BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
C. Transesterifikasi Pembuatan Biodiesel dengan Variasi
Hasil esterifikasi dengan persentase katalis optimum (10%) selanjutnya digunakan pada reaksi transesterifikasi. Pada reaksi ini dilakukan variasi mol minyak dan metanol dengan perbandingan 1:6, 1:12, 1:18, 1:24, dan 1:30. Transesterifikasi dilakukan pada suhu 70oC selama 2 jam (Freedman, 1994 dalam Zappi et al., 2003) dengan katalis NaOH 1% dari berat minyak (Chi, 1991). Selama reaksi berlangsung dilakukan pengadukan secara terus menerus dan konstan untuk membuat larutan homogen dan untuk mempercepat jalannya reaksi.
Perbandingan metanol dengan minyak terbaik ditandai dengan jumlah metil ester terbanyak dan hasil samping berupa campuran gliserol dan sabun paling sedikit.
Katalis basa NaOH yang ditambahkan pada metanol akan menyebabkan terbentuknya basa Na-metanolat dan basa ini merupakan katalis yang efektif untuk mengubah trigliserida menjadi campuran biodiesel (van Gerpen et al., 2004). Gugus metoksida (:OCH3) dari Na-metanolat merupakan nukleofil kuat dan langsung menyerang karbon karbonil. Reaksi transesterifikasi adalah reaksi antara ester dengan alkohol yang menghasilkan ester baru dan alkohol baru seperti pada Gambar 14. CH2 CH CH2 O O O C C C R2 O R3 O R1 O
Gambar 14. Reaksi Pembentukan Biodiesel
Hasil reaksi transesterifikasi membentuk 2 lapisan dengan lapisan bening berada di bagian atas dan lapisan bawah berupa cairan berwarna coklat. Lapisan atas adalah metil ester sedangkan lapisan bawah adalah gliserol yang bercampur dengan sabun. Pemisahan dilakukan menggunakan corong pisah untuk memisahkan lapisan atas dan lapisan bawah berdasarkan perbedaan berat jenisnya. Setelah terpisah maka lapisan atas digojog dengan penambahan asam sulfat 0,1M dan air. Fungsi penambahan asam sulfat adalah untuk mencegah terjadinya reaksi ion metoksida dengan air. Air akan bereaksi dengan ion metoksida membentuk ion hidroksida dengan reaksi seperti pada Gambar 15.
Gambar 15. Reaksi Pembentukan Ion Hidroksida oleh Air + 3 CH3OH katalis CH2 CH CH2 OH OH OH R2 R1 R3 C C C OCH3 O OCH3 O OCH3 O +
Trigliserida Metanol metil ester (Biodiesel) Gliserol
+ H2O CH3OH +
:OH
:OCH
3lix
Ion hidroksida ini akan bereaksi dengan ion Na+ dari Na-metanolat sehingga terbentuk NaOH yang akan membentuk sabun jika bereaksi dengan asam lemak bebas melalui reaksi saponifikasi sehingga akan mengurangi jumlah biodiesel yang dihasilkan. Ion sulfat dalam H2SO4 dan ion sodium dalam NaOH bereaksi membentuk sodium sulfat. Sodium sulfat ini merupakan garam yang dapat terlarut pada air saat pencucian biodiesel. Bereaksinya NaOH dengan ion sulfat menyebabkan reaksi berjalan sangat lambat karena tidak terdapatnya katalis NaOH. Reaksi ion sulfat dengan ion sodium seperti pada Gambar 16.
NaOH Na+ + OH
-H2SO4 SO4-: + 2H+ NaOH + H2SO4 SO4-: Na+ + H2O Gambar 16. Reaksi Pembentukan Sodium Sulfat
Penambahan air (pencucian biodiesel) berfungsi untuk menghentikan reaksi karena reaktan (metanol) larut dalam air. Selain itu, penambahan air juga dilakukan untuk melarutkan seluruh kotoran dan senyawa yang ada dalam cairan tersebut kecuali metil ester karena metil ester tidak dapat larut dalam air. Setelah digojog kemudian didiamkan hingga terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berupa metil ester sedangkan lapisan bawah berbentuk emulsi yang terdiri dari air, kotoran, sabun, sisa gliserol dan asam sulfat. Kedua lapisan ini dipisahkan kemudian lapisan atas ditambahkan Na2SO4 untuk menghilangkan kandungan air dalam metil ester. Sisa metanol dan air dalam metil ester diuapkan dengan evaporator. Hasil transesterifikasi pada berbagai variasi mol metanol dapat dilihat pada Gambar 17 dan 18.
Gambar 17. Hasil Transesterifikasi dengan Berbagai Variasi Perbandingan Mol Minyak Jelantah dan Metanol.
