HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENGARUH VARIABEL PROSES TERHADAP YIELD BIODIESEL PADA REAKSI TRANSESTERIFIKASI
4.1.1 Hasil Analisis Bahan Baku Crude Palm Oil(CPO)
Pada penelitian ini, bahan baku yang digunakan berupa minyak sawit mentah atau CPO sebagai reaktan dalam pembuatan biodieselyang diperoleh daripabrik kelapa sawit (PKS) PTPN IV, Medan.CPO merupakan minyak kasar yang diperoleh dengan cara ekstraksi daging buah sawit dan biasanya masih mengandung kotoran terlarut dan tidak terlarut dalam minyak. Pengotor yang dikenal dengan sebutan gum atau getah ini terdiri dari fosfatida, protein, hidrokarbon, karbohidrat, air, logam berat dan resin, asam lemak bebas (FFA), tokoferol, pigmen dan senyawa lainnya [37]. Berdasarkan hasil analisis komposisi CPO seperti yang terlihat pada table 4.1 dapat di lihat bahwa komposisi asam lemak tak jenuh sebesar 57,88%yang terdiri dari asam oleat 43,01%, asam linoleat 14,49%, asam dan linolenat 0,19%, yang mengakibatkan CPO cenderung berada dalam fase cair pada suhu kamar. Knothe, (2005) menyarankan minyak dengan kandungan asam oleat (C18:1) terbesar adalah minyak yang paling cocok untuk memproduksi biodiesel [46]. Asam oleat sangat berpengaruh untuk memproduksi biodiesel. Produksi biodiesel dari asam oleat memiliki kualitas yang dibutuhkan untuk menjadi pengganti diesel [47].
Tabel 4.1 menunjukkan hasil analisis komposisi asam-asam lemak (fatty acid composition) yang terkandung di dalam CPO dari analisis GC.
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO No. Puncak Retention Time
33
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak CPO (Lanjutan) No. Puncak Retention Time
Berdasarkan data komposisi asam lemak dari CPO maka dapat ditentukan bahwa berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida) adalah 853,4571 gr/mol sedangkan berat molekul FFA CPO adalah 271,8016 gr/mol. Selanjutnya, berdasarkan hasil analisis GC, komponen asam lemak yang dominan pada sampel CPO adalah pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 36,37% (b/b) dan pada puncak 6 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam oleat sebesar 43,01% (b/b), sehingga komposisi asam lemak jenuh sebesar 42,12% dan asam lemak tak jenuh sebesar 57,88%. Minyak sawit, selain mengandung komponen utama trigliserida (94%), juga mengandung asam lemak bebas (3-5%) dan komponen non trigliserida yang jumlahnya sangat kecil (1%), Komponen trigliserida pada minyak sawit terdiri dari Asam Miristat, Asam Palmitat, Asam Stearat, Asam Oleat dan Asam Linoleat, dan untuk komponen non trigliserida terdiri dari monogliserida, digliserida, fosfatida, karbohidrat, protein, bahan berlendir atau gum serta zat warna alami, adanya senyawa tersebut berpengaruh terhadap kualitas minyak sawit, misalnya perubahan bau, warna yang ditunjukkan dalam bentuk kadar kotoran, kadar air, bilangan asam, bilangan peroksida, bilangan penyabunan, zat warna dan sebagainya [37].
Komposisi asam lemak dalam bahan baku tidak akan berubah selama proses transesterifikasi berlangsung dan komposisi tersebut sangat penting untuk mengestimasi beberapa parameter biodiesel, seperti stabilitas oksidasi, bilangan setana, bilangan iodin, dan cold filter plugging point (CFPP) [48]. Asam lemak jenuh dan berantai panjang berpengaruh terhadap peningkatan bilangan setana dan stabilitas oksidasi, sedangkan asam lemak tak jenuh dan berantai pendek dapat meningkatkan viskositas dan karakteristik aliran pada saat suhu rendah, dimana kedua karakteristik ini sangat tidak diinginkan. Asam lemak jenuh yang tinggi akan memiliki freezing point yang lebih tinggi dibandingkan dengan asam lemak tak jenuh yang tinggi. Sedangkan untuk bilangan setana, dengan asam lemak tak jenuh yang tinggi akan memiliki bilangan
34
setana yang rendah dan dapat mengurangi stabilitas oksidasi yang mengakibatkan mesin akan menghasilkan emisi NOx yang tinggi [49].
