HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3. Transesterifikasi Olein Sawit Menggunakan Ultrasonic Probe Instrument Menurut Altic (2010), sonikasi memberikan keuntungan tambahan dalam Menurut Altic (2010), sonikasi memberikan keuntungan tambahan dalam
bentuk input energi. Cara menghitung besarnya energi yang dihasilkan dari pemaparan gelombang ultrasonik, pada amplitudo dan waktu tertentu dalam suatu medium, telah dijelaskan oleh Giancoli (2001). Energi dihitung sebagai E = 1
2 kA2, dengan A adalah amplitudo (baik secara transversal maupun longitudinal) dan k adalah konstanta (tetapan). Daya (Watt) didefinisikan sebagai energi per satuan waktu, sehingga daya dapat dihitung sebagai P = = 1
2 kA2/ t.Berdasarkan rumus tersebut, dengan asumsi konstanta k dianggap tetap, maka diketahui bahwa daya sebanding dengan kuadrat amplitudo. Setelah mengetahui besarnya daya pada amplitudo tertentu, maka besarnya energi ultrasonik dapat diperoleh dengan mengalikan daya dengan waktu, dan diperoleh data seperti yang terlihat pada Gambar 8 (data hasil perhitungan energi disajikan pada Lampiran 16).
Berdasarkan Gambar 8, terlihat bahwa semakin tinggi amplitudo yang digunakan dan semakin lama waktu pemaparan gelombang ultrasonik, besar energi yang diberikan (Joule) menjadi semakin tinggi. Hal ini sejalan dengan
7020 14040 21060 9555 19110 28665 12480 24960 37440 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
10 menit 20 menit 30 menit
En e rg i (J ) 30% 35% 40%
pendapat Singh (2008) yang juga menyatakan hal serupa (lihat hasil penelitian Singh (2008) pada Gambar 5).
Gambar 8 Energi (J) yang dihasilkan pada berbagai % amplitudo dan waktu transesterifikasi ultrasonik.
Besarnya energi yang diberikan dari pemaparan gelombang ultrasonik pada penelitian ini berkisar dari 7,02 kJ hingga 37,44 kJ (Gambar 8), lebih besar dibandingkan energi aktifasi yang umum dibutuhkan untuk memulai reaksi transesterifikasi. Utami et al. (2007) melaporkan bahwa pembuatan biodiesel sawit membutuhkan energi aktifasi sebesar 6,2 kJ. Sahirman (2009) melaporkan energi aktifasi yang dibutuhkan untuk memulai reaksi transesterifikasi pada pembuatan biodiesel nyamplung adalah sebesar 3,87 kJ. Lebih besarnya energi yang dihasilkan dari pemaparan gelombang ultrasonik dibandingkan energi aktifasi akan menyebabkan reaksi transesterifikasi dimulai dengan lebih cepat.
Rendemen biodiesel sawit dari transesterifikasi ultrasonik pada penelitian ini menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata, dengan kisaran antara 96,52% hingga 98,03% (lihat Gambar 9). Ini artinya, energi yang diberikan pada semua kombinasi perlakuan telah memenuhi kebutuhan energi aktivasi untuk memulai dan menjalankan reaksi transesterifikasi sehingga pembentukan metil ester berjalan cukup sempurna.
96,52 97,24 98,03 97,37 97,64 97 97,46 97,77 97,38 95,5 96 96,5 97 97,5 98 98,5
10 menit 20 menit 30 menit
Re n d em en (% ) 30% 35% 40%
Gambar 9 Rendemen biodiesel sawit pada berbagai % amplitudo dan waktu transesterifikasi ultrasonik (frekuensi 20 kHz, daya 130 W, suhu 45 oC, rasio mol metanol: minyak 6:1, konsentrasi katalis NaOH 0,5% minyak).
Biodiesel sawit yang dihasilkan dari transesterifikasi ultrasonik pada penelitian ini memiliki nilai bilangan asam cukup rendah, yaitu pada kisaran 0,50 sampai 0,63 mg KOH/g sampel (lihat Gambar 10). Jika dibandingkan dengan nilai bilangan asam bahan baku olein sawit yang digunakan (0,16 mg KOH/g sampel) terjadi kenaikan nilai bilangan asam. Hal ini dapat terjadi akibat dari reaksi transesterifikasi yang bersifat reversibel membentuk ALB kembali. Seperti yang dijelaskan sebelumnya, hasil perhitungan energi yang dihasilkan dari gelombang ultrasonik pada penelitian ini jauh lebih besar dari kebutuhan akan energi aktivasi. Sisa energi tersebut akan membantu terjadinya reaksi reversibel dari metil ester menjadi ALB.
Jika dibandingkan dengan metode konvensional, penggunaan energi ultrasonik memberikan rendemen biodiesel yang lebih tinggi. Rendemen biodiesel yang dihasilkan dari metode konvensional, pada suhu 65 oC dan waktu yang lebih lama (1 jam) hanya memberikan hasil sebesar 95%. Kekurangan dari penelitian ini adalah tidak melakukan pembuatan biodiesel dengan metode konvensional pada suhu 45 oC selama 30 menit. Namun, berdasarkan teori umum bahwa rendemen biodiesel akan berkurang dengan menurunnya waktu dan suhu
0,56 0,62 0,62 0,63 0,63 0,56 0,5 0,63 0,56 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
10 menit 20 menit 30 menit
B ilan gan asam ( m g KO H /g sam p e l) 30% 35% 40%
transesterifikasi konvensional, dapat diperkirakan bahwa rendemen biodiesel pada waktu dan suhu tersebut akan jauh lebih rendah dari 95%. Ini artinya, akan terdapat perbedaan yang signifikan antara rendemen biodiesel hasil transesterifikasi ultrasonik dengan transesterifikasi konvensional pada suhu dan waktu yang sama (45 oC selama 30 menit).
