BAB III METODE PENELITIAN
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.4 Esterifikasi Model Senyawa Asam Lemak
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 asam palmitat (1,3312%). Asam oleat komersial yang digunakan ternyata mengandung campuran asam lainnya, tidak hanya asam oleat tunggal saja.
Kemudian dibandingkan dengan hasil analisa GC-MS hasil esterifikasi asam oleat.
Kromatogram pada Gambar 18 dan Tabel 7 menunjukkan kandungan senyawa hasil esterifikasi asam oleat adalah metil oleat (55,9055%), metil arakidat (0,7127), dan metil palmitat (0,5221%). Keberhasilan proses esterifikasi ditandai dengan terbentuknya metil ester sebagai produk dari reaksi asam lemak bebas dengan alkohol. Esterifikasi asam oleat berhasil ditandai dengan terbentuknya metil oleat dominan sebesar 55,9055%. Mengacu pada hasil esterifikasi asam oleat di atas, maka kondisi optimum model senyawa bisa diaplikasikan ke mikroalga
47 langsung untuk menghasilkan metil ester.
4.5 Sintesis Biodiesel dari Mikroalga Coelastrella sp.
Setelah mendapatkan kondisi optimum pada model senyawa asam lemak, selanjutnya kondisi tersebut diaplikasikan untuk proses sintesis biodiesel melalui 2 tahapan yaitu esterifikasi dan transesterifikasi.
4.5.1 Reaksi Esterifikasi
Kadar FFA yang tinggi dapat menghambat reaksi pembentukan biodiesel.
Oleh karena itu, perlu dilakukan pre-treatment untuk menurunkan kadar FFA dalam lipid mikroalga. Reaksi esterifikasi berkatalis asam berjalan lebih lambat, namun metode ini lebih sesuai untuk minyak atau lemak yang memiliki kandungan asam lemak bebas relatif tinggi (Fukuda et al., 2011). Tahap esterifikasi mikroalga dimulai dengan mereaksikan lipid dalam n-heksana dengan metanol (perbandingan mol 1:8) dan katalis 5% montmorillonite K-10 (b/b) pada suhu 68 ºC selama 4 jam serta pengadukan secara terus menerus untuk mempercepat reaksi agar seluruh katalis dapat bereaksi dengan reaktan (Gambar 19). Mengacu pada model senyawa asam lemak, seharusnya suhu yang digunakan 85 ºC namun karena adanya keterlibatan n-heksana dalam esterifikasi lipid mikroalga sehingga suhu hanya bisa bertahan di 68 ºC.
Gambar 19. Esterifikasi mikroalga Coelastrella sp.
48 Penggunaan katalis asam dalam esterifikasi lebih baik daripada basa karena tidak menghasilkan sabun dan dapat meningkatkan produksi biodiesel, hal tersebut dikarenakan reaksi esterifikasi merupakan reaksi pembentukan suatu ester (Marchetti, 2008). Metanol lebih sering digunakan dibandingkan dengan etanol dikarenakan metanol memiliki harga yang lebih murah dan lebih reaktif dibandingkan dengan alkohol berantai panjang. Adapun mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis asam dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 20. Mekanisme reaksi esterifikasi dengan katalis asam (Muin, 2013) Selesai proses esterifikasi kemudian dilakukan pemisahan dengan alat sentrifugasi untuk memisahkan lapisan atas dan bawah berdasarkan berat jenisnya.
Diperoleh 3 fasa hasil esterifikasi yakni berupa trigliserida, gliserol, dan air. Lapisan trigliserida dianalisis kandungan FFA-nya dengan titrasi menggunakan KOH dan indikator PP serta dianalisis kandungan senyawa hasil esterifikasi mikroalga. Bilangan asam juga dapat diketahui dengan tercapainya titik ekuivalen titrasi.
Kadar FFA hasil esterifikasi mikroalga Coelastrella sp. diperoleh sebesar 4,04%. Ditinjau dari permodelan senyawa asam oleat harusnya dengan kondisi optimum tersebut bisa menurunkan sampai 33,87% namun nyatanya hanya turun 21,39%. Hal ini bisa disebabkan karena reaktan yang terlibat dalam reaksi cukup
49 minimum sehingga perlu bantuan n-heksana sebagai co-solvent agar dapat meningkatkan kelarutan lipid mikroalga dengan metanol.
Berikut merupakan kromatogram dan tabel hasil esterifikasi mikroalga dengan kondisi optimum pada Gambar 21 dan Tabel 8.
Gambar 21. Kromatogram hasil esterifikasi mikroalga Tabel 8. Kandungan senyawa hasil esterifikasi mikroalga
Puncak Waktu Retensi (tR)
Luas Puncak
(%) Nama Senyawa Rumus
Molekul
44 18,795 7,7916 Metil Palmitat C17H34O2
48 20,4838 12,1913 Metil Oleat C19H36O2
49 20,7107 1,0097 Metil Stearat C19H38O2
64 25,5754 0,2181 Metil Lignoserat C25H50O2
Hasil analisis GC-MS pada Tabel 8 menunjukkan bahwa terdapat 4 senyawa dominan yang merupakan senyawa metil ester yakni metil oleat (12,1913%), metil palmitat (7,7916%), metil stearat (1,0097%), dan metil lignoserat (0,2181%).
Proses esterifikasi mikroalga berhasil ditandai dengan ditemukannya luas puncak metil oleat yang paling tinggi.
50 4.5.2 Reaksi Transesterifikasi
Tahapan kedua sintesis biodiesel dilakukan melalui reaksi transesterifikasi.
Reaksi transesterifikasi memerlukan katalis basa kuat seperti natrium hidroksida atau kalium hidroksida sehingga menghasilkan senyawa kimia baru yang disebut dengan metil ester (Gerpen, 2005). Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa homogen seperti NaOH atau KOH (Darnoko dan Cheryan, 2000; Meher et al., 2006). Tahap transesterifikasi (Habibi et al., 2010) mikroalga dimulai dengan mereaksikan hasil esterifikasi dengan metanol (perbandingan mol 1:7) dan katalis KOH 1% (b/b) pada suhu 60 ºC selama 2 jam (Gambar 22).
Gambar 22.Transesterifikasi mikroalga Coelastrella sp.
Laju reaksi transesterifikasi dengan katalis basa lebih cepat jika dibandingkan dengan katalis asam. Karena dalam larutan basa, suatu karbonil dapat diserang langsung oleh nukleofilik tanpa protonasi sebelumnya. Adapun
Laju reaksi transesterifikasi dengan katalis basa lebih cepat jika dibandingkan dengan katalis asam. Karena dalam larutan basa, suatu karbonil dapat diserang langsung oleh nukleofilik tanpa protonasi sebelumnya. Adapun