CPO layak menjadi pertimbangan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel dapat dilihat dari segi ketersediaannya di Indonesia, Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk memproduksi biodiesel karena perkembangan produksi CPO di Indonesia meningkat setiap tahunnya sehingga negara-negara lain mengimpor CPO, karena ketersediaannya CPO yang tersedia sangat besar sehingga diharapkan mampu mengurangi biaya produksi dalam skala besar.
4.1.2 Analisis Kadar Airdan FFA Pada Crude Palm Oil (CPO)
Kadar air CPO yang digunakan dalam penelitian ini dianalisis dengan menggunakan metode uji AOCS Ca 2c-25 sedangkan kadar FFA dianalisis dengan menggunakan metode uji AOCS Ca 5a-40. Tabel 4.2 menunjukkan kadar air dan FFA dalam CPO.
Tabel 4.2 Kadar Air dan FFA Pada CPO
Kadar Persentase (%)
Air 3,90 %
FFA 4,45 %
Kadar air merupakan sebuah komponen kecil yang ditemukan dalam semua bahan baku yang akan digunakan dalam menghasilkan biodiesel. Kadar air sendiri penting untuk diperhatikan sebab dapat memberikan dampak buruk terhadap yield yang dihasilkan. Dari penelitian yang dilakukan oleh Ma (2006), menyatakan bahwa selama reaksi transesterifikasi berlangsung, kehadiran air menyebabkan dampak buruk yang lebih besar dibandingkan dengan tingginya kadar FFA. Kadar air yang melebihi 0,05%
dapat mengganggu proses transesterifikasi baik dengan katalis asam maupun basa, sebab air dapat bereaksi dengan katalis selama proses transesterifikasi sehingga dapat mengakibatkan terbentuknya sabun dan emulsi [50, 51, 52]. Adanya kandungan air dalam minyak juga dapat menyebabkan hidrolisis pada trigliserida dalam minyak yang mengakibatkan peningkatan kadar FFA dalam minyak [53].
Kadar air dan kandungan FFA merupakan dua hal utama yang harus diperhatikan. Selain kadar air, kandungan FFA yang melebihi 3% dalam bahan baku juga memicu terbentuknya sabun selama proses transesterifikasi berlangsung, sehingga dapat disimpulkan bahwa baik kadar air maupun FFA dapat membawa dampak buruk
35
terhadap hasil reaksi transesterifikasi, sebab kedua hal tersebut dapat menyebabkan terbentuknya sabun, meningkatkan jumlah katalis yang diperlukan, menurunkan keefektifan katalis, serta rendahnya konversi dan yield [52,54].
Dalam kajian yang dilakukan oleh beberapa peneliti terdahulu dengan menggunakan katalis heterogen dengan berbagai macam bahan baku, Hindryawati, dkk (2014) menggunakan bahan baku minyak jelantah dengan katalis silika, yang berasal dari abu sekam padi diimpregnasi dengan logam alkali (Li, Na, K) dengan bahan baku yang digunakan memiliki kadar air rendah yaitu sebesar 0,03% lebih rendah dari CPO [16], sedangkan kajian yang telah dilakukan oleh Lani,dkk (2016) menggunakan bahan baku minyak jelantah, katalis CaO yang berasal dari cangkang telur ayam dan katalis silika yang berasal dari abu sekam padi dan kemudian diimpregnasi, metanol, bahan baku yang digunakan memiliki kadar air sebesar 0,200 % lebih rendah dari CPO [15], dan kajian yang telah dilakukan oleh Chen, dkk (2015) pendekatan silifikasi untuk biomimetik dalam mensintesis katalis CaO-SiO2 untuk transesterifikasi dari minyak sawit olahan yang dibeli di supermarket yang digunakan untuk menjadi biodiesel, bahan baku yang digunakan memiliki kadar air 0.87% lebih rendah dari CPO[55].
