METODE PENELITIAN
HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
5.1 Hasil yang Dicapai
Gambar 5.1 menunjukkan bahwa biodiesel mengandung komponen Fatty Acid Metil Ester (FAME) yang ditandai dengan munculnya peak pada waktu retensi 39,78 menit, 43,41 menit, 43,8 menit, dan 44,32 menit..
Gambar 5.1 Kromatogram biodiesel
Selain itu, hasil analisa dengan Mass Spectrofotometry menunjukkan bahwa komponen biodiesel tersusun dari FAME yang terdiri dari metil palmitat,metil linoleat, metil oleat, dan metil stearat dengan komposisi pada tabel 5.1. Kandungan total FAME pada biodiesel yang disintesis dengan menggunakan waktu reaksi 3 jam sebesar 98,41% dengan komponen penyusun terbesar berupa metil oleat
Tabel 5.1 Komponen FAME dalam biodiesel Komponen FAME Kandungan (%) Metil palmitat 31,31 Metil linoleat 14,3 Metil oleat 45,54 Metil stearate 7,2
22
Tabel 5.2 Karakteristik Biodiesel Hasil Sintesis
Parameter Satuan Hasil Analisa Metode Analisa
Densitas g/ml 0,865 Piknometer
Viskositas Cps 3,5 ASTM D-445
Moisture content % 0,03 ASTM D-6304
TAN MgKOH/gr 0,06 ASTM D-664
Sulfur % 0,12 ASTM D-4298
Nilai kalori Kcal/Kgl 62,33 ASTM D-240
Karakteristik Korosi Baja Karbon
Gambar 5.2 menunjukkan laju korosi baja karbon pada biodiesel dengan variasi waktu immersi dan suhu kontak dengan biodiesel. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu biodiesel maka laju korosi dari baja karbon akan semakin meningkat. Pada waktu immersi selama 30 hari dengan suhu biodiesel 30oC diperoleh laju korosi sebesar 0,018 mmy sedangkan pada waktu immersi 30 hari dengan suhu biodiesel 70oC diperoleh laju korosi maksimal sebesar 0,033 mmy. Pada waktu immersi 40 hari laju korosi maksimal terjadi pada suhu 70 oC yaitu sebesar 0,079 mmy. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu biodiesel maka laju korosi dari baja karbon akan semakin meningkat. Hal ini disebabkan pada suhu tinggi proses oksidasi komponen FAME pada biodiesel semakin cepat sehingga dapat mengarah menuju terbentuknya oksida metal (Li dan Fang, 2009). Biodiesel memiliki kandungan asam lemak tak jenuh dengan lebih banyak ikatan rangkap karbon dan lebih sedikit hidrogen sehingga lebih rentan terhadap oksidasi. Oksidasi biodiesel dapat menurunkan kualitas bahan bakar akibat terbentuknya produk oksidasi seperti aldehid, alcohol, asam karboksilat rantai pendek, dan sedimen (Jin dkk, 2015). Hasil oksidasi tersebut bersifat korosiv terhadap mesin.
