Transesterifikasi Heterogen Antara Minyak Sawit Mentah Dengan Metanol Menggunakan Katalis K2O-CaO

(1)

Muhammad Fadli Azmi : Transesterifikasi Heterogen Antara Minyak Sawit Mentah Dengan Metanol Menggunakan Katalis K2O-CaO, 2010.

TRANSESTERIFIKASI HETEROGEN ANTARA MINYAK SAWIT MENTAH DENGAN METANOL MENGGUNAKAN

KATALIS K2O-CaO

SKRIPSI

MUHAMMAD FADLI AZMI 040802034

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PERSETUJUAN

Judul : TRANSESTERIFIKASI HETEROGEN ANTARA MINYAK SAWIT MENTAH DENGAN METANOL MENGGUNAKAN KATALIS K2O-CaO

Kategori : SKRIPSI

Nama : MUHAMMAD FADLI AZMI

Nomor Induk Mahasiswa : 040802034

Program Studi : SARJANA (S-1) KIMIA

Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di: Medan, Juli 2009

Komisi Pembimbing:

Pembimbing II Pembimbing I

Dr. Marpongahtun M.Sc. Dra. Tirena B. Siregar, ST. M.Eng. NIP. 131 796 151 NIP. 130 365 343

Diketahui/Disetujui oleh:

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

(3)

PERNYATAAN

TRANSESTERIFIKASI HETEROGEN ANTARA MINYAK SAWIT

MENTAH DENGAN METANOL MENGGUNAKAN KATALIS K2O-CaO

SKRIPSI

Dengan kesadaran sepenuhnya saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing dicantumkan sumber aslinya.

Medan, Juli 2009

(4)

PENGHARGAAN

Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman, Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan Salam kepada Nabi Allah sebagai insan terbaik ; Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis dapat menempuh fase – fase perjalanan aktualisasi penelitian dan transformasi hasil menjadi sebuah skripsi.

Skripsi ini berjudul “TRANSESTERIFIKASI HETEROGEN ANTARA MINYAK SAWIT MENTAH DENGAN METANOL MENGGUNAKAN KATALIS K2O-CaO”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Sains (S.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua yang selalu sabar membimbing penulis, kepada ayahanda Yusri dan ibunda Rizki Bazahra. Kepada adinda Fauziah ulfa, M. Fadlan , Fadilah, adik-adik sepupu penulis , Almh. Ibu Yusni khairani, bapak Jamaluddin, Tulang Sayuti Nasution, ibu aa, Alm. Bapak M. Yamin Lubis terima kasih buat doa dan motivasinya, tanpa kalian dan keluarga semua penulis bukanlah apa - apa. Juga kepada Dwi Raafiah ulpa (upe) yang selalu memberikan semangat bagi penulis buat menyelesaikan skripsi ini.

Kepada Dosen Pembimbing I; Ibu Dra. Tirena B. Siregar, ST. M.Eng. dan Dosen Pembimbing II Ibu Dr. Marpongahtun, M.Sc. yang telah membimbing penulis dengan kesabaran tinggi mulai tahap awal orientasi penelitian sampai tahap akhir selesainya penulisan skripsi ini, kepada Ibu Dr. Rumondang Bulan, M.S. dan Bapak Drs. Firman Sebayang, M.S. selaku ketua dan sekretaris Departemen Kimia yang telah mensyahkan skripsi ini, Bapak Drs. Nimpan Bangun, M.Sc. selaku Dosen Wali penulis, terlebih untuk semua Bapak/Ibu Staf Laboratorium Kimia Fisika dan Kimia Polimer serta Bapak/ Ibu Staf Pengajar Departemen Kimia secara keseluruhan. Kepada seluruh assisten, teknisi dan laboran Lab. Kimia Fisika, Lab. Polimer dan Lab. Komputer yang telah menjalani hari – hari bersama penulis dalam menjalankan amanah ilmu pengetahuan. Penghargaan untuk persahabatan spesial kepada teman - teman stambuk 2004.

(5)

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian transesterifikasi heterogen terhadap minyak sawit mentah, CPO dengan metanol menjadi biodiesel dengan menggunakan katalis 10%

K2O-CaO. Pada penelitian ini telah dipelajari pengaruh perbandingan mol CPO

dengan metanol, suhu reaksi dan waktu reaksi terhadap yield biodiesel. Transesterifikasi heterogen CPO dengan metanol dilakukan didalam gelas reaktor dengan pengadukan 800 rpm. Variasi perbandingan mol CPO dengan metanol yaitu 1:9 , 1:12, 1:15 dan 1:18 (mol/mol), suhu reaksi yaitu 60oC, 62,5oC, 65oC, dan 67,5oC, waktu reaksi yaitu 60 menit, 90 menit, 120 menit dan 150 menit. Kondisi maksimum yield biodiesel adalah 87,30% dengan perbandingan mol CPO terhadap metanol sebesar 1:15 (mol/mol), suhu 65oC dan waktu reaksi selama 120 menit. Hasil penelitian menunjukkan sifat fisika yang baik menurut standar biodiesel SNI

(6)

HETEROGENEOUS TRANSESTERIFICATION OF

CRUDE PALM OIL WITH METHANOL

USING K

2

O-CaO AS CATALYST

ABSTRACT

The heterogeneous transesterification of Crude Palm Oil, CPO with methanol

produced methyl ester as biodiesel that was carried out using 10% K2O-CaO as

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

Judul ... i

Persetujuan ... ii

Pernyataan ... iii

Penghargaan ... iv

Abstrak... v

Abstract ... vi

Daftar Isi ... vii

Daftar Gambar... x

Daftar Tabel ... xi

Daftar Lampiran ... xii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Permasalahan ... 2