Telah banyak kajian yang di lakukan untuk menurunkan kadar FFA pada bahan baku salah satu cara nya melalui proses adsorpsi dengan menggunakan karbon aktif mampu menurunkan kadar FFA dari 1.3% menjadi 0,6%, dimana penggunaan karbon aktifnya sebesar 10% [56]. Dalam pembuatan biodiesel baik kadar air maupun FFA dapat membawa dampak buruk terhadap hasil reaksi transesterifikasi jika terlalu tinggi, sebab kedua hal tersebut dapat menyebabkan terbentuknya sabun, meningkatkan jumlah katalis yang diperlukan, menurunkan keefektifan katalis, serta rendahnya konversi dan yield [52,54]. Peneliti telah mengunakan bahan baku CPO yang memiliki kadar air 3.90%, sehingga dari segi bahan baku peneliti menggunakan bahan baku yang under dibawah rata-rata dimana bahan baku yang digunakan biodiesel berkualitas rendah, kadar air dan kandungan FFA memiliki nilai yang sangat tinggi.
Kadar air dan kandungan FFA yang melebihi 3% dalam bahan baku juga memicu terbentuknya sabun selama proses transesterifikasi berlangsung, sehingga dapat disimpulkan bahwa baik kadar air maupun FFA dapat membawa dampak buruk terhadap hasil reaksi transesterifikasi, sebab kedua hal tersebut dapat menyebabkan terbentuknya sabun, meningkatkan jumlah katalis yang diperlukan, menurunkan keefektifan katalis, serta rendahnya konversi dan yield [37,39]. Penggunaan katalis
K-36
Silika dari abu daun bambu dengan matriks katalis silika untuk mengkonversi CPO menjadi biodiesel akan memiliki peran dalam mengkatalisis dan mengadsorb gumyang terdiri dari fosfatida, protein, hidrokarbon, karbohidrat, air, logam berat dan resin.
Adanya gum pada CPO mampu menyumbat pori-pori dan sisi aktif katalis sehingga mengurangi kinerja dari katalis K-Silika sendiri. Tetapi penggunaan silika sebagai matriks katalis diharapkan dapat berperan sebagai adsorben untuk menyerap yang bersifat polar seperti air dan asamsehingga kadar air dan kadar FFA yang besar yang ada pada CPO tidak akan menggangu reaksi yang menjadi masalah dalam sintesis biodiesel sehingga reaksi dapat berlangsung dengan baik.
4.1.3 Pengaruh Tipe Katalis dan Jumlah Katalis terhadap Yield Biodiesel
Pada penelitian ini, katalis yang digunakan terdiri dari beberapa tipe yaitu tipe katalis A1, A2, A3 dan A4, dengan masing-masing tipe katalis dilangsungkan pada reaksi transesterifikasi terhadap bahan baku CPO. Keterangan dari masing-masing tipe katalis yaitu:
1) A1 = Katalis yang diperoleh dari hasil kalsinasi pada suhu 500oC dengan rasio molar K : SiO2 (2,5 :1) tertentu sebesar K : SiO2: 10,9 – 31,10 %.
2) A2 = Katalis yang diperoleh dari hasil kalsinasi pada suhu 600oC dengan rasio molar K : SiO2 (2,5 :1) tertentu sebesar K : SiO2: 12,2 – 26,7%.
3) A3 = Katalis yang diperoleh dari hasil kalsinasi pada suhu 700oC dengan rasio molar K : SiO2 (2,5 :1) tertentu sebesar K : SiO2: 12,1 – 32,40%.
