 1, 3, dan 5% (b/b). Setelah didapatkan kondisi yang optimum selanjutnya
29 diaplikasikan untuk proses esterifikasi dengan biomassa mikroalga.
3.4.5 Sintesis Biodiesel
Sintesis biodiesel melalui dua tahapan antara lain esterifikasi dan transesterifikasi.
3.4.5.1 Esterifikasi (Mansur et al., 2017)
Mengacu pada sub bab 3.4.4, dari berbagai variasi kondisi yang terlibat pada model senyawa asam lemak maka didapatkan kondisi optimum untuk setiap variabel yang terlibat. Kondisi optimum (suhu, waktu, perbandingan metanol dengan lipid, dan konsentrasi katalis) yang digunakan untuk proses esterifikasi lipid mikroalga Coelastrella sp.
Esterifikasi dilakukan dengan memanaskan 30 gram hasil ekstraksi (lipid dalam heksana) dan katalis montmorillonite K-10 5% (b/b) dalam labu leher tiga yang dilengkapi termostat dengan pengadukan konstan menggunakan magnetic stirrer hingga mencapai suhu optimum 68 ºC kemudian ditambahkan metanol dengan perbandingan mol lipid:metanol 1:8 selanjutnya direaksikan selama 4 jam.
Adapun rangkaian alat proses sintesis biodiesel ditunjukkan pada Gambar 8.
Setelah proses esterifikasi selanjutnya dilakukan analisis kadar FFA (mengacu pada sub bab 3.4.2.2).
Gambar 8. Rangkaian alat proses sintesis biodiesel
30 3.4.5.2 Transesterifikasi (Habibi et al., 2010)
Proses transesterifikasi dilakukan dengan memanaskan hasil esterifikasi dalam labu leher tiga yang dilengkapi termostat dengan pengadukan konstan menggunakan magnetic stirrer hingga mencapai suhu 60 ºC kemudian ditambahkan metanol dengan perbandingan mol hasil esterifikasi:metanol 1:7 serta katalis KOH 1% (b/b) selanjutnya direaksikan selama 2 jam. Hasil produk kemudian dipisahkan antara gliserol dan metil esternya menggunakan corong pisah selama 24 jam. Maka akan terbentuk 2 lapisan yaitu atas (metil ester) dan bawah (gliserol). Setelah memisahkan gliserol, lapisan atas yang merupakan biodiesel dicuci dengan air hangat. Kemudian fasa organik (bagian bawah) yang terdiri dari FAME dikumpulkan dan pelarut dievaporasi dengan rotary evaporator. Selanjutnya dilakukan analisis komposisi kimia biodiesel dengan GC-MS, pengujian bilangan asam, bilangan penyabunan, dan kadar air.
3.4.6 Karakterisasi Biodiesel
3.4.6.1 Analisis Komposisi Kimia Biodiesel dengan GC-MS
FAME (fatty acid methyl ester) yang dihasilkan diuji komposisi kimianya dengan GC-MS sesuai dengan prosedur yang mengacu pada sub bab 3.4.2.1 3.4.6.2 Kadar Air (SNI 01-2901-2006)
Hasil produk biodiesel sebanyak 0,1 gram ditimbang dan dimasukkan dalam cawan yang telah dikeringkan dan diketahui bobotnya. Kemudian sampel dan cawan dikeringkan ke dalam oven bersuhu 105 ºC selama 30 menit. Kemudian cawan didinginkan dan ditimbang sampai diperoleh bobot yang konstan. Kadar air sampel dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kadar air = a - (b - c)
a x 100%...(9)
31 Keterangan :
a = bobot sampel awal c = bobot cawan
b = bobot sampel akhir + cawan
3.4.6.3 Bilangan Asam (AOAC, 1995)
Hasil produk biodiesel sebanyak 0,1 gram dimasukkan dalam Erlenmeyer lalu ditambahkan 25 mL etanol 96% dan dipanaskan sampai mendidih. Kemudian Kemudian Erlenmeyer dilepaskan dari kondensor lalu larutan di dalam Erlenmeyer ditambahkan 2 tetes indikator PP dan dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N hingga berwarna merah muda (konstan selama 15 detik).
