IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. PROSES TRANSESTERIFIKASI OLEIN MENJADI BIODIESEL
Pemilihan proses yang tepat dalam produksi metil ester berbahan baku olein sawit adalah proses transesterifikasi. Proses ini dipilih karena kandungan FFA (free fatty acid) dalam olein kurang dari 2% sehingga proses pengubahan metil ester secara langsung dapat dilakukan. Nimcevic et al. (2000), menyatakan proses transesterifikasi sangat cocok dilakukan dalam memproduksi biodiesel dengan FFA yang rendah pada bahan baku. FFA yang sangat kecil tidak mempengaruhi kinerja katalis basa yang digunakan. Gugus alkohol dalam proses ini memotong ikatan ester asam lemak trigliserida sehingga membentuk 3 molekul alkil ester dan 1 molekul gliserol. Berikut adalah reaksi transesterifikasi trigliserida minyak nabati menjadi alkil ester atau biodiesel (Knothe 2004).
Gambar 17. Reaksi transesterifikasi pada produksi biodiesel
Pada reaksi ini, jenis alkohol yang banyak digunakan adalah metanol. Salah satu alasan penggunaan metanol dalam produksi biodiesel adalah karena harganya yang cukup murah meskipun alkohol jenis lain seperti etanol atau iso propanol mungkin bisa menghasilkan biodiesel dengan sifat lebih baik dari pada biodiesel dengan metanol (Knothe 2000). Produksi biodiesel dilakukan pada plant biodiesel dengan diagram alir seperti terlihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Diagram alir plant produksi biodiesel O
CH2–O–C–R CH2–OH │ O O │ CH–O–C–R + 3 R’OH 3 R’–O–C–R + CH–OH
│ O │ CH2–O–C–R CH2–OH
Trigliserida Alkohol Alkil Ester Gliserol (Minyak Nabati) (Biodiesel)
katalis Air Tangki Heating Metoksida Olein Tangki Washing Tangki Settling Tangki Sabun Tangki Drying Tangki Reaksi Gliserol Biodiesel
25 Produksi biodiesel yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebanyak 7 kali proses menyesuaikan dengan kemampuan alat produksi. Proses transesterifikasi dilakukan pada pilot plant produksi biodiesel kapasitas 140-150 liter bahan baku. Tabel 9 berikut adalah data produksi biodiesel olein.
Tabel 9. Data produksi biodiesel olein No.
Bacth
Bahan Baku Produk Rendemen
(%) Olein (liter) Metanol (liter) KOH (kg) Biodiesel (liter)
1 120 19,00 1,20 61 50,83 2 121 19,15 1,21 107 88,43 3 120 19,00 1,20 107 89,17 4 120 19,00 1,20 101 84,17 5 120 19,00 1,20 107 89,17 6 120 19,00 1,20 107 89,17 7 120 19,00 1,20 103 85,83
Total Biodiesel dan Rendemen Keseluruhan 693 82,40 Pada Tabel 9, diketahui bahwa rendemen terkecil dari konversi olein menjadi biodiesel adalah 50,83% dan nilai rendemen tertinggi adalah 89,17%. Perbedaan yang cukup tinggi dari nilai rendemen ini dikarenakan terdapat faktor kritis dalam produksi biodiesel. Faktor kritis tersebut adalah:
1. Suhu reaksi transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi dapat berlangsung dengan baik jika kondisi suhu dan pengadukan dilakukan dengan benar. Suhu transesterifikasi adalah 60o
2. Pengadukan pada proses pencucian
C dan dijaga sampai selama 1 jam. Apabila suhu minyak terlalu tinggi maka akan menyebabkan metanol menguap saat kontak dengan minyak dan biodiesel yang dihasilkan kualitasnya kurang baik.
Pengadukan terlalu lama pada proses pencucian dapat menyebabkan terbentuknya emulsi metil ester dan air. Oleh karenanya, pengadukan diharapkan dilakukan dengan baik dan hanya membuang sabun yang terbentuk.