23
Gambar 5.2. Laju korosi baja karbon pada biodiesel
Gambar 5.2 menunjukkan bahwa meningkatnya waktu kontak dari 30 hari hingga 50 hari pada suhu yang sama dari biodiesel terhadap baja karbon cenderung untuk meningkatkan laju korosi. Laju korosi terbesar terjadi waktu kontak selama 50 hari dengan suhu biodiesel 70oC. Hal ini disebabkan bahwa biodiesel cenderung teroksidasi seiring dengan meningkatnya waktu penyimpanan serta bersifat higroskopis. Gambar 5.3 SEM. merupakan hasil analisis SEM dari permukaaan baja karbon yang terserang korosi akibat kontak dengan biodiesel. Serangan korosi pada baja karbon tersebut tersebar pada permukaan baja ditandai dengan terbentuknya lubang (pit) yang berwarna gelap akibat proses korosi. Permukaan baja karbon yang terkontak dengan biodiesel menunjukkan kerusakan akibat korosi. Tingkat kerusakan permukaan logam akibat korosi terjadi signifikan terutama pada lama kontak sebesar 40 hari dan 50 hari dengan suhu biodiesel 70 oC. Peningkatan suhu biodiesel akan mengarah pada meningkatnya ukuran lubang (pit) pada baja karbon. Hal ini disebabkan laju korosi baja karbon semakin meningkat apabila suhu ditingkatkan. Korosifitas yang tinggi dari biodiesel dapat juga dikaitkan dengan konsentrasi asam tak jenuh yang tinggi (Kaul dkk, 2007). Sebagian produk oksidasi berupa ion Fe dapat larut ke dalam biodiesel atau terdeposit pada permukaan logam sehingga akan bereaksi dengan asam lemak bebas membentuk garam asam lemak pada permukaan logam baja dengan reaksi sebagai berikut:
Fe + 3O2 → 2Fe2O3 30D-30C 30D-70C 40D-30C 40D-70C 50D-70C 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0,083 0,0790 0,020 0,033 0,018 L a ju K o ro s i [m p y ] Kode Biodiesel
24
Fe2O3 + 6R’COOH → 2Fe(R’COO)3 + 3H2O 2R’COOH + Fe → Fe(R’COO)2 + H2
Oleh karena itu, berdasarkan reaksi di atas memungkinkan berat logam akan berkurang setelah uji immersi.
Gambar 5.3 SEM morfologi permukaan baja karbon pada kondisi (a) sebelum kontak (b) 30D-30C (c) 30D-70C (d) 40D-30C (e) 40D-70C (f) 50D-70C
Adanya senyawa oksida yang terbentuk dari korosi dapat ditunjukkan dari grafik XRD pada gambar 5.4 yang menunjukkan adanya senyawa Fe2O3, Fe(OH)3 dan Fe2O2CO3 sebagai akibat dari korosi. Adanya produk korosi berupa Fe2O2CO3 yang terdeteksi pada baja karbon yang terkontak dengan biodiesel disebabkan kandungan air,
25
oksigen, dan CO2 yang diabsorpsi dari udara. Fe2O2CO3 merupakan produk reaksi dari H2CO3 dan FeO(OH) dengan mekanisme reaksi sebagai berikut (Marco dkk, 2007):
2FeO(OH) + H2CO3 → Fe2O2CO3 + 2H2O
Gambar 5.4 XRD plat baja setelah dikontakkan sampel biodiesel
Pembentukan FeO(OH) sebagai akibat dari reaksi penguraian Fe(OH)3 menghasilkan melekul H2O dan FeO(OH) serta H2CO3 dihasilkan dari reaksi air dan CO2 yang diabsorpsi dari udara.
Gambar 5.5. Warna sampel biodiesel (a) sebelum mengandung produk korosi (b) setelah mengandung produk korosi
26
Gambar 5.6 FTIR sampel biodiesel yang telah terkontak dengan baja yang telah terkorosi Gambar 5.6 menunjukkan FTIR dari biodiesel yang telah terkontak dengan baja karbon dan telah mengandung produk korosi. Adanya peak yang terdeteksi pada daerah 583 cm-1 mengindikasikan terbentuknya Fe2O3. Pada daerah 1020 cm-1 dan 1327 cm-1 mengindikasikan produk korosi berupa γ-FeO(OH), α-FeO(OH). Pada daerah 1710 cm-1
mengindikasikan terbentuknya Fe2O2CO3. Gugus hidroksil bebas (OH) juga terdeteksi pada daerah antara 3601 cm-1 hingga 3788 cm-1 yang mengindikasikan adanya Fe(OH)3 (Kumar dkk, 2002; Thangavelu dkk, 2016).