Bilangan asam (mg KOH/gram sampel) =V x N x 56.1
m ...(7) Keterangan :
V = Volume KOH untuk titrasi sampel (mL) N = Normalitas larutan KOH
m = Bobot contoh (g) 56,1 = Bobot molekul KOH
3.4.6.4 Bilangan Penyabunan (FBI-A03-03)
Hasil produk biodiesel sebanyak 0,1 gram dimasukkan dalam Erlenmeyer kemudian ditambahkan 10 mL larutan KOH-Etanol (KOH alkoholik) 0,5 N serta batu didih. Campuran tersebut dididihkan dengan menggunakan refluks yang dihubungkan pada kondensor dengan selama 1 jam. Kemudian Erlenmeyer dilepaskan dari kondensor lalu larutan di dalam Erlenmeyer ditambahkan 2 tetes indikator PP dan titrasi dengan HCl sampai warna merah jambu menjadi sirna (jernih). Bilangan penyabunan dihitung dengan menggunakan persamaan:
32 Bilangan Penyabunan =56,1 (B-C) N
m mg KOH/gram biodiesel...(8) Keterangan :
B = volume HCl 0,5 N pada titrasi blanko, mL C = volume HCl 0,5 N pada titrasi sampel, mL N = normalitas larutan HCl 0,5 N
m = massa sampel biodiesel ester alkil (g)
33 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengeringan Mikroalga Coelastrella sp.
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini yaitu mikroalga Coelastrella sp. yang berasal dari Puslit Bioteknologi - LIPI Cibinong. Sebelum dilakukan ekstraksi lipid, mikroalga dikeringkan terlebih dahulu dengan oven pada suhu 105 ºC selama 2 jam. Menurut Liddell et al. (2011) untuk mengoptimasi ekstraksi lipid mikroorganisme dengan pelarut dapat dilakukan dengan meminimalkan kandungan air dalam mikroorganisme tersebut. Selain itu menurut Orchidea et al. (2011), mikroalga dalam kondisi kering memiliki kadar lemak yang lebih tinggi dibandingkan dengan mikroalga basah. Maka dari itu, mikroalga dalam keadaan kering (Gambar 9) dipilih sebagai bahan dalam penelitian ini.
Gambar 9. Mikroalga Coelastrella sp. kering
Setelah proses pengeringan, didapatkan kadar air mikroalga Coelastrella sp.
sebesar 3,97%. Kemudian mikroalga yang sudah kering di-blender dan disaring untuk mendapatkan tekstur yang halus serta ukuran yang seragam. Penghalusan sampel dilakukan untuk mendapatkan mikroalga dalam bentuk serbuk sehingga
34 akan memperluas permukaan dan kontak antar pelarut dengan mikroalga menjadi lebih efektif pada saat ekstraksi.
4.2 Ekstraksi Lipid Mikroalga
Metode ekstraksi lipid yang digunakan pada penelitian ini adalah metode pemecahan mekanik-ekstraksi dengan pelarut aseton. Metode ini dilakukan dengan mencampurkan Coelastrella sp. kering dengan pelarut aseton p.a kemudian dilakukan pemecahan mekanik menggunakan alat homogenizer sehingga diperoleh ekstrak lipid yang terlarut dalam aseton yang selanjutnya ditentukan kadar lipid total, lipid netral, dan lipid polar dalam mikroalga Coelastrella sp. (Gambar 10).
Penggunaan metode pemecahan mekanik-ekstraksi dengan pelarut aseton bertujuan untuk merusak dinding sel mikroalga sehingga menyediakan akses keluar bagi cairan intraseluler (Agarwal, 2007) dan untuk memisahkan lipid dari campurannya.
Gambar 10. Ekstraksi lipid Coelastrella sp.
Pada dasarnya suatu senyawa akan mudah larut dalam pelarut yang sama polaritasnya. Karena polaritas lipid berbeda-beda maka tidak ada bahan pelarut umum untuk semua jenis lipid. Lipid merupakan senyawa organik yang tidak larut
35 dalam air, namun larut pada pelarut organik seperti aseton, eter, benzena, dan kloroform. Menurut Mansur et al. (2017) aseton p.a digunakan sebagai pelarut yang paling optimal untuk mengekstraksi lipid dari mikroalga Coelastrella sp.
