B. PENELITIAN UTAMA
1. Pembuatan dan Karakterisasi Biodiesel
Dalam proses pembuatan biodiesel, menerapkan proses estrans karena minyak jarak memiliki tingkat keasaman yang cukup tinggi yaitu mencapai 11.58 mg KOH /g sampel. Menurut Gubitz (2001), dalam pembuatan biodiesel, minyak yang memiliki keasaman tinggi seperti minyak jarak, kapuk, dan canola kurang efektif jika langsung diproses secara transesterifikasi (katalis basa) karena asam lemak bebasnya akan bereaksi dengan basa kuat dan terjadi reaksi penyabunan, sehingga akan menghambat terbentuknya metil ester, selain itu juga dapat menyebabkan terbentuknya gel yang akan menghambat proses pemisahan gliserol. Oleh karena itu, asam lemak bebas yang tinggi dalam minyak harus dikonversi dulu menjadi metil ester dengan proses esterifikasi menggunakan katalis asam.
Pada reaksi esterifikasi biasanya ditambahkan katalis asam, karena reaksi esterifikasi membutuhkan energi aktivasi yang tinggi sehingga perlu katalis untuk mempercepat reaksi. Mekanisme reaksi esterifikasi yang memakai katalis asam, melibatkan protonasi atom oksigen pada gugus karbonil asam lemak. Kation H+ dari katalis asam akan memprotonasi oksigen (1) sehingga membentuk ion oksonium dan atom C akan kekurangan elektron sehingga akan menangkap molekul metanol pada sepanjang dipol CO+ gugus karbonil (2), kemudian terjadi pelepasan kation H+ pada senyawa alkohol (3) dan ditangkap oleh gugus hidroksil (4) untuk menghasilkan molekul air (5), selanjutnya proton dilepaskan untuk menghasilkan metil ester (6). Reaksi pertukaran antara molekul metanol dengan asam lemak berlangsung dengan sangat lambat dan sangat menentukan kesempurnaan proses reaksi keseluruhan. Mekanisme protonasi pada reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Mekanisme protonasi karbonil dalam pembentukan metil ester
Menurut Canakci dan Gerpen (2001), reaksi esterifikasi yang menggunakan rasio molar metanol : asam lemak bebas 20 : 1 cukup efektif menurunkan bilangan asam hingga kurang dari 2 mgKOH/g sampel. Hal ini terbukti pada penelitian ini, bilangan asam minyak jarak pagar setelah mengalami proses esterifikasi turun dari 12 mgKOH/g sampel menjadi 1.125 mg/KOH/g sampel. Penurunan bilangan asam selama proses pembuatan biodiesel dapat dilihat pada Gambar 17.
12 1,125 0,2 0 2 4 6 8 10 12
Minyak Jarak Hasil Esterifikasi Hasil
Transesterifikasi
Penurunan Bilangan Asam Selama Pembuatan Biodiesel
Bilangan Asam
Pada proses transesterifikasi, trigliserida akan direaksikan dengan katalis basa untuk dikonversi menjadi metil ester. Pada reaksi transesterifikasi tidak melalui tahapan protonasi gugus karbonil pada asam lemak dan tidak mengalami tahapan penukaran antara ion oksonium dengan alkohol. Sebagai gantinya terjadi penukaran antara ion karboksilat dengan ion metoksida. Ion metoksida merupakan suatu nukleofilik kuat yang berasal dari reaksi metanol dengan katalis basa. Ion ini dapat dengan mudah menukar gugus karbonil pada asam lemak, sehingga reaksi transesterifikasi dapat berjalan dengan cepat. Selain itu reaksi ini bersifat eksoterm sehingga panas yang dihasilkan dapat mempercepat reaksi.
Pada dasarnya proses transesterifikasi bertujuan untuk memecah dan menghilangkan gliserida serta menurunkan viskositas minyak, karena dalam reaksi transesterifikasi, trigliserida dikonversi secara bertahap menjadi gliserida, monogliserida, dan akhirnya menjadi gliserol. Oleh karena itu adanya pemecahan molekul trigliserida dapat menurunkan viskositas biodiesel.
Biodiesel yang dihasilkan, dianalisa sifat fisik dan kimianya. Hasil analisa terhadap sifat dan karakteristik biodiesel hasil penelitian beserta perbandingannya dengan standar SNI Biodiesel 2006 dapat dilihat pada Tabel 7, sedangkan gambar biodiesel hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 18.
