C. PENELITIAN UTAMA
2. Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi dilakukan untuk mengkonversi trigliserida dalam minyak biji karet yang sudah diesterifikasi menjadi metil ester. Reaksi ini dipengaruhi oleh faktor internal dan eskternal. Faktor internal adalah kondisi minyak itu sendiri misalnya kandungan air, kandungan asam lemak bebas, dan kandungan zat terlarut maupun tak terlarut yang dapat mempengaruhi reaksi. Faktor eksternal adalah kondisi yang bukan berasal dari minyak dan dapat mempengaruhi reaksi. Faktor eksternal diantaranya adalah suhu reaksi, waktu reaksi, kecepatan pengadukan, jenis dan konsentrasi katalis, serta jumlah rasio molar metanol terhadap minyak. Paramater yang diamati pada tahapan penelitian ini, yakni meliputi viskositas kinematik, rendemen, dan bilangan asam.
Viskositas minyak sebelum transesterifikasi cukup tinggi, yaitu 18,30 cSt (A1B2C3). Hal ini disebabkan oleh kandungan trigliserida yang tinggi.
Minyak yang telah ditransesterifikasi sebagian atau seluruhnya memiliki viskositas kinematik yang rendah, karena kandungan trigliseridanya rendah. Semakin tinggi kandungan metil ester maka semakin rendah viskositas kinematiknya.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa viskositas kinematik metil ester hasil reaksi transesterifikasi berkisar antara 3,135 – 8,985 cSt. Analisis sidik ragam menunjukkan bahwa variabel waktu reaksi (A), rasio molar metanol : minyak (B), dan interaksinya (A*B) memberikan hasil yang berbeda sangat nyata terhadap viskositas kinematik yang diukur (Lampiran 9).
Berdasarkan hasil pengukuran, kondisi terpilih dari reaksi transesterifikasi pada penelitian ini adalah pada perlakuan A1B2 (waktu reaksi
30 menit dan rasio molar metanol : minyak = 6:1), dimana nilai viskostas kinematik yang dihasilkan memenuhi standar, yakni sebesar 4,77 cSt. Walaupun perlakuan A2B1 (waktu reaksi 60 menit dan rasio molar metanol :
minyak = 4 : 1) juga memberikan nilai viskositas kinematik yang memenuhi standar dengan penggunaan metanol yang lebih hemat dari perlakuan A2B1,
namun waktu reaksi yang diperlukan lebih lama dari pada waktu reaksi kondisi terpilih. Waktu reaksi yang terlalu lama akan mengakibatkan pemborosan energi dan semakin banyaknya waktu yang terbuang untuk memproduksi metil ester dalam skala besar. Adapun hasil pengukuran viskositas kinematik metil ester hasil reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 7. 8.985 4.765 3.17 5.515 3.135 3.49 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V is k os it as ki ne m a ti k ( cSt )
A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3
Perlakuan
Keterangan :
A = Waktu reaksiÆ A1 = 30 menit; A2 = 60 menit.
B = Rasio Mol Metanol : Minyak Æ B1 = 4 : 1; B2 = 6 : 1;B3 = 8 : 1.
Gambar 7. Viskositas kinematik metil ester hasil proses transesterifikasi pada berbagai perlakuan
Berbeda dengan reaksi esterifikasi yang berkatalis asam, reaksi transesterifikasi berkatalis basa sehingga reaksi ini tidak melalui tahapan penukaran oleh alkohol. Sebagai gantinya, terjadi penukaran oleh ion metoksida. Ion metoksida adalah suatu nukleofil kuat yang berasal dari reaksi metanol dengan ion hidroksida. Ion ini dapat dengan mudah menukar gugus karbonil pada asam lemak. Oleh karena alasan tersebut, reaksi transesterifikasi
Kondisi Terpilih
dapat berjalan dengan cepat. Selain itu, reaksi transesterifikasi bersifat endoterm, sehingga panas yang dihasilkan dapat mempercapat jalannya reaksi.