Penggunaan aseton untuk ekstraksi lipid mikroalga memiliki keuntungan yaitu tidak azeotrop dan mudah menguap setelah proses ekstraksi. Pada penelitian ini dilakukan berbagai variasi rasio biomassa mikroalga dengan aseton (massa/volume) agar mendapatkan lipid optimal dari ekstraksi mikroalga Coelastrella sp.
4.2.1 Hasil Ekstraksi Lipid Mikroalga
Lipid hasil ekstraksi mikroalga biasanya mengandung lipid netral dan polar.
Trigliserida adalah lipid netral yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel, dimana susunan molekulnya berupa tiga asam lemak rantai panjang yang terikat pada satu gliserol. Ekstraksi lipid Coelastrella sp. ini dilakukan dengan menambahkan aseton berbagai rasio untuk menentukan lipid total kemudian penentuan lipid netral dapat dilakukan dengan melarutkannya dalam n-heksana sedangkan lipid polar dapat ditentukan dengan melarutkannya dalam aquadest.
Adapun hasil estraksi lipid ditunjukkan pada Tabel 3 sebagai berikut.
Tabel 3. Hasil ekstraksi lipid mikroalga
Tabel 3 menunjukkan bahwa ekstraksi lipid pada rasio mikroalga: aseton 1:5 mampu mengekstraksi lipid mikroalga Coelastrella sp. secara optimum yaitu
Mikroalga:Aseton
36 dengan lipid total, lipid netral, dan lipid polar sebesar 5,13 %, 4,36 %, dan 0,77%.
Secara keseluruhan terdapat kenaikan persentase lipid total dan lipid netral seiring dengan bertambah banyaknya aseton yang digunakan. Semakin banyak pelarut yang ditambahkan maka luas permukaan kontak antara molekul-molekul zat terlarut dan pelarut makin besar pula sehingga molekul-molekul zat terlarut lebih mudah larut dalam pelarut (Wijanarko et al., 2012). Namun pada rasio 1:6 terjadi penurunan hasil ekstraksi lipid total sedangkan persentase lipid netral cenderung stabil pada rasio 1:5. Maka dapat dikatakan bahwa kemampuan pelarut untuk melarutkan zat terlarut sudah berkurang sehingga penambahan lebih banyak pelarut menjadi tidak efektif.
Dalam ekstraksi ini, lipid yang akan digunakan untuk proses sintesis biodiesel yaitu lipid dalam n-heksana (Gambar 11) karena lipid tersebut mengandung trigliserida, asam lemak, hidrokarbon, wax ester, dan sterol.
Gambar 11. Lipid netral Coelastrella sp. dalam n-heksana
Berdasarkan efisiensi penggunaan pelarut, maka untuk ekstraksi lipid yang optimum dilakukan pada rasio mikroalga:aseton 1:5 dengan hasil sebesar 4,36%.
Selanjutnya, kuantitas ekstraksi lipid netral dalam n-heksana diperbanyak untuk proses analisis GC-MS dan proses esterifikasi.
37 4.2.2 Analisis Asam Lemak Mikroalga dengan GC-MS
Hasil ekstraksi lipid dalam n-heksana dianalisa kandungan asam lemaknya dengan GC-MS yang dapat dilihat pada Gambar 12 dan Tabel 4 berikut.
Gambar 12. Kromatogram asam lemak mikroalga Coelastrella sp.
Tabel 4. Komposisi asam lemak mikroalga Coelastrella sp.
Puncak Waktu
Analisa kromatogram yang diperoleh pada Gambar 12 menunjukkan adanya 8 puncak senyawa asam lemak yang terkandung dalam mikroalga Coelastrella sp.
seperti yang telah tersaji dalam Tabel 4. Jenis asam lemak yang terindentifikasi pada mikroalga Coelastrella sp. adalah asam heksanoat, asam laktat, asam
38 pentadekanoat, asam palmitoleat, asam palmitat, asam oleat, asam stearat, dan asam linoleat. Pada puncak dengan waktu retensi 22,1813 menit diidentifikasi sebagai asam lemak dominan dengan luas puncak sebesar 32,7195% yaitu asam oleat.
Selanjutnya dipilih asam oleat komersial yang akan digunakan untuk model senyawa dalam proses esterifikasi.
