BAB II. LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Pengolahan Air Laut dan Komposisi Brine Water
a. Komposisi Kimia Air Laut
Komposisi kimia air laut hampir selalu konstan di wilayah manapun di dunia ini. Dalam 1000 gram air laut, selain air yang merupakan komponen terbesar sebanyak 965 gram, terdapat juga sejumlah komponen garam-garam terlarut (salinitas) sebanyak 35 gram. Dari kadar salinitas tersebut, terdapat beberapa ion-ion utama. Menurut Anderson (2003), salinitas air laut dipengaruhi oleh ion-ion seperti yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini :
Tabel 1. Ion-ion yang Mempengaruhi Salinitas Air Laut
Ion-ion Kadar dalam o/oo berat Proporsi Salinitas Total
Klorida (Cl-) 19,345 55,03 Natrium (Na+) 10,752 30,59 Sulfat (SO42-) 2,701 7,68 Magnesium (Mg2+) 1,295 3,68 Kalsium (Ca2+) 0,416 1,18 Kalium (K+) 0,390 1,11 Bilkarbonat (HCO3-) 0,145 0,41 Bromida (Br-) 0,066 0,19 Borat (BO32-) 0,037 0,08 Stronsium (Sr2+) 0,013 0,04 Fluorida (F-) 0,001 0,003 Lainnya < 0,001 < 0,001 b. Proses Desalinasi Air Laut
Proses desalinasi air laut adalah proses penghilangan garam-garam atau pengurangan kadar garam yang ada pada air laut. Hasil dari suatu proses desalinasi dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu air yang memiliki kadar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
garam rendah yang disebut dengan treated water atau product water, sedangkan yang lainnya adalah air dengan kadar garam lebih tinggi dari pada aslinya yang disebut dengan konsentrat brine atau konsentrat saja. Menurut Younos et al. (2005) ada tiga teknologi yang digunakan dalam proses desalinasi, yaitu teknologi membran, teknologi termal (distilasi) dan pendekatan kimiawi. Pemilihan teknologi untuk desalinasi ini sangat tergantung pada situasi dan kondisi yang ada. Dalam penelitian ini, akan difokuskan pada brine water hasil proses dengan menggunakan teknologi membran dengan sistem osmosis balik (reverse osmose).
Osmosis balik adalah suatu proses fisika yang menggunakan fenomena osmosis, yaitu perbedaan tekanan osmotik antara air garam dengan air murni untuk menghilangkan garam-garam dari air laut. Dalam proses osmosis balik ini, suatu tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik diaplikasikan pada air laut untuk membalikkan aliran melalui pori-pori membran sintesis sehingga dihasilkan air murni (freshwater). Kemampuan proses osmosis balik ini dapat mencapai 45.000 mg/L padatan terlarut total (Total Dissolved Solid). Dengan kemampuannya ini maka teknologi membran osmosis balik sangat sesuai digunakan untuk menghilangkan garam-garam yang terdapat pada air laut.
2. Hydrotalcite
Hydrotalcite merupakan lempung anionik yang terdiri dari lapisan bermuatan positif dengan anion interkalat dan molekul air dalam daerah interlayer
(Rajamanthi et al., 2001). Dalam bentuk naturalnya hidrotalsit merupakan suatu hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan formula [Mg6Al2(OH)16]2+CO32-.4H2O. Lempung anionik yang sering dikenal sebagai senyawa serupa hydrotalcite (hydrotalcite-like) dituliskan sebagai :
[M2+ 1-xM3+
x(OH)2]x+ [A
m-x/m].nH2O
dimana M2+ adalah kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ atau Cd2+ sedangkan M3+ adalah kation logam trivalen (bervalensi tiga), seperti Al3+, Cr3+, Ga3+, atau Fe3+ dengan x adalah fraksi mol M3+/( M3+ + M2+). Nilai x biasanya berkisar antara 0,2 - 0,33. Am- adalah
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
anion penyeimbang antar lapisan seperti CO32-, SO42-, Cl-, NO3-, atau anion organik dan n menunjukkan kandungan air dalam daerah interlayer (Yang et al., 2007). Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintesis disebut Hydrotalcite-like (HTlc).
Hidrotalsit mempunyai struktur mirip brucite, Mg(OH)2, dengan ion Mg2+ dikelilingi 6 ion OH- secara oktahedral (Kloprongge et al., 2001). Ion Mg2+ dalam
hydrotalcite diganti dengan alumunium yang merupakan kation dengan muatan lebih besar tetapi jari-jarinya tidak jauh berbeda (jari-jari Mg2+ = 0,660 Å; jari-jari Al3+ = 0,510 Å . Hal ini menjadikan brucite tersebut sebagai jaringan muatan positif. Struktur brucite dan hydrotalcite ditunjukkan pada Gambar 1 (a) dan (b).