Rendemen merupakan perbandingan antara metil ester (biodiesel) yang dihasilkan dari proses estrans dengan minyak biji karet awal yang dilakukan proses estrans. Pengukuran rendemen ini dimaksudkan untuk mengetahui jumlah biodiesel yang diperoleh dari berbagai perlakuan yang dilakukan dalam penelitian ini. Berdasarkan hasil pengukuran rendemen biodiesel (Gambar 8), diketahui rendemen yang dihasilkan berkisar antara 44,72 – 74,51 %. Analisis sidik ragam (Lampiran 12) menunjukkan bahwa faktor A (waktu reaksi), interaksi antara waktu reaksi dengan rasio molar metanol terhadap miyak (A*B) menunjukkan hasil yang tidak berbeda. Sedangkan pemberian perlakuan rasio molar metanol terhadap minyak (B) memberikan pengaruh yang berbeda sangat nyata. Dilihat dari hasil pengukuran, dapat ditentukan bahwa kondisi terpilih reaksi transesterifikasi penelitian ini terhadap nilai rendemen biodiesel, yakni pada perlakuan A1B2 (waktu reaksi
30 menit dan rasio molar metanol : minyak = 6:1), dimana rendemen metil ester yang dihasilkan lebih tinggi dari perlakuan lainnya, yaitu sebesar 74,51 %.
Rendemen dipengaruhi oleh kandungan asam lemak bebas yang terdapat pada minyak. Kandungan asam lemak bebas yang tinggi di dalam minyak dapat mengkonsumsi katalis basa pada proses transesterifikasi membentuk sabun, sehingga katalis yang digunakan untuk mendukung proses transesterifikasi menjadi berkurang. Akibatnya proses konversi trigliserida menjadi metil ester tidak sempurna dan menghasilkan senyawa intermediet (mono- dan digliserida). Senyawa intermediet ini dapat menjadi emulsifier di dalam biodiesel, sehingga kemungkinan hilang di dalam proses pencucian semakin besar dan dapat mengurangi perolehan biodiesel.
44.72 74.505 65.645 44.78 73.335 68.675 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Pe role ha n R e nde m e n ( % )
A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3
Perlakuan
Keterangan :
A = Waktu reaksiÆ A1 = 30 menit; A2 = 60 menit.
B = Rasio Mol Metanol : Minyak Æ B1 = 4 : 1; B2 = 6 : 1;B3 = 8 : 1.
Gambar 8. Rendemen metil ester (biodiesel) hasil proses transesterifikasi pada berbagai perlakuan
Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya, bilangan asam didefinisikan sebagai jumlah miligram basa yang dibutuhkan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak/lemak. Asam lemak bebas ini merupakan produk hidrolisis dari trigliserida. Nilai bilangan asam digunakan untuk menentukan kualitas minyak/lemak. Semakin tinggi bilangan asam yang terkandung dalam minyak. Semakin tinggi pula tingkat kerusakan minyak tersebut (Ketaren, 1986).
Bilangan asam sebelum ditransesterifikasi (A1B2C3), yakni sebesar
0,32 mg KOH/g sampel. Hasil analisis menunjukkan bahwa bilangan asam metil ester hasil proses transesterifikasi mengalami penurunan. Analisis sidik ragam bilangan asam metil ester menunjukkan bahwa kedua perlakuan : waktu reaksi (A) dan rasio molar metanol terhadap minyak (B) tidak berpengaruh nyata terhadap bilangan asam dari metil ester yang diukur. Begitu juga dengan interaksi keduanya (A*B) tidak berpengaruh nyata terhadap bilangan asam dari metil ester yang diukur (Lampiran 14). Dengan demikian, penggunaan berbagai variasi waktu, jumlah metanol, dan interaksi keduanya menghasilkan
Kondisi Terpilih
bilangan asam yang dapat dikatakan sama, yakni sebesar 0,22 mg KOH/g sampel. Nilai tersebut sudah memenuhi kriteria standar biodiesel yang mensyaratkan bahwa nilai bilangan asam tidal boleh lebih dari 0,8 mg KOH/g sampel. Terjadinya penurunan bilangan asam pada reaksi transesterifikasi dapat dikatakan tidak signifikan. Minyak yang digunakan untuk reaksi ini sudah terlebih dahulu diturunkan kandungan asam lemak bebasnya melalui reaksi esterifikasi. Hasil pengukuran bilangan asam metil ester (biodiesel) disajikan pada Gambar 9.
Keterangan :
A = Waktu reaksiÆ A1 = 30 menit; A2 = 60 menit.
B = Rasio Mol Metanol : Minyak Æ B1 = 4 : 1; B2 = 6 : 1;B3 = 8 : 1.