Apabila dilihat secara keseluruhan, produksi biodiesel dalam penelitian ini cukup baik. Hal ini berdasarkan nilai rendemen total sebesar 82,40%. Noureddini et al. (1998) melaporkan bahwa pada produksi biodiesel secara bacth mampu dihasilkan rendeman sebesar 80−94%. Penampakan fisik bahan baku dan produk proses transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 19.
26 Produk samping dari proses produksi biodiesel adalah gliserol atau disebut juga gliserin. Gliserol sebenarnya adalah rantai utama trigliserida. Saat reaksi transesterifikasi berlangsung, gliserol terbentuk karena gugus utama yang telah melepas ikatan asam lemak, berikatan dengan ion H+
4.1.1 Pengaruh Transesterifikasi Terhadap Komposisi FAME Biodiesel
dari metanol. Gliserol dari proses transesterifikasi memiliki penampakan fisik berwarna kecokelatan dan memiliki viskositas lebih tinggi dari biodiesel olein.
Komposisi fatty acid methyl ester dalam biodiesel sangat ditentukan dari bahan baku yang digunakan. Pada uji menggunakan gas kromatografi (GC) dapat diketahui bahwa proses transesterifikasi mampu mengubah asam lemak dalam trigileserida menjadi metil ester dengan tingkat konversi 94,64%. Tingkat konversi ini cukup tinggi kerena hanya sebagian kecil dari asam lemak spesifik yang tidak terkonversi. Hasil uji GC hanya mampu terbaca 7 jenis asam lemak dan metil ester dalam olein dan biodiesel olein. Tabel 10 menjelaskan komponen asam lemak dan metil ester yang dianalisis menggunakan GC.
Tabel 10. Hasil uji GC asam lemak dan metil ester
Asam Lemak dan Metil Ester Persentase (b/b)
Olein Biodiesel Olein
Miristat (C14:0) 0,71 0,62 Palmitat (C16:0) 30,80 29,64 Stearat (C18:0) 3,45 3,20 Oleat (C18:1) 31,62 29,89 Linoleat (C18:2) 12,97 11,95 Linolenat (C18:3) 0,45 0,24 Arakidat (C20:0) 0,25 0,41 Jumlah 80,25 75,95
Pada Tabel 10, berdasarkan uji GC nilai asam lemak jenuh dominan pada olein sawit adalah asam lemak palmitat (C16:0
Asam lemak yang terdapat dalam olein tersebut dikonversi sehingga menjadi metil ester yang menyusun biodiesel. Data uji GC ini juga menunjukkan bahwa dalam biodiesel olein terdapat metil ester dominan berupa metil ester palmitat (C
) sebesar 30,80% (b/b). Satuan dalam penentuan kadar asam lemak ini adalah persen bobot/bobot, artinya dalam 100 gram olein sawit terdapat 30,80 gram asam lemak palmitat. Sementara itu, terdapat juga asam lemak tidak jenuh dominan dalam olein yaitu asam lemak oleat dengan kadar 31,62% (b/b). Basiron (1996) juga menyebutkan bahwa asam lemak dominan dalam olein adalah asam lemak palmitat dan asam lemak oleat.
16:0) sebesar 29,64% (b/b) dan metil
ester oleat (C18:1
4.1.2 Pengaruh Transesterifikasi Terhadap Sifat Fisiko Kimia Biodiesel
) sebesar 29,89% (b/b). Proses transesterifikasi pada penelitian ini sangat baik karena konversi metil ester yang tinggi sehingga kadar metil ester yang terbentuk mendekati jumlah asam lemak penyusunnya.
Proses transesterifikasi mempengaruhi perubahan sifat fisiko kimia olein. Pengujian sifat fisiko kimia bertujuan untuk membandingkan beberapa parameter yang berubah saat olein dikonversi menjadi biodiesel. Tabel 11 menjelaskan perubahan nilai beberapa sifat pada olein dan biodiesel yang dihasilkan.