Mg O O H Mg O O H H Mg O H Mg H O H Mg O O H Al O O H H Mg O H Mg H O H (a) (b)
Gambar 1. (a) Brucite - Mg(OH)2; (b) Hydrotalcite - Mg6Al2(OH)16(CO32-).4H2O (Hickey, 2001)
Gambar 2. Representasi skematis (a) Struktur brucite; (b) Struktur hydrotalcite
(Kannan, 2006)
(CO32-)0.5.H2O
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Hydrotalcite adalah salah satu jenis dari senyawa hidroksida ganda berlapis (Layered Double Hydroxides/LDH). Layered Double Hydroxides adalah lapisan berstruktur campuran hidroksida logam dengan muatan positif permanen akibat adanya substitusi isomorfi dengan anion penyeimbang pada daerah antar-lapisnya. Dengan adanya anion dan molekul air yang terinterkalasi di dalam daerah interlayer menyebabkan hidrotalsit mempunyai kemampuan pertukaran anion yang signifikan. Struktur LDH terbentuk dengan menggantikan sepertiga bagian dari kation divalen pada lapisan hidroksida logam dengan ion trivalen. Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan empat molekul H2O yang terikat lemah pada sisi muatan positif yang berlebih (Arrhenius, 2003).
Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan hidroksida dari magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion diantara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya (Orthman et al., 2000). Jumlah dan susunan anion penyeimbang muatan di dalam hidrotalsit ditentukan oleh rasio mol Mg/Al (Newman and Jones, 1998). Rasio ini berkisar antara 1/1 sampai 4/1. Struktur hidrotalsit dengan anion interlayernya ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 3. Struktur lapisan kristal senyawa hidrotalsit (Winter, 2006) Senyawa hydrotalcite sekarang ini telah banyak dikembangkan karena potensi yang dimilikinya baik untuk adsorben (Wright, 2002), penukar ion
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright (2002) menyebutkan bahwa hidrotalsit memiliki sejumlah sifat yang membuatnya berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah:
1. Luas permukaan yang cukup besar (100-300 m2/gram).
2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi logam pada struktur hidrotalsit yang cukup tinggi.
3. Memiliki efek sinergis antar lapisan.
4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi).
Hydrotalcite sebagai katalis mempunyai beberapa keuntungan diantaranya proses penanganannya mudah, mudah dipisahkan dengan produk, ramah lingkungan dan menghasilkan produk yang bagus (Kishore and Kannan, 2002). Perannya sebagai katalis, senyawa hidrotalsit banyak digunakan dalam berbagai reaksi yang berkataliskan basa seperti, kondensasi aldol, isomerisasi ikatan rangkap pada alkena, dan dehidrogenasi 2-propanol (Kishore and Kannan, 2004).
3. Sintesis Hydrotalcite-like (HTlc) Menggunakan Magnesium dari Air Laut
Kameda et al. (2000) telah berhasil membuat hydrotalcite-like dari magnesium yang berasal dari air laut. Dalam pembuatan Mg-Al hidrotalsit tersebut, Kameda menggunakan air laut tiruan (artificial seawater) yang mengandung NaCl, Na2SO4, MgCl2 dan CaCl2.
Sintesis ini diawali dengan membuat larutan awal (starting solution) dari air laut tiruan dengan cara mengendapkan ion kalsium terlebih dahulu yang merupakan pengotor menggunakan larutan campuran antara NaHCO3 0,2M dan Na2CO3 0,1M dengan pengadukan selama 1 jam pada suhu 95°C. Filtrat yang diperoleh kemudian ditambahkan sumber Aluminium (AlCl3) dengan rasio mol awal antara Mg dengan Al bervariasi dari 2 sampai 4. Proses berikutnya adalah penambahan Na2CO3 0,10 M hingga diperoleh pH 10, kemudian larutan ini diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 °C.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4. Hydrotalcite-like (HTlc) sebagai Katalis Transesterifikasi
Beberapa studi telah menunjukkan bahwa Mg-Al Layered Double Hydroxides terkalsinasi memiliki aktivitas moderat dalam reaksi transesterifikasi (Cantrell et al., 2005; Xie et al., 2006). Corma et al. (2005) telah melaporkan bahwa Li-Al dan Mg-Al terkalsinasi dapat mengkatalisis gliserol dari metil ester asam lemak menjadi monogliserida (kebalikan dari sintesis biodesel). Shumaker
et al. (2008) menggunakan Li-Al Layered Double Hydroxides untuk mengkatalisis minyak kedelai dengan methanol, dan Liu et al. (2007) menggunakan Mg-Al HTlc terkalsinasi untuk mengkatalisis minyak poultry
dengan metanol. Akan tetapi, dalam penelitiannya, katalis Mg-Al HTlc dan juga oksida terkalsinasinya, menunjukkan aktivitas yang rendah selama reaksi antara minyak dan metanol pada temperatur rendah (sekitar titik didih metanol) dibandingkan dengan Li-Al Layered Double Hydroxides. Untuk memperbaiki keadaan ini, ke dalam Mg-Al HTlc sering ditambahkan zat-zat aktif agar aktivitas Mg-Al HTlc sebagai katalis akan semakin tinggi. Sun et al. (2006), telah melaporkan bahwa katalis KNO3/HT terbukti lebih aktif daripada katalis KNO3/Al2O3 pada proses metilasi siklopentadiena. Gao et al. (2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah mencampurkan KF pada Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%.