4.2.3 Analisis Kadar FFA (Free Fatty Acid) Hasil Ekstraksi Optimum
Asam lemak bebas (FFA) adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Lipid netral mikroalga Coelastrella sp. yang terlarut dalam n-heksana dianalisis untuk mengetahui kadar asam lemak bebas yang terkandung di dalamnya. Analisis tersebut dilakukan dengan metode titrimetri dimana lipid yang terlarut dalam n-heksana diuapkan terlebih dahulu kemudian ditambahkan etanol 96% dan dipanaskan sampai mendidih serta ditambahkan 2 tetes PP dan terakhir dititrasi dengan KOH 0,1 N.
Penggunaan indikator PP sangat tepat karena memiliki rentang pH sekitar pH titik ekuivalen titrasi. Pada saat titik ekuivalen dinyatakan bahwa jumlah asam lemak bebas setara dengan jumlah KOH, sehingga penentuan asam lemak bebas dapat ditentukan dengan melihat jumlah KOH yang dibutuhkan ketika titrasi. Hasil kadar FFA mikroalga Coelastrella sp. diperoleh sebesar 25,43%. Angka ini tergolong tinggi karena kadar FFA maksimal yaitu sebesar 5% (Setiawati dan Edwar, 2012).
Adapun penyebab tingginya FFA mikroalga Coelastrella sp. dapat disebabkan oleh faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap laju pertumbuhan mikroalga di kultur terbuka antara lain cahaya, suhu, pH, salinitas, unsur hara, dan aerasi. Karena kadar FFA mikroalga >5% maka perlu dilakukan pre-treatment dengan cara esterifikasi kandungan asam lemak bebas. Kandungan FFA harus lebih
39 rendah untuk membatasi reaksi penyabunan yang mempersulit proses pemisahan produk serta menurunkan hasil yield biodiesel (Kusumaningtyas et al., 2014).
4.3 Hasil Analisa XRD Katalis Montmorillonite K-10 Sebelum Esterifikasi Kristanilitas katalis montmorillonite K-10 sebelum esterifikasi dikarakterisasi dengan XRD (X-Ray Diffraction). Hasil difraktogram XRD ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13. Hasil difraktogram XRD montmorillonite K-10 sebelum esterifikasi
Identifikasi fase pola difraksi ini dilakukan dengan cara membandingkan data hasil pengukuran dengan data yang ada pada ICDD (International Centre for Diffraction Data). Dari Gambar 13, didapatkan peak senyawa SiO2 pada 2 = 26,70°, 50,24°, dan 60,13°. Puncak-puncak yang didapatkan sama dengan data yang ada pada ICDD No. 96-101-1177 untuk senyawa SiO2. Selain itu, didapatkan juga peak senyawa Al2O3 pada 2 = 19,42° dan 45,84°. Puncak-puncak yang didapatkan sama dengan data yang ada pada ICDD No. 96-110-1169 untuk senyawa Al2O3. Hal ini sesuai dengan (Younssi et al., 2012) dimana struktur kisinya montmorillonite tersusun atas satu lempeng Al2O3 diantara dua lempeng SiO2.
40 4.4 Esterifikasi Asam Oleat Menggunakan Katalis Montmorillonite K-10
Asam oleat komersial sebagai model komponen pengganti asam lemak dominan. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan variasi kondisi yang tepat untuk menghasilkan esterifikasi optimum.
4.4.1 Variasi Kondisi Proses Esterifikasi
Variabel kontrol yang digunakan dalam proses esterifikasi asam oleat komersial ini yaitu perbandingan mol asam oleat dengan metanol 1:8 (Kusmiyati dan Sugiharto, 2010).
4.4.1.1 Variasi Suhu
Reaksi dilakukan pada rasio mol asam oleat:metanol 1:8, katalis 5% (b/b), waktu 4 jam, dan suhu 60, 70, 80, 85 ºC. Kecepatan pengadukan 250 rpm dilakukan secara konstan. Pengaruh suhu reaksi terhadap kadar FFA ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 14. Grafik pengaruh suhu dan waktu reaksi terhadap kadar FFA (%) Kadar FFA awal asam oleat komersial sebesar 93,54%. Semakin tinggi suhu reaksi yang digunakan maka semakin banyak penurunan kadar FFA asam oleat.