27 Tabel 11. Hasil analisis sifat fisiko kimia olein dan biodiesel olein
Parameter Nilai
Olein Biodiesel Olein
Densitas (g/cm3) 0,91 ± 0,001 0,87 ± 0,001
Bilangan Iod (mg Iod/g) 54,97 ± 0,88 57,14 ± 0,33 Bilangan Penyabunan (mg KOH/g) 190,52 ± 1,65 192,46 ± 0,46
Bilangan Asam (mg KOH/g) 0,49 ± 0,04 0,27 ± 0,01
FFA (%) 0,22 ± 0,09 0,12 ± 0,01
Nilai dalam kolom olein dan biodiesel olein adalah rata-rata ± standar deviasi dari n=2
4.1.1.1 Densitas
Pada hasil pengukuran nilai densitas olein dan biodiesel olein terdapat perubahan nilai densitas. Densitas biodiesel olein menjadi lebih kecil dibandingkan bahan baku awal. Paremater ini menyebabkan kekentalan atau viskositas biodiesel lebih kecil juga. Sifat fisik densitas merupakan salah satu parameter paling mudah untuk membedakan antara minyak dan biodiesel hanya melihat dari sifat kekentalannya. Biodiesel pada umumnya memiliki densitas dan viskositas yang lebih kecil dibandingkan bahan baku awal yang digunakan. Nilai densitas olein adalah 0,91 g/cm3 sedangkan densitas biodiesel olein yang dihasilkan adalah 0,87 g/cm3. Menurut Gerpen (2000), nilai standar densitas FAME adalah 0,86–0,90 g/cm3
Konversi olein menjadi biodiesel lewat reaksi transesterifikasi ini merupakan solusi untuk menurunkan nilai densitas sehingga proses pembakaran dalam ruang bakar berjalan dengan baik. Nilai densitas biodiesel berpengaruh terhadap pemanasan dan penggunaan bahan bakar yang memasuki ruang bakar. Kondisi ini digambarkan sebagai nilai viskositas kinemateik FAME. Biodiesel yang baik memiliki viskositas kinematik yang besar (Tat dan Gerpen 2000). Biodiesel olein yang memiiki kandungan metil ester palmitat (C
. Berdasarkan acuan literatur tersebut, maka biodiesel olein yang dihasilkan dalam penelitian ini memenuhi standar internasional biodiesel.
16:0) dan metil ester oleat (C18:1) dominan
memiliki nilai viskositas kinematik cukup besar yaitu masing-masing 4,32 mm2/s dan 4,45 mm2
4.1.1.2 Bilangan Iod
/s (Worgetter et al. 1998).
Nilai bilangan iod dalam biodiesel menggambarkan banyaknya ikatan rangkap (tidak jenuh) dalam biodiesel. Asam lemak dan metil ester tidak jenuh mampu menyerap sejumlah iod yang akan membentuk senyawa jenuh (Ketaren 1996). Berdasarkan data pengujian, dapat diketahui bahwa proses transesterifikasi tidak terlalu berpengaruh terhadap perubahan bilangan iod. Hal ini dikarenakan proses transesterifikasi tidak memotong ikatan rangkap dalam molekul asam lemak. Proses transesterifikasi juga tidak menggunakan suhu yang terlalu tinggi sehingga tidak mempengaruhi ikatan rangkap dalam trigliserida. Hasil pengukuran bilangan iod olein diperoleh angka 54,97 mg I2/g dan nilai bilangan iod biodiesel 57,14 mg I2
Nilai bilangan iod menunjukkan ketidakjenuhan biodiesel. Apabila jumlah komponen tidak jenuh ini sangat tinggi dalam biodiesel maka dapat menyembabkan menurunkan cloud point, menurunkan angka setana, menurunkan stabilitas dan meningkatkan NOx. Penurunan cloud point merupakan manfaat positif karena menyebabkan biodiesel dapat digunakan ditempat bersuhu rendah. Sementara penurunan angka setana dan stabilitas adalah manfaat negatif karena menurunkan kualitas biodiesel. Selain itu, tingginya komponen dengan ikatan rangkap ≥ 2 dapat
28 menyebabkan auto oksidasi metil ester dengan udara membentuk senyawa berikatan silang dan bersifat tidak larut. Senyawa yang terbentuk berisiko menghambat operasi pompa suplai bahan bakar dan menyumbat filter. Kondisi ini menganggu mesin yang sedang beroperasi dan tidak efisien (Gerpen 2004).