Gambar 9. Bilangan asam rendemen metil ester (biodiesel) hasil proses transesterifikasi pada berbagai perlakuan
Terjadinya penurunan bilangan asam pada semua perlakuan setelah proses transesterifikasi dibandingkan dengan sebelum proses transesterifikasi, mengindikasikan terjadinya reaksi penyabunan antara katalis basa dengan asam lemak bebas yang terdapat di dalam minyak. Adanya reaksi penyabunan tersebut menyebabkan berkurangnya jumlah katalis yang tersedia untuk mendukung proses transesterifikasi. Selain itu, adanya reaksi penyabunan akan menyulitkan dalam proses pencucian biodiesel, karena terjadinya pembentukan emulsi antara air dengan minyak akibat adanya sabun di dalam biodiesel. 0.255 0.22 0.185 0.255 0.15 0.185 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 B ila nga n A s a m (m g K O H /g s a m pe l)
A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3
Perlakuan
Kondisi Terpilih
Berdasarkan ketiga parameter yang diukur pada tahapan reaksi transesterifikasi, maka kondisi perlakuan terpilih dalam penelitian ini yakni, perlakuan A1B2 (waktu reaksi 30 menit dan rasio molar metanol : minyak =
6:1), dimana pada perlakuan tersebut dihasilkan rendemen tertinggi dan juga diketahui memiliki nilai viskositas kinematik serta bilangan asam yang sudah memenuhi standar.
D. KARAKTERISTIK BIODIESEL DAN PERBANDINGAN DENGAN STANDAR
Setelah diperoleh kondisi (perlakuan) terpilih dari proses estrans dalam penelitian ini, maka selanjutnya dilakukan analisis terhadap beberapa parameter biodiesel (metil ester) yang diperoleh. Parameter yang dianalisis dalam penelitian ini meliputi densitas pada suhu 15 oC, bilangan penyabunan untuk selanjutnya digunakan dalam pengkuran bilangan ester teoritis, serta dilakukan pengukuran titik nyala. Sedangkan nilai viskositas kinematik dan bilangan asam metil ester, sebelumnya sudah dilakukan pengukuran pada tahapan reaksi transesterifiksi dan digunakan kembali untuk dibandingakan dengan standar biodiesel.
Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, diketahui bahwa densitas dan titik nyala metil ester dari perlakuan estrans terpilih, yakni berturut-turut tsebesar 0,887 g/ml dan 103 oC. Bilangan penyabunan metil ester yang terukur, yakni sebesar 225,90 mg KOH/g sampel, sehingga dapat diketahui bilangan ester teoritis metil ester yang terukur adalah 224,68 mg KOH/g sampel. Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa dalam penelitian ini pengukuran bilangan ester hanya dilakukan secara teoritis, yakni dengan konversi pengurangan bilangan penyabunan dengan bilangan asam yang telah diukur. Pengukuran yang lebih tepat dapat dilakukan dengan mengukur kandungan gliserol bebas sehingga akan diperoleh jumlah kandungan ester biodiesel, atau menggunakan alat GC untuk mendapatkan kadar ester (% b/b). Namun, pengkuran bilangan ester dalam penelitian ini meskipun tidak menunjukkan kuantitas senyawa ester yang sebenarnya, tetapi secara teoritis, bilangan ini dapat memperkirakan jumlah asam organik yang
bersenyawa sebagai ester. Oleh karena itu, disarankan dalam penelitian sejenis ke depannya agar dilakukan pengukuran yang lebih lengkap lagi, yakni pengkurunan kadar gilserol bebas dan total, serta kadar ester dengan menggunakan GC sehingga diperoleh hasil yang lebih optimal untuk mengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan. Penelitian ini mencoba memberikan informasi awalan mengenai beberapa paramater hasil penelitian yang telah dilakukan, sehingga diharapkan dapat berguna untuk informasi acuan dalam penelitian sejenis ke depannya. Tabel 11 memperlihatkan hasil analisis metil ester (biodiesel) perlakuan estrans terpilih.
Tabel 11. Hasil analisis biodiesel biji karet dan perbandingan dengan standar
Parameter Satuan Metil Ester
Biji Karet Standar
Metode Pengukuran
Bilangan Asam mg KOH/g sampel 0,22 Maks 0,8 ASTM D-664
Viskositas
kinematik 40 o C
cSt 4,77 1,9 – 6 ASTM D-445
Densitas 15 0 C g/ml 0,887 0,85 – 0,89 ASTM D-1298
Titik nyala oC 103 Min 100 ASTM D-92
Bilangan Penyabunan mg KOH/g sampel 225,90
Bilangan Ester Teoritis mg KOH/g sampel 225,68
Berdasarkan tebel di atas, maka dapat diketahui bahwa biodisel (metil ester) minyak biji karet dalam penelitian ini sudah memenuhi standar biodiesel untuk parameter bilangan asam, viskositas kinematik, densitas, dan titik nyala.