5. Kalium Fluorida (KF)
Kalium fluorida berada dalam kategori logam alkali halida yang terdiri dari logam alkali dan halida. Logam alkali termasuk dalam unsur-unsur golongan IA yaitu dalam rentang grup dari lithium ke fransium yang sangat reaktif dan peningkatan reaktivitas bergerak turun yaitu dari lithium ke fransium. Pada reaktivitas tinggi membentuk senyawa ionik yang stabil dengan halogen dari golongan VIIA dan karenanya disebut logam alkali halida. Kalium fluorida adalah contoh yang baik untuk logam alkali halida yang khas.
Kalium fluorida (KF) merupakan bubuk kristal putih yang larut dalam air. Sifatnya beracun dan berbahaya jika terhirup atau dikonsumsi. Bersifat sangat korosif dan kontak dengan kulit dapat menyebabkan luka bakar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gao et al. (2008) dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit menjadi biodiesel telah mencampurkan KF pada Mg-Al hidrotalsit dan menghasilkan metil ester asam lemak mencapai 92%. Penelitian Gao et al. (2010) menggunakan kalalis KF/Ca-Mg-Al hidrotalsit dalam reaksi transesterifikasi minyak sawit dan diperoleh konversi biodiesel sebesar 98 %. Teng et al. (2009) menggunakan katalis KF/Al2O3 dalam reaksi transesterifikasi minyak kedelai dan diperoleh hasil biodiesel > 99 %.
6. Minyak Kelapa Sawit
Minyak kelapa sawit dapat dihasilkan dari inti kelapa sawit yang dinamakan minyak inti kelapa sawit. Minyak kelapa sawit tersusun atas lemak dan minyak alam yang terdiri atas trigliserida, digliserida dan monogliserida, asam lemak bebas, moisture, pengotor dan komponen-komponen minor bukan minyak/ lemak yang secara umum disebut dengan senyawa yang tidak tersabunkan.
Pemanfaatan minyak nabati tidak dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar mesin diesel (biodiesel). Viskositas minyak nabati yang terlalu tinggi menyebabkan proses penginjeksian dan atomisasi bahan bakar tidak dapat berlangsung dengan baik, sehingga akan menghasilkan pembakaran yang kurang sempurna yang dapat mengakibatkan terbentuknya deposit dalam ruang bakar (Ahadiat, 1994). Selain itu, proses termal (panas) di dalam mesin menyebabkan minyak nabati yang merupakan suatu senyawa trigliserida akan terurai menjadi gliserin dan asam lemak. Asam lemak dapat teroksidasi atau terbakar relatif sempurna, tetapi dari gliserin akan menghasilkan pembakaran yang kurang sempurna dan dapat terpolimerisasi menjadi senyawa plastis yang agak padat. Senyawa ini juga dapat menyebabkan kerusakan pada mesin, karena akan membentuk deposit pada pompa dan nozzle injector (Surono, 1980). Oleh karena itu, perlu dilakukan proses konversi minyak nabati kedalam bentuk ester (metil ester) dari asam lemak minyak nabati melalui proses transesterifikasi.