4.1.1.3 Bilangan Penyabunan
Bilangan penyabunan pada biodiesel menggambarkan jumlah alkali yang dibutuhkan untuk menyabunkan komponen asam lemak dan metil ester. Besarnya bilangan penyabunan tergantung dari berat molekul. Minyak dan metil ester yang memiliki bobot molekul rendah akan memiliki nilai bilangan penyabunan yang lebih tinggi (Ketaren 1996). Hasil uji bilangan penyabunan menunjukkan bahwa olein memiliki angka penyabunan yang lebih rendah dibandingkan biodiesel olein. Nilai bilangan penyabunan olein yang diperoleh adalah 190,52 mg KOH/g, sedangkan bilangan penyabunan biodiesel olein adalah 192,46 mg KOH/g.
Perubahan yang terjadi pada bilangan penyabunan diakibatkan karena perubahan molekul dari senyawa trigliresida menjadi metil ester. Senyawa trigliserida merupakan molekul yang lebih besar dibandingkan metil ester. Molekul metil ester yang lebih kecil ini menghasilkan nilai bilangan penyabunan yang meningkat. Bilangan penyabunan juga menjadi parameter untuk menentukan jenis minyak dan biodiesel. Minyak dan biodiesel dengan nilai bilangan penyabunan yang besar pada umumnya didominasi oleh molekul asam lemak dan metil ester dengan rantai pendek.
4.1.1.4 Nilai Asam
Nilai bilangan asam dan kadar asam lemak bebas atau free fatty acid (FFA) dapat diperoleh dalam uji secara bersamaan. Nilai asam merupakan ukuran dari jumlah asam lemak bebas dalam senyawa minyak atau metil ester. Secara garis besar, nilai bilangan asam dan kadar FFA mengalami penurunan selama proses transesterifikasi. Penurunan yang terjadi diakibatkan karena pengaruh reaksi dengan metanol yang mengubah asam lemak bebas menjadi metil ester. Sementara itu, masih terdapat asam lemak bebas yang berada dalam biodiesel karena reaksi yang kurang maksimal sehingga tidak secara sempurna mengkonversi asam lemak menjadi metil ester. Nilai bilangan asam dan FFA untuk olein berturut-turut adalah 0,49 mg KOH/g dan 0,22%. Nilai asam olein ini berbeda dengan biodiesel olein dimana bilangan asam dan FFA adalah 0,27 mg KOH/g dan 0,12 %.
Kandungan FFA dalam dalam minyak dan biodiesel mempengaruhi proses penyabunan. Apabila kandungan FFA sangat tinggi dalam olein dan biodiesel olein maka FFA akan bereaksi dengan katalis basa sehingga membentuk sabun. Namun, jika nilainya sangat kecil maka tidak berpengaruh nyata. Hal ini yang mendasari pemilihan proses pembuatan biodiesel. Jika FFA > 2% maka proses produksi biodiesel menggunakan 2 tahap reaksi yaitu esterifikasi dan transesterifikasi. Ini dilakukan agar FFA dalam minyak dikonversi langsung menjadi metil ester dengan bantuan katalis asam sulfat. Proses transesterfikasi tidak dipilih pada minyak dengan FFA > 2% adalah karena FFA akan bereaksi dengan katalis basa (KOH atau NAOH) dan membentuk sabun sehingga proses berjalan tidak sempurna. Kandungan FFA yang sangat tinggi dalam biodiesel berpengaruh pada kinerja mesin diesel. FFA dalam biodiesel mampu menyebabkan kerusakan pada karet mesin dan bersifat korosif terhadap mesin. Oleh karenanya, pada biodiesel diharuskan memiliki FFA yang kecil. Cvengros (1998) menyebutkan standar biodiesel Eropa mensyaratkan nilai bilangan asam ≤ 0,5 mg KOH/ g.
29