Rendemen Distilat
Distilat gondorukem dari distilasi gondorukem sebesar 200 g diperoleh rata-rata sebesar 20 g sehingga rendemen yang dihasilkan sebesar ± 10%. Tahap ini masih memerlukan penelitian lebih lanjut agar diperoleh rendemen yang lebih tinggi.
Rendemen Metil Ester Go ndorukem
Tabel 3 menyajikan rerata rendemen metil ester gondorukem yang diperoleh dari waktu reaksi 1, 1.5, dan 2 jam dengan jumlah katalis sebesar 1.2, 1.8, dan 2.4 mL adalah sekitar 77.6 -88.6%.
Tabel 3 Rerata rendemen metil ester gondorukem (%)
Waktu reaksi (Jam) Jumlah Katalis (mL) Rerata Rendemen (%)*
1.2 83.6 1 1.8 83.6 2.4 77.6 1.2 88.4 1.5 1.8 87.4 2.4 87.6 1.2 88.6 2 1.8 88.4 2.4 87.8
* dari dua replikasi
Kondisi optimum diperoleh pada 1.5 jam dengan jumlah katalis 1.2 mL menghasilkan rendemen sebesar 88.4%. Berdasarkan stoikiometri 20 g gondorukem akan bereaksi dengan 1.12 g metanol untuk menghasilkan metil ester gondorukem. Metanol ditambahkan berlebih , yaitu sebesar 60 g dengan tujuan agar reaksi berjalan semakin ke kanan sehin gga reaksi esterifikasi berjalan sempurna. Sebanyak 5.88 g metanol sisa esterifikasi berpeluang untuk dimanfaatkan kembali.
15
Berikut ini adalah neraca massa pembuatan metil metil ester gondorukem disajikan pada Gambar 5.
Tafsiran Spektrum FTIR
Metil ester gondorukem dian alisis dengan inframerah bertujuan untuk melihat perubahan spektrum sebelum dan sesudah proses esterifikasi. Pencirian dilakukan pada pengukuran rentang bilangan gelombang 400 -4000 cm-1.
Spektrum inframerah yang ditampilkan pada Gambar 6a menunjukkan gugus hidroksil dari asam karboksilat menyerap kuat pada bilangan gelombang ±3500 cm-1. Dalam hal ini terlihat bahwa pita uluran OH berasal dari struktur asam karboksilat berada dalam asosiasi yang stabil dikarena kan adanya ikatan hidrogen yang sangat kuat. Wade (2003) mengemukakan, bahwa serapan OH menunjukkan pita melebar dari struktur asam karboksilat sekitar 3500 dan 2500 cm-1, dikarenakan adanya ikatan hidrogen yang kuat. Sementara itu hasil esterifikasi pada Gambar 6b serapan gugus hidroksil tersebut melemah dan serapan gugus karbonil menguat pada bilangan gelombang ±1700 cm-1. Gejala ini menunjukkan bahwa distilat gondorukem telah teresterifikasi.
Gambar 5 Neraca massa pembuatan metil ester gondorukem
Bahan gondorukem 100%
Proses esterifikasi
Non metil ester 11.6%
Metil ester kasar
88.4% Pencirian Non metil ester
0.2%
Metil ester murni 99.8%
16
(a) Sebelum proses esterifikasi
(b) Sesudah proses esterifikasi Gambar 6 Perubahan spektrum inframerah
Tafsiran Kromatogram GC -MS
Tafsiran spektrum inframerah diperkuat dengan kromatogram GC -MS yang ditampilkan Gambar 7. Ditunjukkan bahwa asam-asam resin pada gondoru kem (asam abietat, asam sandarak opimarat, asam dehidroabietat, asam isopimarat ) telah teresterifikasi menjadi metil ester (metil abietat, metil sandarakopimarat, metil dehidroabietat, metil isopimarat ).
17
(a) Sebelum proses esterifikasi
(b) Sesudah proses esterifikasi
Gambar 7 Perubahan kromatogram kromatografi gas
Pada Gambar 8 bobot molekul yang dominan teridentifikasi berturut -turut pada m/e 316 pada waktu retensi 39.66, 38.56, 38 menit, yang masing-masing adalah untuk senyawa metil abietat, metil isopimarat, metil sandarakopimarat, dan 314 pada waktu retensi 39.18 menit untuk senyawa metil dehidroabietat . Sementara itu, waktu retensi untuk asam resin sebelum proses esterifikasi teridentifikasi sesudah menit ke -41.53.