Karakteristik Korosi Aluminium dan Tembaga
Gambar 5.7 menunjukkan bahwa laju korosi pada logam aluminium dan tembaga yang tercelup pada biodiesel dipengaruhi oleh suhu. Pengujian laju korosi dari kedua logam tersebut dilakukan pada dua variasi suhu yaitu pada suhu 30 oC dan suhu 70 oC. Hasil uji immersi menunjukkan bahwa menunjukkan bahwa dengan meningkatkan suhu biodiesel akan cenderung menurunkan laju korosi pada logam aluminium dan tembaga. Hal ini kontrakdiksi dengan yang diperkirakan bahwa meningkatkan suhu pada umumnya akan meningkatkan laju korosi. Meningkatkan suhu biodiesel akan menurunkan jumlah oksigen yang terabsorpsi. Laju oksidasi dalam uji kestabilan komponen l lemak dan minyak dipengaruhi oleh konsentrasi oksigen yang terlarut. Pada suhu tinggi konsentrasi oksigen
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 1710 1710 1710 1020 1020 1020 58 3, 64 -58 3, 64 -58 3, 64 -13 72 ,2 7-13 72 ,2 7-13 72 ,2 7-(c) 40D-70C (b) 30D-70C T ra n s mit a n c e Wave Number [cm-1] (a) 30D-30C
27
yang terlarut semakin rendah sehingga menurunkan laju korosi pada biodiesel. Hasil uji korosi sebagaimana yang disajikan pada gambar 1 menunjukkan bahwa laju korosi terjadi pada aluminium yang tecelup pada suhu 30 oC selama 40 hari yaitu sebesar 0,1217 mmy.
Biodiesel memiliki kandungan asam lemak tak jenuh dengan lebih banyak ikatan rangkap karbon dan lebih sedikit hidrogen sehingga lebih rentan terhadap oksidasi. Oksidasi biodiesel dapat menurunkan kualitas bahan bakar akibat terbentuknya produk oksidasi seperti aldehid, alkohol, asam karboksilat rantai pendek, dan sedimen. Hasil oksidasi tersebut bersifat korosif terhadap mesin.
Gambar 5.7 Laju korosi Al dan Cu pada biodiesel
Tabel 5.3 menunjukkan perubahan kadar air biodiesel setelah uji immersi pada suhu 30
o
C dan 70 oC. Kadar air pada biodiesel cenderung meningkat dengan meningkatnya waktu simpan dari biodiesel. Densitas biodiesel sebelum mengalami uji immersi berdasarkan data tabel 2 memiliki densitas awal sebesar 0,865 kg/m3 serta memilki kadar air sebesar 0,03%. Peningkatan densitas biodiesel baik yang diimmersi dengan logam Al maupun Cu pada kedua variasi suhu 30 oC dan 70 oC disebabkan meningkatnya kadar air air pada biodiesel. Peningkatan kadar air pada pada biodiesel terjadi pada biodiesel yang telah di uji immersi dengan logam Cu pada suhu 30 oC yaitu sebesar 2,466 %wt. Densitas biodiesel setelah uji immersi dengan logam Al dan Cu pada suhu 30oC disajikan pada tabel 5.4. Data pada tabel 5.4 menunjukkan bahwa pada biodiesel yang diimersi dengan logam Cu diperkirakan mengalami proses degradasi yang paling cepat yang mengarah pada pembentukan air sehingga menyebabkan meningkatnya kadar air yang tinggi pada biodiesel. Selain itu
Al-30 Al-70 Cu-30 Cu-70
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0,0160 0,0430 0,0437 0,1217 La ju koros i (mm y) Sampel
28
biodiesel memiliki karakteristik yang bersifat higroskopi sehingga mudah menyerap air di udara.