4) A4 = Katalis yang diperoleh dari hasil kalsinasi pada suhu 800oC dengan rasio molar K : SiO2 (2,5 :1) tertentu sebesar K : SiO2: 10,7 – 31,10 %
Gambar 4.1 Hubungan antara Jumlah Katalis dan Tipe Katalis dengan Yield
Yield (%)
Katalis (% berat)
37
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa semakin besar jumlah katalis yang digunakan untuk semua variasi tipe katalis maka yield biodiesel yang dihasilkan akan semakin meningkat hingga mencapai titik tertentu, lalu mengalami penurunan. Untuk semua jenis tipe katalis dengan jumlah katalis tertentu dapat dijelaskan bahwa pada tipe katalis A1 dengan jumlah katalis 3 % hingga 4% mengalami peningkatan kadar ester dan reaksi berjalan baik lalu mengalami penurunan pada penggunaan katalis 5%, tipe katalis A2 dengan jumlah katalis 4 % mengalami peningkatan yield pada jumlah katalis 4 %lalu mengalami penurunan pada penggunaan katalis 5%, tipe katalis A3yield semakin meningkat hingga jumlah katalis 3 - 4%, lalu mengalami penurunan pada penggunaan katalis sebanyak 5%. Hal yang sama dapat dilihat pada gambar 4.1 untuk tipe katalis A4 terjadi penurunan yield pada penggunaan katalis sebanyak 5%. Sehingga kecenderungan untuk semua tipe katalis berada pada kondisi optimum dengan penggunaan berat katalis 4%. Dari gambar 4.1 dapat dijelaskan bahwa jika melebihi jumlah katalis 4% maka menyebabkan campuran katalis dan reaktan akan semakin kental, yang menyebabkan peningkatan viskositassehingga akan membuat terjadinya kesulitan untuk terjadi perpindahan massa karena tumbukan antar molekul nya yang tidak bebas sehingga gaya interaksi antar molekul melemah yang dapat menyebabkan penurunan pada yield metil ester.
Berbagai kajian yang pernah dilakukan dengan menggunakan katalis heterogendan diketahui karakteristik biodiesel yang dihasilkan telah memenuhi standar yang ditetapkan. Roschat, dkk [14] dimana digunakan katalis heterogen Na/SiO2 dari abu sekam padi yang mengasilkan yield 97% dengan berat katalis 2.5%. Ali, dkk [57]
menggunakan katalis kalsium oksida-silikon dioksida-asam sulfat yang diimpregnasi methanol dengan kandungan metil ester yang didapatkkan sebesar 97.21%, berat katalis 5%.
Dari gambar 4.1 juga dapat dilihat bahwa untuk jumlah kalium yang ada pada setiap katalis maka tipe katalis yang memiliki kadar kalium yang tertinggi dimiliki oleh tipe katalis A2 dan A3untuk jumlah katalis yang sama yaitu sebesar 4%, tetapi hasil yield yang tertinggi yang di dapat tidak berada pada A2 dan A3 yang memiliki kadar kalium tertinggi melainkan pada tipe katalis A4yang tidak memiliki kadar kalium yang tertinggi, sehingga dapat dijelaskan bahwa kadar kalium bukan satu-satunya parameterpenentu keberhasilan dalam mengkatalisis reaksi ini. Jika dilihat dari
38
kandungan silika maka tipe katalis yang memiliki kadar silika tertinggi dimiliki oleh tipe katalis A3 sebesar 32.40%, sehingga ada peran nya silika di dalam reaksi ini dan menghasil hasil yang berbeda-beda, tetapi dengan kandungan silika yang tinggi justru tidak menghasilkan yield dan kadar metil ester yang tinggi. Sementara pada tipe katalis A3 dan A2dengan kandungan Si yang berbeda-beda yang memiliki kandungan kalium yang hampir sama dan tidak cukup berbeda signifikan tapi menghasilkan yield yang masih rendahdi dapat bahwa A4 berada pada kondisi yield yang tertinggi. Sehingga dari penjelasan tersebut bahwa dari rasio K-Silika dalam katalis masing-masing tipe katalis yaitu A1 (1:2), A2 (1:2), A3 (1:2) dan A4 (1:3) sehingga dengan perbandingan rasio (1:3) adalah keberadaan kalium dan silika yang terbaik dalam menjalankan reaksi ini.
4.2 Pengaruh Waktu Reaksi dan Tipe Katalis Reaksi Transesterifikasi Menjadi