18
(a) m/e 316
(b) m/e 314
19
Ciri Metil Ester Gondorukem
Ciri metil ester gondorukem berdasarkan SNI 04 -7182-2006 disajikan pada Tabel 4 yang secara keseluruhan telah memenuhi syarat sebagai bahan baku biodiesel.
Tabel 4 Syarat mutu biodiesel alkil ester
Parameter Satuan SNI 04-7182-2006
Hasil Pengamatan Densitas pada 40ºC g/cm3 0.850-0.890 0.900 Viskositas kinematik pada 40ºC mm2/s 2.3-6.0 4.2 Titik nyala ºC min. 100 32-49 Titik kabut ºC maks. 18 -18 Kadar belerang ppm maks 100 67 Bilangan asam mg-KOH/g maks 0.8 0.1 Bilangan iodin %-massa maks. 115 12.8 Kadar alkil ester %-massa min. 96.5 99.8
Densitas
Densitas merupakan ukuran derajat kerapatan massa suatu material. Metil ester gondorukem memiliki densitas sebesar 0.900 g/cm3, tampak nilainya lebih tinggi dibandingkan dengan densitas metil ester dari minyak sawit sebesar 0.87 0 g/cm3, minyak jarak pagar 0.879 g/cm3, minyak kelapa 0.872 g/cm3, minyak kedelai 0.885 g/cm3, dan minyak kanola 0.882 g/cm3 (Knothe et al. 2005). Apabila densitas metil ester gondorukem dibandingkan terhadap SNI 04 -7182-2006 (0.850-0.890 g/cm3) dianggap tidak memenuhi standar, tetapi jika dibandingkan dengan EN 14214 (0.860 -0.900 g/cm3) yang merupakan acuan untuk negara-negara Eropa telah memenuhi standar .
Viskositas
Viskositas biodiesel sebagai salah satu permasalahan utama karena minyak nabati biasanya viskosita snya lebih tinggi dari pada solar (1.6-5.8 mm2/s). Viskositas metil ester gondorukem telah memenuhi standar, yaitu sebesar 4.2 mm2/s seperti halnya pada metil ester minyak kelapa (2.7 mm2/s), minyak sawit (4.4 mm2/s), minyak jarak pagar (4.8 mm2/s), minyak kedelai (4.5 mm2/s), dan minyak kanola (4.2 mm2/s) (Knotheet al.2005).
20
Viskositas merupakan ukuran ketahanan dari suatu cairan untuk mengalir yang terkait dengan gesekan internal bagian satu dengan lainnya. Apabila kemampuan mengalir cairan tersebut rendah, hal ini akan mempengaruhi kemampuan mesin untuk memercik kan api.
Titik Nyala
Titik nyala berdasarkan SNI maksimum 100ºC, sedangkan metil ester gondorukem termasuk sangat rendah , yaitu 32-49ºC dibandingkan dengan metil ester minyak jarak pagar (191ºC), minyak sawit (186ºC), minyak kedelai (254ºC), begitu pula terhadap minyak diesel no. 2 (5 2ºC). Rendahnya titik nyala ini mengindikasikan bahwa metil ester gondorukem lebih sesuai untuk biogasolin yang memiliki titik nyala < 40ºC (Knothe et al. 2005). Tinggi rendahnya titik nyala bergantung pada struktur penyusun metil ester tersebut. Struktur metil ester gondorukem merupakan senyawa asam karboksilat fenant rena yang berbentuk siklik (Coll et al. 2001) sehingga interaksi antarmolekulnya lemah yang mengakibatkan cairan mudah menguap. Berbeda dengan struktur metil ester pada minyak sawit, minyak jarak pagar, maupun minyak kedelai umumnya merupakan asam oleat, asam palmitat, asam stearat yang berbentuk alifatik sehingga interaksi antarmolekulnya kuat yang mengakibatkan titik nyalanya lebih besar dari 100ºC.
Titik Kabut
Titik kabut pada metil ester gondorukem sebesar -18ºC, telah memenuhi standar yang ditetapkan (maksimum 18ºC). Metil ester gondorukem memiliki titik kabut cukup rendah j ika dibandingkan dengan metil ester dari minyak biji kapuk (-15ºC), minyak biji rami (-15ºC), minyak biji bunga matahari (-15ºC), (Knotheet al.2005).
Bahan bakar berbasis metil e ster cukup menguntungkan jika dilihat dari segi lingkungan, akan tetapi memiliki kendala jika dipakai secara komersial di negara-negara beriklim dingin. Kehadiran kristal malam (wax) pada metil ester minyak kedelai saat suhu mendekat i 0-2ºC apabila terakumulasi akan mengakibatkan pengerasan pada caira n metil ester. Jika hal ini berlangsung akan menimbulkan permasalahan pada laju alir cairan menuju mesin dan akan terjadi kegagalan dalam memerci kkan api pada bahan bakar. M etil ester gondorukem
21
dengan titik kabut yang lebih rendah dibandingkan metil ester lainnya, cukup berpotensi untuk digunakan sebagai bahan bakar nabati di berbagai belahan bumi.