Penurunan kadar FFA terbanyak didapatkan pada suhu 85 ºC dengan kadar FFA 59,67%. Maka dapat disimpulkan terjadi penurunan FFA sebesar 33,87%. Suhu
41 reaksi optimum dicapai pada suhu 85 ºC. Suhu yang tinggi menyebabkan gerakan molekul semakin cepat atau energi kinetik yang dimiliki molekul-molekul pereaksi semakin besar sehingga tumbukan antara molekul pereaksi juga meningkat. Sesuai dengan hukum Arrhenius dimana laju reaksi sebanding dengan suhu reaksi, jika suhu reaksi semakin tinggi, konstanta laju (k) semakin besar, sehingga laju reaksi juga akan semakin besar.
4.4.1.2 Variasi Waktu
Waktu optimum reaksi adalah waktu reaksi yang memberikan hasil konversi produk paling optimal. Reaksi dilakukan pada rasio mol asam oleat:metanol 1:8, suhu 85 ºC, katalis 5% (b/b), dan waktu 1, 2, 3, 4 jam. Pengadukan dengan kecepatan tetap dilakukan pada berbagai waktu reaksi agar menghasilkan kontak antara minyak dan metanol yang homogen.
Gambar 14 memperlihatkan bahwa kadar FFA mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya waktu. Lamanya waktu reaksi memberikan kesempatan kepada molekul-molekul senyawa untuk bereaksi semakin besar, sehingga FFA yang tersisa semakin berkurang (Aziz, 2007).
Penurunan kadar FFA terbanyak terdapat pada durasi 4 jam baik di berbagai variasi suhu (60, 70, 80, 85 ºC). Dengan kadar FFA awal asam oleat komersial sebesar 93,54% maka hasil optimum terdapat pada durasi 4 jam untuk suhu 85 ºC dengan penurunan FFA sebesar 33,87%. Meskipun kadar FFA ekstraksi lipid mikroalga hanya 25,43%, namun tetap kondisi optimum 4 jam reaksi yang diambil, dengan harapan untuk pengoptimalan penurunan kadar FFA. Adu (2018) mendapatkan hasil yang sama untuk suhu optimum reaksi esterifikasi pada durasi 4 jam.
42 Penurunan kadar FFA berkaitan erat dengan konversi produk metil ester yang terbentuk. Konversi produk metil ester untuk variasi suhu dan waktu pada proses esterifikasi ditampilkan pada Tabel 5. Berdasarkan data pada tabel, besarnya konversi dibutuhkan untuk mendukung tujuan dari proses esterifikasi. Konversi metil ester yang optimum sebanyak 36,21% dapat dicapai pada kondisi suhu 85 ºC selama 4 jam. Seiring dengan meningkatnya suhu dan lamanya waktu, maka proses esterifikasi asam oleat akan berlangsung secara optimal.
Tabel 5. Konversi produk metil ester
4.4.1.3 Variasi Jumlah Katalis
Katalis yang digunakan dalam esterifikasi adalah katalis asam heterogen montmorillonite K-10. Penggunaan katalis heterogen lebih potensial karena mudah dipisahkan dari produk dan bisa dipakai berulang kali sehingga ramah lingkungan.
Reaksi dilakukan pada rasio mol asam oleat:metanol 1:8, suhu 85 ºC, waktu 4 jam, dan katalis montmorillonite K-10 1, 3, 5% (b/b). Pengaruh konsentrasi katalis
43 terhadap kadar FFA ditunjukkan pada Gambar 15.
Gambar 15. Grafik pengaruh konsentrasi katalis terhadap kadar FFA (%) Penggunaan katalis montmorillonite K-10 5% dalam esterifikasi mampu menurunkan kadar FFA sebanyak 33,87% (dari 93,54% menjadi 59,67%). Artinya penambahan konsentrasi katalis dapat menurunkan kadar FFA atau dengan kata lain dapat meningkatkan konversi metil ester produk. Peningkatan konversi ini karena dengan adanya katalis akan menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi berlangsung lebih cepat.