Tabel 5.3 Kadar air biodiesel
Logam uji Kadar air setelah pengujian (% wt)
30 oC 70 oC
Al 1,827 1,818
Cu 2,466 1,370
Tabel 5.4 Densitas Biodiesel setelah immersi pada 30 oC
Logam uji Densitas (kg/m3)
Al-30 0,865
Cu-30 0,873
Gambar 5.8 dan gambar 5.9 menunjukkan hasil SEM dari material aluminium dan tembaga sebelum dan setelah mengalami pengujian immersi di dalam biodiesel. Serangan korosi pada baja karbon tersebut tersebar pada permukaan baja ditandai dengan terbentuknya lubang (pit) yang berwarna gelap akibat proses korosi. Permukaan logam yang terkontak dengan biodiesel menunjukkan kerusakan akibat korosi. Pembentukan pit atau daerah yang berwarna gelap terutama pada logam Cu merupakan karakteristik dari pembentukan produk oksida berupa CuO dan Cu2O. kedua logam tersebut sangat reaktif dengan asam organik yang terbentuk akibat proses degradasi dari biodiesel. Mekanisme korosi pada tembaga dapt dijelaskan sebagai berikut:
2Cu + O2 → CuO 4Cu + O2 → 2Cu2O
2R’COOH + Cu2O → 2Cu (R’COO) + H2O 4R’COOH + 2CuO → 2Cu(R’COO)2 + H2O
Oleh karena itu berat logam setelah uji immersi. Perubahan warna biodiesel dapat diamati pada gambar 5.10 Perubahan warna tersebut menunjukkan adanya ion logam yang terlarut pada biodiesel akibat proses korosi.
29
Adanya logam yang terlarut pada biodiesel baik aluminium maupun tembaga dapat memperccepat reaksi katalitik proses degrdadasi biodiesel. Logam dapat secara langsung bereaksi dengan asam lemak menghasilkan radikal alkil asam lemak. Selama proses oksidasi biodiesel oleh oksigen di udara, metil ester dari biodiesel membentuk radikal bebas di samping ikatan rangkap. Pembentukan radikal bebas tersebut mengarah pada reaksi yang membentuk produk baru yang seperti aldehid, keton, lakton, asam formiat, asam asetat, dan asam propionat.
Gambar 5.8. SEM logam aluminium pada biodiesel (a) sebelum uji (b) setelah uji pada suhu 30 oC dan (C) setelah uji pada suhu 50 oC
Gambar 5.9. SEM logam tembaga pada biodiesel (a) sebelum uji (b) setelah uji pada suhu 30 oC dan (C) setelah uji pada suhu 50 oC
30
Gambar 5.10. Warna biodiesel sebelum kontak (a) dan setelah kontak dengan logam (b) Al dan (c) Cu
Produk reaksi yang terbentuk tersebut bersifat korosif pada logam. Korosifitas biodiesel dipengaruhi oleh kestabilan dari biodiesel. kestabilan biodiesel terhadap oksidasi oleh oleh oksigen di udara dipengaruhi oleh kandungan biodiesel. biodiesel yang diproduksi dari minyak goreng bekas memiliki kandungan metil oleat dan linoleat yang mudah teroksidasi oleh suhu dan udara membentuk asam organik sehingga berpotensi menyebakan korosi pada logam. Hal ini didukung oleh penelitian Park dkk (2008) yang mempelajari pengaruh komposisi asam lemak pada tingkat kestabilan oksidasi dari dari biodiesel. senyawa asam organik yang berpotensi korosi.
Dalam penelitian tersebut dilaporkan bahwa tingkat kestabilan dari biodiesel akan menurun ketika kandungan asam linoleat dalam biodiesel meningkat. selain itu biodiesel yang memiliki kandungan TAN yang berpotensi menyebabkan korosi pada logam. Kandungan yang tinggi dari asam lemak tidak jenuh (metil oleat dan metil linoleat) cenderung menyebabkan biodiesel mudah teroksidasi oleh udara membentuk radikal bebas yang pada akhirnya mengarah pada pembentukan.