Tabel 7. Karakteristik biodiesel jarak pagar dan perbandingannya dengan standar
Parameter Satuan Biodiesel Standar
Jarak Pagar (SNI Biodiesel 2006) Densitas (15oC) g / ml 0.8676 0.85 – 0.89
Viskositaskinematik (40oC) cSt 2.33 1.9 – 6.0 Bilangan asam mg KOH / g 0.20 maks 0.8 Bilangan Iod g I2 / 100 g 84.85 maks 115
Bilangan Penyabunan mg KOH / g 200.61
Kadar air % 0.12 maks 0.05 Bilangan Peroksida mg O2/ 100 g 4.75
Kalor Pembakaran kcal / kg 7352
Abu tersulfat % 0.024 maks 0.02 Bilangan Ester mg KOH / g 200.41
Berdasarkan tabel di atas, densitas biodiesel yang dianalisa masih masuk dalam standar yang ditetapkan, yaitu 0,8676 g/ml. Densitas biodiesel biasanya lebih tinggi daripada petrodiesel yang hanya berkisar sekitar 0, 83 g/ml, hal ini disebabkan karena bobot molekul metil ester lebih tinggi daripada petrodisel (Jaya, 2005). Densitas biodiesel dipengaruhi oleh komposisi asam lemak dan tingkat kemurnian esternya, sedangkan densitas petrodiesel dipengaruhi oleh proses pemurniannya.
Viskositas kinematik biodiesel pada suhu 40oC, diperoleh 2.33 cSt, sedang pada suhu ruang, viskositasnya adalah 4.63 cSt. Viskositas minyak jarak mengalami penurunan setelah diproses menjadi biodiesel, hal ini disebabkan adanya proses transesterifikasi yang dapat memecah gliserida dan menurunkan viskositas.
Viskositas kinematik biodiesel dipengaruhi oleh panjang rantai asam lemak, komposisi asam lemak, posisi dan jumlah ikatan rangkap dan jenis alkohol yang digunakan. Semakin panjang rantai asam lemak dan alkohol dalam ester atau hidrokarbon alifatik, maka viskositasnya makin tinggi pula.
Bilangan asam biodiesel hasil penelitian diperoleh sekitar 0.2 mg KOH/g sampel. Berdasarkan standar SNI Biodiesel 2006, nilai tersebut
memenuhi standar yang ditetapkan yaitu 0.8 mg KOH/g sampel. Selama pemrosesan minyak jarak pagar menjadi biodiesel, penurunan bilangan asam sangat tampak setelah proses esterifikasi yaitu dari 12 mg KOH/g sampel hingga 1.125 mg KOH/g sampel. Pada proses transesterifikasi, bilangan asam biodiesel juga masih mengalami penurunan dari 1.125 mg KOH/g sampel hingga 0.2 mg KOH/g sampel.
Bilangan iod merupakan bilangan yang menunjukkan derajat ketidakjenuhan suatu bahan. Pada umumnya angka iod pada minyak jarak maupun biodiesel relatif cukup tinggi. Bilangan iod yang terlalu tinggi pada biodiesel sebenarnya tidak baik karena jika terjadi pemanasan, dapat menyebabkan asam lemak tidak jenuhnya dapat menghasilkan polimerisasi gliserida yang dapat menghasilkan deposit sehingga menghambat kerja mesin, oleh karena itu nilai bilangan iod dibatasi hingga 115 g I2 / 100 g.
Dari hasil penelitian, diperoleh biodiesel dengan bilangan iod sebesar 84.85 g I2 / 100 g. Penurunan bilangan iod pada minyak jarak (95 g I2 / 100 g) hingga menjadi 84.85 g I2/100 g ketika sudah diproses menjadi biodiesel, disebabkan karena adanya pelakuan pemanasan dalam proses pembuatan biodiesel yaitu esterifikasi maupun transesterifikasi. Adanya pemanasan tersebut kemungkinan menyebabkan ikatan-ikatan tak jenuh dalam asam lemak penyusun minyak jarak pagar mengalami degradasi oleh suhu, sehingga bilangan iod pada biodiesel lebih rendah daripada minyak jarak pagar.
Hasil analisis kadar air pada biodiesel menunjukkan nilai 0.1 %, nilai tersebut melebihi batas yang ditetapkan oleh SNI Biodiesel yaitu 0.05 %. Kadar air pada biodiesel menjadi lebih tinggi daripada minyak jarak. Hal ini disebabkan karena adanya proses esterifikasi yang menghasilkan air dan adanya sisa-sisa air bekas pencucian, sehingga kadar airnya menjadi naik. Kadar air yang tinggi dapat mengakibatkan kalor pembakaran menjadi rendah dan terjadinya reaksi hidrolisis selama penyimpanan. Bahkan jika terdapat sisa air garam dalam bahan bakar, akan menyebabkan mesin diesel aus yang akhirnya akan berakibat korosi mesin. Oleh karena itu setelah pencucian biodiesel hendaknya dilakukan penyaringan biodiesel
menggunakan Na2SO4 untuk mengikat sisa air yang tertinggal pada biodiesel.
2. Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Antioksidan