Gambar 10 Bilangan asam biodiesel sawit pada berbagai % amplitudo dan waktu transesterifikasi ultrasonik (frekuensi 20 kHz, daya 130 W, suhu 45 oC, rasio mol metanol : minyak 6:1, konsentrasi katalis NaOH 0,5% minyak).
Menurut Wu et al. (2007), aplikasi ultrasonik akan menurunkan ukuran droplet campuran alkohol-minyak menjadi lebih kecil dibandingkan metode konvensional. Mengecilnya ukuran droplet tersebut akan meningkatkan jumlah antar muka metanol-minyak sehingga akan meningkatkan jumlah reaktan yang saling kontak dan bereaksi. Hal ini menyebabkan konversi trigliserida menjadi metil ester pada metode ultrasonik menjadi lebih besar dibandingkan dengan metode konvensional. Dengan kata lain, rendemen biodiesel hasil transesterifikasi ultrasonik akan lebih besar dibandingkan dengan hasil transesterifikasi konvensional.
4.4. Esterifikasi Minyak Biji Karet Menggunakan Ultrasonic Probe
Instrument
Berdasarkan hasil penelitian pada transesterifikasi ultrasonik terhadap olein sawit, diketahui bahwa amplitudo 40% selama 10 menit mampu menghasilkan rendemen sebesar 96,47% dan bilangan asam paling kecil yaitu sebesar 0,5 mg KOH / g sampel. Oleh sebab itu, untuk reaksi esterifikasi ultrasonik minyak biji karet dilakukan dengan menggunakan amplitudo sebesar 40%, dengan faktor waktu perlakuan selama 15 menit, 22,5 menit, dan 30 menit.
Tabel 12 Bilangan asam dan ALB minyak biji karet hasil esterifikasi
Metode Waktu (menit) Bilangan Asam
(mg KOH/ g sampel)
Asam Lemak Bebas (%) Ultrasonik 15 6,95 a 3,47 a 22,5 6,43 ab 3,21 ab 30 5,19 b 2,59 b Konvensional 30 21,47 10,72 60 0,99 0,50
Keterangan : ALB minyak biji karet sebelum esterifikasi sebesar 12,42%; Angka yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf uji 5% (uji Duncan).
Setelah esterifikasi ultrasonik dijalankan, diketahui bahwa waktu perlakuan berpengaruh nyata terhadap penurunan bilangan asam minyak biji karet. Waktu perlakuan 30 menit memberikan penurunan bilangan asam dan ALB yang terkecil, dengan pengaruh penurunan bilangan asam dan ALB yang berbeda dibandingkan waktu perlakuan 15 menit.
Kadar ALB minyak biji karet hasil esterifikasi ultrasonik (suhu 45±1 oC, selama 15-30 menit) sudah lebih kecil dibandingkan esterifikasi metode konvensional (suhu 65 oC) selama 30 menit. Artinya, untuk rentang waktu dan suhu yang lebih rendah, terdapat lebih banyak ALB yang terkonversi menjadi biodiesel pada minyak biji karet yang di-esterifikasi dengan metode ultrasonik.
Jika dibandingkan dengan metode konvensional, energi yang lebih besar yang dihasilkan dari penggunaan gelombang ultrasonik, akan membantu mengecilkan ukuran droplet reaktan sehingga transfer massa dapat berlangsung lebih cepat. Ini artinya reaksi ALB dengan metanol terjadi dalam waktu yang lebih awal. Oleh karena itu, selama 15 menit pertama ALB telah banyak bereaksi dengan metanol dan turun drastis hingga 3,47%. Namun, selama menit-menit
berikutnya hingga 30 menit reaksi, ternyata nilai ALB tidak mengalami penurunan yang cukup jauh. Hal ini dimungkinkan karena energi ultrasonik yang ada tidak hanya digunakan untuk mengkonversi ALB (yang telah jauh berkurang jumlahnya) menjadi biodiesel, melainkan juga digunakan untuk membantu terjadinya reaksi balik dari metil ester menjadi ALB kembali.
Jika dibandingkan dengan metode pengadukan konvensional, hingga 30 menit pertama, ALB minyak biji karet hasil metode konvensional hanya berkurang sekitar 1,7%, jauh lebih kecil dibandingkan pengurangan ALB hasil esterifikasi ultrasonik. Ini artinya selama 30 menit pertama, energi yang dihasilkan dari metode konvensional masih cukup kecil untuk mengkonversi ALB menjadi biodiesel. Namun, ketika reaksi dilanjutkan hingga 60 menit, terlihat bahwa ALB turun cukup signifikan hingga mencapai 0,50%. Ini artinya pada metode konvensional setelah hampir keseluruhan ALB terkonversi menjadi biodiesel, tidak (atau sedikit sekali) terjadi reaksi balik jika dibandingkan dengan metode ultrasonik.