68.46 69.1 69.85 74.02 73.09 60.97 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1:06 1:12 1:18 1:24 1:30
Perbandingan mol minyak : mol metanol Rendemen
(%)
Ket: Biodiesel melalui esterifikasi dengan katalis TiO2/montmorillonit Biodiesel tanpa melalui esterifikasi dengan katalis TiO2/montmorillonit
Gambar 18. Rendemen Biodiesel Berbagai Variasi Mol Minyak dan Metanol Dibandingkan dengan Rendemen Biodiesel dari Minyak Jelantah Tanpa
Esterifikasi dengan Katalis TiO2/montmorillonit Perbandingan 1:24.
Gambar 17 memperlihatkan kenampakan fisik biodiesel pada berbagai perbandingan dengan warna kuning bening. Gambar 18 menunjukkan persentase rendemen biodiesel hasil penelitian pada berbagai variasi perbandingan mol metanol dibandingkan dengan biodiesel tanpa melalui esterifikasi dengan katalis TiO2/montmorillonit pada kondisi perbandingan terbaik 1:24. Untuk rendemen biodiesel pada berbagai variasi perbandingan terlihat bahwa rendemen terbanyak
lxi
dihasilkan dari perbandingan mol minyak dan metanol 1:24 dengan rendemen 74,02%. Untuk biodiesel tanpa melalui esterifikasi dengan katalis TiO2/montmorillonit menghasilkan rendemen yang paling sedikit (60,97%). Hal ini menunjukkan bahwa kandungan asam lemak bebas yang tinggi dapat menghambat pembentukan biodiesel. Pada biodiesel yang dibuat tanpa melalui esterifikasi dengan katalis TiO2/montmorillonit memiliki kandungan asam lemak bebas yang sangat tinggi sehingga pembentukan biodiesel terhambat dan rendemen biodiesel yang dihasilkan sedikit.
Hasil konversi biodiesel dari perbandingan mol minyak dan metanol terkecil menghasilkan jumlah biodiesel paling sedikit karena jumlah metanol yang digunakan juga paling sedikit seperti terlihat pada perbandingan 1:6. Metanol yang berlebih dapat meningkatkan hasil metil ester yang maksimal (Fessenden, 1982). Akan tetapi pada perbandingan terbesar (1:30) ternyata tidak menghasilkan rendemen terbanyak padahal semakin banyak metanol maka rendemen yang dihasilkan juga akan semakin banyak. Hal ini kemungkinan disebabkan karena trigliserida telah habis bereaksi dengan metanol pada perbandingan 1:24 sehingga pada perbandingan 1:30 tidak ada lagi trigliserida yang dapat bereaksi dengan metanol, metanol yang tersisa lebih banyak (metanol berlebih) dan rendemen yang dihasilkan sedikit. Hal ini juga dapat terjadi akibat adanya molekul air yang terdapat dalam sistem reaksi transesterifikasi.
Molekul air yang terdapat dalam sistem reaksi transesterifikasi akan dapat menyebabkan pengurangan jumlah ester yang dihasilkan. Keberadaan air menyebabkan terjadinya reaksi saponifikasi yang akan menyebabkan kehilangan asam lemak. Air dapat terkandung dalam minyak maupun metanol yang digunakan. Molekul air dalam sistem reaksi transesterifikasi bereaksi dengan logam Na membentuk NaOH tapi dengan Na-metanolat akan membentuk NaOH dan metanol. Adanya basa NaOH menyebabkan reaksi saponifikasi menghasilkan gliserol dan sabun natrium yang terdispersi dalam air.
Pembentukan sabun pada pembuatan biodiesel terjadi karena reaksi tersebut menggunakan katalis NaOH sehingga terjadi ikatan antara ion sodium dari NaOH dengan asam-asam lemak bebas dari minyak jelantah yang masih
tersisa. Sabun ini dapat dipisahkan dengan menambahkan air untuk mencuci biodiesel pada saat proses pemurnian biodiesel. Karena pembentukan sabun ini maka diperlukan air dalam jumlah banyak untuk mencuci biodiesel agar terbebas dari sabun.
Jumlah asam lemak juga dimungkinkan banyak yang hilang karena terbentuk sabun natrium sehingga air yang terdapat dalam sistem reaksi menyebabkan ester yang dihasilkan berkurang. Terbentukanya NaOH pada reaksi Na-metanolat dengan minyak yang mengandung air menyebabkan konsentrasi Na-metanolat berkurang sehingga reaksi transesterifikasi menjadi tidak optimal. Selain itu molekul air dapat menyebabkan terbentuknya ion hidroksida dari reaksi antara molekul air (H2O) dengan ion metanolat (―OCH3). Ion hidroksida menyebabkan reaksi hidrolisis trigleserida maupun ester hasil reaksi transesterifikasi. Ion hidroksida bereaksi dengan trigliserida menghasilkan ion karboksilat dan gliserol. Ester bereaksi dengan ion hidroksida menghasilkan ion karboksilat dan metanol. Jadi terdapatnya ion hidroksida juga dapat menurunkan konversi ester dari minyak jelantah (Pranowo, 1999).