Menurut Wei et al. (2009), yield biodiesel meningkat ketika katalis ditambah hingga 5% (b/b) sedangkan ketika katalis digunakan dalam jumlah yang sedikit (< 1% (b/b)) maka yield yang dihasilkan juga tidak besar. Namun, ketika konsentrasi katalis telah mencapai optimumnya, maka metil ester yang dihasilkan akan konstan atau cenderung turun (Darsono dan Oktari, 2013). Saat dilakukan esterifikasi yang melibatkan konsentrasi montmorillonite K-10 7%, tekanan di dalam labu erlenmeyer semakin meningkat dan menyebabkan pecahnya termometer di dalamnya. Maka dapat disimpulkan bahwa konsentrasi montmorillonite K-10 5% merupakan kondisi optimum katalis untuk tahap esterifikasi.
44 4.4.1.4 Variasi Perbandingan Mol Asam Oleat:Metanol
Rasio molar asam oleat komersial dengan metanol juga merupakan faktor yang mempengaruhi besarnya konversi asam lemak bebas. Alkohol yang paling sering digunakan dalam reaksi esterifikasi dan transesterifikasi yaitu metanol.
Reaksi dilakukan pada suhu 85 ºC, waktu 4 jam, katalis montmorillonite K-10 5%
(b/b), dan rasio mol 1:4, 1:6, dan 1:8. Pengaruh perbandingan mol asam oleat:metanol terhadap kadar FFA ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 16. Grafik pengaruh perbandingan mol asam oleat:metanol terhadap kadar FFA
Penurunan kadar FFA optimal sebanyak 33,87% (dari 93,54% menjadi 59,67%) diperoleh dari penggunaan perbandingan mol asam oleat dengan metanol 1:8. Semakin banyak metanol yang digunakan maka semakin banyak penurunan kadar FFA-nya juga. Penggunaan rasio mol asam oleat komersial: metanol dalam jumlah yang berlebihan akan menyebabkan reaksi kesetimbangan berjalan ke arah kanan (produk) sehingga dapat meningkatkan yield biodiesel. Karena reaksi esterifikasi merupakan reaksi reversible (bolak-balik) maka saat kesetimbangan tercapai penambahan metanol tidak akan meningkatkan yield biodiesel. Saat dilakukan percobaan untuk rasio mol 1:10, tekanan di dalam labu erlenmeyer semakin meningkat dan menyebabkan pecahnya termometer didalamnya. Maka dapat disimpulkan bahwa rasio mol asam oleat dengan metanol 1:8 merupakan
45 kondisi kesetimbangan tercapai dan kondisi optimum rasio mol untuk tahap esterifikasi.
4.4.2 Hasil Analisa GC-MS Asam Oleat Sebelum dan Sesudah Esterifikasi Metil ester yang diperoleh dari hasil esterifikasi asam oleat kondisi optimum (kondisi suhu 85 ºC selama 4 jam dengan rasio mol asam oleat:metanol 1:8, dan konsentrasi katalis 5%) selanjutnya dianalisis komposisi senyawa penyusunnya dengan GC-MS. Hasil GC-MS asam oleat sebelum dan sesudah reaksi esterifikasi dibandingkan untuk mengetahui keberhasilan terbentuknya produk metil ester.
Gambar 17. Kromatogram asam oleat komersial Tabel 6. Kandungan senyawa asam oleat komersial
Puncak Waktu
Retensi (tR)
Luas
Puncak (%) Nama Senyawa Rumus Molekul 1 20,0009 1,3312 Asam Palmitat C16H32O2
2 21,6771 94,653 Asam Oleat C18H34O2
3 21,8788 3,5036 Asam Stearat C18H36O2
46 Gambar 18. Kromatogram hasil esterifikasi asam oleat komersial
Tabel 7. Hasil esterifikasi asam oleat komersial
Puncak Waktu
Retensi (tR)
Luas
Puncak (%) Nama Senyawa Rumus Molekul 1 18,8667 0,5221 Metil Palmitat C17H34O2
3 20,6185 55,9055 Metil Oleat C19H36O2
8 22,5216 0,7127 Metil Arakidat C21H42O2
Berdasarkan Gambar 17 dan Tabel 6, komponen yang terdapat di dalam asam oleat komersial adalah asam oleat (94,653%), asam stearat (3,5036%), dan
Berdasarkan Gambar 17 dan Tabel 6, komponen yang terdapat di dalam asam oleat komersial adalah asam oleat (94,653%), asam stearat (3,5036%), dan