Lemak dan minyak adalah salah satu kelompok yang termasuk pada golongan lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di alam serta tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik non-polar, misalnya dietil eter
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(C2H5OC2H5), kloroform (CHCl3), benzena dan hidrokarbon lainnya. Lemak dan minyak dapat larut dalam pelarut tersebut karena mempunyai polaritas yang sama dengan pelarut tersebut (Herlina et al., 2002). Lemak dan minyak adalah trigliserida dan triasilgliserol. Trigliserida alami adalah triester dari asam lemak berantai panjang (C12 sampai C24) dan gliserol, merupakan penyusun utama lemak hewan dan minyak nabati. Trigliserida juga banyak diubah menjadi monogliserida dan digliserida, karena baik monogliserida dan digliserida luas penggunaannya sebagai bahan pengemulsi. Oleh karena itu trigliserida melalui reaksi transesterifikasi dengan gliserol diubah menjadi monogliserida dan digliserida dengan bantuan katalis seperti natrium metoksida dan basa lewis lainnya. Hanya saja proses ini menghasilkan campuran yang terdiri atas 40-80% monogliserida, 30-40% digliserida 5-10% trigliserida, 0,2-9% asam lemak bebas dan 4-8% gliserol (Tarigan, 2002).
Asam-asam lemak yang ditemukan di alam biasanya merupakan asam-asam monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai jumlah atom genap. Asam-asam lemak yang ditemukan di alam dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Asam-asam lemak tidak jenuh berbeda dalam jumlah dan posisi ikatan rangkapnya, dan berbeda dengan asam lemak jenuh dalam bentuk molekul keseluruhannya. Asam lemak tak jenuh biasanya terdapat dalam bentuk cis karena itu molekul akan bengkok pada ikatan rangkap, walaupun ada juga asam lemak tidak jenuh dalam bentuk trans (Padley et al., 1994).
Tabel 2. Asam-Asam Lemak Tak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand
9,12-oktadekadinoat 6,9,12-oktadekatrinoat 9,12,15-oktadekatrinoat 5,8,11,14-eikosatetranoat 5,8,11,14,17-eikosapentanoat 4,7,10,13,16,19-dokosaheksanoat Linoleat Gamma-linoleat Alfa-linoleat Arachidonat EPA DHA 18:2 (n-6) 18:3 (n-6) 18:3 (n-3) 20:4 (n-6) 20:5 (n-3) 22:5 (n-3) 13
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 3. Asam-Asam Lemak Jenuh pada Tumbuhan dan Hewan Nama Sistematis Nama Trivial Shorthand
Etanoat Asetat 2:0 Butanoat Butirat 4:0 Heksanoat Kaproat 6:0 Oktanoat Kaprilat 8:0 Dekanoat Kaprat 10:0 Dodekanoat Laurat 12:0 Tetradekanoat Miristat 14:0 Heksadekanoat Palmitat 16:0 Oktadekanoat Stearat 18:0 Eikosanoat Arachidat 20:0 Dokosanoat Behenat 22:0
Asam lemak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah asam palmitat (C16:0 asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh). Rata-rata komposisi asam lemak minyak inti kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4 (Ketaren, 2005).
Tabel 4. Komposisi Asam Lemak Minyak Inti Kelapa Sawit Asam Lemak Jumlah (%)
Asam Kaprilat - Asam kaproat - Asam Miristat 1,1 – 2,5 Asam Palmitat 40 – 46 Asam Stearat 3,6 – 4,7 Asam Oleat 30 – 45 Asam Laurat - Asam Linoleat 7 – 11
Komposisi yang terdapat dalam minyak nabati terdiri dari trigliserida-trigliserida asam lemak (mempunyai kandungan terbanyak dalam minyak nabati,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
mencapai sekitar 95%), asam lemak bebas (Free Fatty Acid atau biasa disingkat dengan FFA), mono- dan digliserida, serta beberapa komponen-komponen lain seperti phosphoglycerides, vitamin, mineral, atau sulfur. Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel adalah trigliserida dan asam lemak (Mittelbach et al., 2004).
Minyak nabati yang lazim digunakan dalam produksi biodiesel merupakan trigliserida yang mengandung asam oleat dan asam linoleat. Lemak yang lazim digunakan sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel merupakan trigliserida yang mengandung asam palmitat, asam stearat dan asam oleat. (Zappi et al., 2003).
7. Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif dari bahan mentah terbaharukan (renewable) selain bahan bakar diesel dari minyak bumi. Biodiesel sebagai bahan bakar non-petroleum umumnya mengandung metil ester asam lemak atau etil ester asam lemak yang dihasilkan dari transesterifikasi minyak, dimana komponen utamanya adalah trigliserida dengan metanol atau etanol (Gao
et al., 2008). Biodiesel tersusun dari berbagai macam ester asam lemak yang dapat diproduksi dari minyak-minyak tumbuhan seperti minyak sawit (palm oil), minyak kelapa, minyak jarak pagar, minyak biji kapok randu, dan masih ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan sumber energi bentuk cair ini (Prakoso, 2003). Selain minyak nabati, biodiesel juga dapat dibuat dari lemak hewani seperti lemak babi (Harjanti, 2008).
