HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 PENGARUH DES PADA PEMBUATAN BIODIESEL DARI SPO
Proses pembuatan biodiesel dari bahan baku SPO maupun bahan baku lain yang mengandung kadar FFA yang relatif tinggi pada umumnya dilakukan dalam dua tahap, yaitu esterifikasi dan kemudian dilanjutkan dengan transesterifikasi. Esterifikasi merupakan tahap pendahuluan dimana FFA akan bereaksi dengan katalis asam dan membentuk ester yang baru dengan tujuan untuk mengurangi kadar FFA dalam bahan baku tersebut. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan biodiesel dalam dua tahap yang akan digunakan sebagai pembanding terhadap proses satu tahap yang akan dikaji. Gambar 4.1 menunjukkan kadar FFA SPO sebelum dan sesudah esterifikasi.
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa setelah dilakukannya esterifikasi terjadi penurunan kadar FFA SPO sebesar 3,4747%. Dalam proses esterifikasi, katalis asam memprotonasi gugus karbonil pada minyak, yang menyebabkan terjadinya karbokation. Alkohol nukleofilik menyerang karbon positif dan membentuk tetrahedral intermediate yang mengeliminasi alkohol untuk membentuk ester yang baru. Hal ini yang menyebabkan terjadinya penurunan FFA setelah dilakukannya esterifikasi, dimana sebagian besar FFA dalam SPO telah terkonversi menjadi ester yang baru [40].
Setelah kadar FFA berkurang, maka dilanjutkan proses transesterifikasi menggunakan basa kuat. Reaksi transesterifikasi melibatkan 2 fasa yang tidak dapat bercampur. Fasa dengan densitas yang rendah adalah alkohol, dengan katalis terlarut dan yang kedua adalah minyak. Reaksi antara keduanya berlangsung secara interfacial (antarmuka) dimana katalis tidak larut pada fasa minyak. Oleh karena itu, pengadukan diperlukan untuk meningkatkan area kontak antara kedua fasa tersebut [41]. Selain pengadukan, penambahan cosolvent juga dapat dijadikan alternatif dalam meningkatkan area kontak antarfasa yang bertujuan untuk mengatasi keterbatasan kelarutan alkohol dengan minyak agar dapat terbentuk satu fasa [42].
Pada penelitian ini, biodiesel yang dihasilkan dari proses transesterifikasi menggunakan DES berbasis ChCl : gliserol memberikan yield yang lebih baik dibandingkan dengan proses yang berlangsung tanpa menggunakan DES tersebut. Yield yang dicapai pada reaksi menggunakan DES berbasis ChCl : gliserol adalah sebesar 76,29% dengan kemurnian 99,5428%. Hal ini tentu berbeda jauh dengan yield dan kemurnian yang didapatkan dari proses transesterifikasi tanpa menggunakan DES berbasis ChCl : gliserol, dimana yield dan kemurnian yang diperoleh adalah 57,60% dan 94,9351%.
Penambahan DES berbasis ChCl : gliserol sebagai cosolventdalam proses transesterifikasi akan menyebabkan terbentuknya meniskus pada interfacial area antara minyak dengan etanol. Capillary forces adalah gaya tarik menarik yang terbentuk di area kontak antar partikel berdekatan. Capillary forces dapat dikatakan sebagai cara dimana salah satu fasa fluida dapat membentuk meniskus dalam fasa fluida lain. Capillary forces tidak hanya dapat diakibatkan oleh
terbentuknya meniskus, namun juga adanya capillary bridgeoleh fluida di dalam fluida lain. Terbentuknyacapillary bridge ini menimbulkan gaya tarik menarik di antar partikel (adhesi) dan mengurangi tegangan permukaan yang berada di sekitar meniskus. Tegangan permukaan dapat mempengaruhi transfer massa antar molekul [43, 44].
Minyak tidak larut dalam etanol akibat adanya gaya intermolekul (kohesi) yang kuat, namun setelah ditambahkan DES, DES akan bekerja pada interfacial area antara minyak dan etanol, membentuk meniskus dan capillary bridge, membuat gaya tarik menarik antar molekul minyak dan etanol, sehingga mengurangi surface tension dan mempercepat transfer massa dan dapat menjadi media reaksi antara etanol dan minyak.
4.2.1 Proses Pembuatan Biodiesel Secara Satu Tahap
Seperti yang telah dijelaskan pada sub-bab 4.2 bahwa penambahan DES berbasis ChCl : gliserol akan membentuk meniskus dan capillary bridge yang akan meningkatkan gaya tarik menarik antar molekul minyak dengan etanol dan mengurangi tegangan permukaan sehingga transfer massa antara etanol dengan minyak menjadi lebih cepat, maka dilakukanlah proses pembuatan biodiesel secara satu tahap (tanpa esterifikasi terlebih dahulu) dengan adanya DES yang berbasis ChCl : gliserol di dalam proses transesterifikasi dengan tujuan untuk mengkaji pengaruh DES tersebut di dalam proses tanpa esterifikasi. Gambar 4.2 menunjukkan hasil reaksi transesterifikasi tanpa DES yang berbasis ChCl : gliserol dan tanpa esterifikasi dengan hasil reaksi tanpa esterifikasi namun menggunakan DES yang berbasis ChCl : gliserol.