Kadar Belerang
Kadar belerang metil ester go ndorukem sebesar 67 ppm telah memenuhi standar, yaitu maksimum 100 ppm. Berbeda dengan kadar belerang pada metil ester jarak pagar yang cenderung tidak terdeteksi (Widyawati 2006).
Kadar belerang sebelum dan sesudah proses esterifikasi pada gondorukem cenderung sama, yaitu antara 67-70 ppm. Kesamaan kadar belerang menunjuk kan bahwa asam sulfat yang dipergunakan sebagai katalis tidak mempengaruhi jumlah belerang yang terkandung sesudah diesterifikasi. Kandungan belerang pada tanaman secara kuantitatif sangat tergantung pada beberapa faktor, di antaranya jenis tanaman, kualitas tempat tumbuh maupun genetik.
Penetapan kadar belerang bertujuan mengendalikan emisi yang dikeluarkan oleh mesin (Knothe et al. 2005). Pada kondisi ideal, semua karbon di dalam minyak diesel akan terbakar menjadi gas, dan semua hidrogen akan terbakar menjadi uap air. Hampir semua bahan bakar mengikuti alur ini, termasuk biodiesel. Jika belerang terkandung dalam bahan bakar, akan terjadi proses oksidasi menjadi sulfur dioksida dan sulfur trioksida. Jika senyawa tersebut bereaksi dengan uap air akan membentuk asam sulfat dan garam sulfat yang dapat terbawa sebagai partikulat pada buangan mesin sehingga akan melumpuhkan kinerja konverter katalitik yang berfungsi sebagai penyerap racun (Knothe et al.
2005)
Bilangan Asam
Bilangan asam metil ester gondorukem ( 0.1 mg-KOH/g) lebih rendah daripada bilangan asam metil ester jarak pagar (4. 37 mg-KOH/g) (Widyawati 2006). Waktu reaksi pada proses esterifikasi minyak jarak pagar lebih lama yaitu 2 jam (Widyawati 2006) dari distilat gondorukem yaitu 1.5 jam. Ini menunjukkan bahwa pada distilat gondorukem hampir keseluruhan gugus asam teresterifikasi dengan sempurna, sebagaimana ditunjukkan oleh tingginya kadar alkil ester distilat gondorukem sebesar 99. 8%, dengan batasan standar minimum 96. 5%.
22
Bilangan Iodin
Bilangan iodin pada metil ester gondorukem sebesar 12.8% telah sesuai dengan standar, yaitu <115%. Metil ester dari beberapa bahan baku cenderung melebihi 115%, seperti minyak kedelai sebesar 122 -128% dan minyak bunga matahari sebesar 127-134% (Knotheet al. 2005).
Bilangan iodin merupakan ukuran ketidakjenuhan asam lemak pada metil ester, semakin tidak jenuh suatu asam maka semakin banyak ikatan rangkap yang terkandung di dalamnya. Kossmehl & Heinrich (1997) menyebutkan bahwa ketika mesin diesel dioperasikan pada m etil ester dengan bilangan iodin tinggi , mulai terbentuk deposit pada lubang saluran injeksi, cincin piston, dan cincin kanal piston. Hal ini akibat adanya ikatan rangkap yang mengalami keti dakstabilan akibat suhu memanas sehingga terjadi reaksi oksidasi, polimerisasi, dan terakumulasi dalam bentuk karbonisasi atau pembentukan deposit.
Pengembangan riset peningkatan stabilitas oksidasi telah dilakukan pada beberapa bahan baku yang memiliki stabilitas oksidasinya rendah (minyak biji matahari, minyak rapeseed, minyak tallow).γ-Tokoferol yang ditambahkan pada metil ester minyak biji matahari, minyak rapeseed, dan minyak tallow telah meningkatkan antioksidan pada minyak ter sebut (Mittelbach & Shober 2003).
Potensi Metil Ester Gondorukem
Rendemen distilat gondorukem relatif masih rendah (10%), akan tetapi rendemen alkil ester hasil distilasi sangat memuaskan (99.8%). Jika proses distilasi dapat dioptimumkan sebelum proses esterifikasi, maka metilasi gondorukem berpotensi untuk dikembangkan sebagai bahan bak ar nabati.
23