Biodiesel dikenal sebagai produk yang ramah lingkungan, tidak mencemari udara, mudah terbiodegradasi, dan berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui. Pada umumnya biodiesel disintesis dari ester asam lemak dengan rantai karbon antara C6-C22. Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat-sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel yang ada hampir tanpa modifikasi (Prakoso, 2003). Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel menurut Mittelbach et al. (2004) adalah trigliserida dan asam lemak bebas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Trigliserida merupakan triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu asam asam karboksilat beratom karbon 6 sampai dengan 30. Trigliserida banyak terkandung dalam minyak dan lemak. Trigliserida termasuk komponen terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida. Struktur molekul dari ketiga macam gliserid tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.
O OH OH R O O OH O R O R O O O R O R O O R O
Monogliserida Digliserida Trigliserida
Gambar 4. Struktur molekul monogliserida, digliserida, dan trigliserida b. Asam lemak bebas adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida,
digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati.
Keunggulan biodiesel dibanding bahan bakar solar, yaitu:
Biodiesel diproduksi dari bahan pertanian, sehingga dapat diperbaharui.
Biodiesel memiliki nilai cetane yang tinggi, volatile rendah, dan bebas sulfur.
Ramah lingkungan karena tidak ada emisi SOx.
Menurunkan keausan ruang piston karena sifat pelumasan bahan bakar yang bagus (kemampuan untuk melumasi mesin dan sistem bahan bakar).
Aman dalam penyimpanan dan transportasi karena tidak mengandung racun.
Meningkatkan nilai produk pertanian.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Biodegradable: jauh lebih mudah terurai oleh mikroorganisme dibandingkan minyak mineral. Pencemaran akibat tumpahnya biodiesel pada tanah dan air bisa teratasi secara alami (Park, 2008).
Adapun pembuatan biodiesel dari minyak yang berasam lemak bebas tinggi ini menggunakan reaksi transesterifikasi seperti pembuatan biodiesel pada umumnya dengan pretreatment untuk menurunkan angka asam pada minyak tersebut. Biodiesel dapat dibuat dari minyak berasam lemak bebas tinggi dengan proses konversi trigliserida menjadi metil atau etil ester dengan proses yang disebut transesterifikasi. Proses transesterifikasi mereaksikan alkohol dengan minyak untuk memutuskan tiga rantai gugus ester dari setiap cabang trigliserida. Reaksi ini memerlukan panas dan katalis basa untuk mencapai derajat konversi tinggi dari minyak menjadi produk yang terdiri dari biodiesel dan gliserin. (Prakoso,2008). Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel yaitu :
1. Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat seperti asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation. Asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120 °C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 5.
RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O Asam lemak methanol metil ester
Gambar 5. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester 17
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam ≥ 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.
2. Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah tahap konversi dari trigliserida menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester dapat dilihat pada Gambar 6.
H2C O HC C O R1 O C O R2 H2C O C O R3 CH3 O CH3 C O R1 O C O R2 CH3 O C R3 O OH H2C OH HC OH H2C 3 CH3OH + katalis +
Gambar 6. Reaksi transesterifikasi dari trigliserida menjadi metil ester asam-asam lemak
Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat (Mittlebatch et al., 2004). Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.
Trigliserida Metanol Ester Metil Asam-Asam Lemak
(Biodiesel)
Gliserol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan katalis basa dapat dilihat pada Gambar 7 ( Lee et al., 2009). ROH + B RO- + BH+ OCR''' O H2C CH R''COO CH2 R'COO O H2C CH R''COO CH2 R'COO C R''' OR O -+ -OR O H2C CH R''COO CH2 R'COO C R''' OR O -O -H2C CH R''COO CH2 R'COO ROOCR''' O -H2C CH R''COO CH2 R'COO OH H2C CH R''COO CH2 R'COO BH+ B + + + (a) (b) (c) (d)
Gambar 7.Mekanisme reaksi transesterifikasi dalam katalis basa
Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam lemak. Terdapat beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu:
a. Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi b. Memisahkan gliserol
c. Menurunkan temperatur reaksi (transesterifikasi merupakan reaksi eksoterm) Hal-hal yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi perlu diperhatikan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman et al., 1984):
a. Pengaruh air dan asam lemak bebas
Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0,5% (<0,5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan 19
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.
b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah
Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4,8:1