(a) (b)
Gambar 4.2 Hasil Reaksi Transesterifikasi Tanpa Esterifikasi : (a) Tanpa DES (b) Dengan DES
Dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa reaksi transesterifikasi tanpa DES dan tanpa melalui esterifikasi, terbentuk sabun dan emulsi, sedangkan untuk reaksi transesterifikasi dengan menggunakan DES berbasis ChCl : gliserol, terbentuk 2 lapisan yang terdiri dari lapisan etil ester dan lapisan gliserol.
Etanolisis merupakan kedua proses transesterifikasi trigliserida dan esterifikasi asam lemak untuk menghasilkan fatty acid ethyl ester (FAAE) atau yang sering disebut biodiesel, dengan produk samping berupa gliserol maupun air [45]. Reaksi etanolisis adalah reaksi yang reversibel dan berurutan, dimana 1 mol etanol bereaksi dan 1 mol ester terbentuk pada setiap tahapnya. Jumlah alkohol yang berlebih dari jumlah stoikiometri yang seharusnya diperlukan untuk menggeser kesetimbangan reaksi ke arah pembentukan produk (ester) [46]. Selama proses produksi biodiesel berlangsung dengan menggunakan katalis basa, pembentukan sabun bisa terjadi karena terhidrolisisnya trigliserida. Selain itu, tidak larutnya alkohol dalam trigliserida sering mengakibatkan terbentuknya emulsi selama reaksi berlangsung, namun ketika etanol yang digunakan sebagai alkohol dalam reaksi tersebut, emulsi yang terbentuk tidak segera terpecah untuk membentuk dua lapisan yang terdiri dari lapisan etil ester pada bagian atas dan lapisan gliserol pada bagian bawah. Emulsi yang terbentuk dengan adanya penggunaan etanol merupakan emulsi yang sangat stabil sehingga mempersulit proses pemisahan dan pemurnian ester [47].
4.2.2 Pengaruh Jumlah DES Berbasis ChCl : Gliserol terhadapYield
Pada pembahasan dalam sub-bab 4.2.1 disebutkan bahwa proses etanolisis merupakan proses pembuatan biodiesel yang sangat rentan terhadap pembentukan emulsi dan emulsi yang terbentuk dalam proses etanolisis merupakan emulsi yang sangat stabil sehingga sulit terpecah untuk membentuk dua lapisan terhadap hasil reaksi. Dengan ditambahkannya DES berbasis ChCl : gliserol, maka kelemahan etanolisis tersebut dapat diatasi dan mampu memberikan yield dan kemurnian yang cukup tinggi, sehingga dalam penelitian ini dilakukan variasi jumlah DES berbasis ChCl : gliserol untuk memperoleh jumlah DES yang tepat. Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh jumlah DES berbasis ChCl : gliserol terhadapayieldyang dihasilkan.
Gambar 4.3 Pengaruh Jumlah DES Berbasis ChCl : Gliserol terhadap YieldBiodiesel
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa yield yang dihasilkan dalam pembuatan biodiesel secara satu tahap mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya konsentrasi DES berbasis ChCl : gliserol selama reaksi berlangsung. Yield tertinggi yang diperoleh dalam penelitian ini dicapai pada saat konsentrasi DES berbasis ChCl : gliserol yang ditambahkan adalah sebesar 4%, dimana yield yang dihasilkan adalah sebesar 83,19% dengan kemurnian produk mencapai 99,5537%.
Dengan adanya penambahan DES dalam proses transesterifikasi dapat meminimalisir terjadinya reaksi saponifikasi sebab etil ester yang terbentuk dari reaksi transesterifikasi tersebut tidak larut dalam campuran DES dan etanol,
0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 Y ie ld (% ) Jumlah DES (%)
sehingga kontak langsung antara etil ester dan NaOH berkurang serta etil ester sebagai hasil reaksi membentuk 1 lapisan tersendiri [8]. Hal ini menyebabkan proses transesterifikasi dalam satu tahap dapat berlangsung dengan baik dan menghasilkan yieldyang tinggi walaupun tidak melalui tahap esterifikasi terlebih dahulu. Selain itu, untuk menghasilkan biodiesel dengan yield serta kemurnian yang tinggi tidak diperlukan waktu yang lama meskipun bahan baku yang digunakan mengandung kadar FFA yang cukup tinggi dengan adanya penambahan DES berbasis ChCl : gliserol tersebut.
4.3 PENGARUH DES BERBASIS CHCL : GLISEROL TERHADAP