1.3. Pembatasan Masalah ... 2

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Manfaat Penelitian ... 3

1.6. Metodologi Penelitian ... 3

1.7. Lokasi Penelitian ... 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. Minyak Sayuran ... 5

2.1.1. Kelapa Sawit ... 5

2.1.2. Komposisi Minyak kelapa sawit ... 6

2.1.3. Standar Mutu Minyak Kelapa sawit ... 7

2.2. Katalisis... 8

2.2.1. Kalsium Oksida, CaO ... 13

2.2.2. Kalium Oksida, K2O ... 15

2.3 Transesterifikasi ... 16

... 2.4. Biodiesel ... 17

BAB 3 BAHAN DAN METODE PENELITIAN ... 19

3.1. Bahan – Bahan dan Alat – Alat Penelitian ... 19

3.1.1. Bahan – Bahan Penelitian ... 19

3.1.2. Alat – Alat Penelitian ... 20

3.2. Desain Penelitian ... 20

3.2.1. Skema Penelitian ... 23

3.2.1.1. Skema Umum ... 23

(8)

3.2.2. Pembuatan Reagen ... 25

3.2.2.1. Larutan Pencuci ... 25

3.2.2.2. Larutan KOH 0.1N ... 25

3.2.2.3. Larutan Indikator Fenolftalein ... 25

3.2.2.4. Larutan Alkohol Netral ... 25

3.2.2.5. Larutan H2C2O4 0.1N... 25

3.2.2.6. Standardisasi Larutan KOH 0.1N ... 25

3.2.3. Pengambilan Data ... 25

3.2.3.1. Seleksi Perbandingan Mol Sampel dengan metanol 25 3.2.3.2. Seleksi Suhu Reaksi Maksimum ... 27

3.2.3.3. Seleksi Waktu Reaksi Maksimum ... 27

3.2.4. Karakterisasi Produk ... 27

3.2.4.1. Penentuan Kadar Air CPO (ASTM D2709) ... 27

3.2.4.2. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (ASTM D664) ... 28

3.2.4.3. Penentuan Densitas (ASTM D1298) ... 28

3.2.4.4. Penentuan Koefisien Viskositas (ASTM D445) ... 29

3.2.4.5. Penentuan Komposisi Asam Lemak Bebas ... 29

3.2.4.6. Perhitungan Yield Metil Ester ... 30

3.2.5. Pengolahan dan Analisis Data Statistik ... 30

3.2.5.1. Analisis Regresi Linear Berganda ... 30

3.2.5.2. Analisis Residu ... 31

3.2.5.3. Analisis Korelasi ... 31

3.2.5.3.1. Analisis Korelasi Pearson ... 31

3.2.5.3.2. Analisis Korelasi Ganda ... 32

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 34

4.1. Hasil ... 34

4.2. Analisis Data Statistik ... 35

4.2.1. Persamaan Regresi Linear Sederhana ... 35

4.2.2. Persamaan Regresi Linear Berganda ... 36

4.2.3. Analisis Residu ... 37

4.2.4. Analisis Korelasi ... 37

4.2.4.1. Analisis Korelasi Pearson ... 37

4.2.4.2 Analisis Korelasi Ganda ... 40

4.3. Pembahasan ... 41

4.3.1. Pengaruh Perbandingan Mol Sisa CPO dengan Metanol pada Proses Transesterifikasi Heterogen terhadap Yield Metil Ester ... 41

4.3.2 Pengaruh Suhu pada Proses Transesterifikasi Heterogen terhadap Yield Metil Ester ... 42

4.3.3 Pengaruh Waktu Reaksi pada Proses Transesterifikasi Heterogen terhadap Yield Metil Ester ... 43

(9)

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 47

5.1. Kesimpulan ... 47

5.2. Saran ... 47

Daftar Pustaka ... 48

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Heterogen ... 10

Gambar 2.2. Mekanisme Katalisis Heterogen Menurut Rideal-Eley ... 10

Gambar 2.3. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi heterogen dengan Katalis Basa CaO ... 14

Gambar 2.4. Reaksi Transesterifikasi Antara Trigliserida dan Metanol ... 16

Gambar 3.1. Skema Umum Reaksi Transesterifikasi... 23

Gambar 3.2. Transesterifikasi Heterogen ... 24

Gambar 4.1. Grafik pengaruh perbandingan mol sisa CPO dengan metanol pada proses transesterifikasi basa terhadap yield metil ester pada suhu 65oC dan waktu reaksi 120 menit ... 41

Gambar 4.2 Grafik pengaruh suhu reaksi pada proses transesterifikasi basa terhadap yield metil ester pada perbandingan mol sisa CPO dengan metanol dan waktu reaksi 120 menit ... 43

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit ... 6

Tabel 2.2. Komponen Minor dari Minyak Kelapa Sawit ... 7

Tabel 2.3. Parameter Kualitas CPO dan RBDPO ... 7

Tabel 3.1. Komposisi Asam Lemak CPO... 18

Tabel 3.2. Komposisi Trigliserida Sisa CPO ... 19

Tabel 3.3. Bahan-Bahan Penelitian ... 19

Tabel 3.4. Alat –alat Penelitian ... 20

Tabel 3.5. Pedoman untuk memberikan Interprestasi Terhadap Koefisien Korelasi . 32 Tabel 4.1. Data Hasil Transesterifikasi Basa antara Metanol dan Sisa CPO ... 34

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Tabel Jumlah Yield yang Diperoleh pada Proses Transesterifikasi

... 51

Lampiran 2 Tabel Pengukuran Densitas Metil Ester Hasil Transesterifikasi... 52

Lampiran 3 Tabel Pengukuran Kadar Asam Lemak Bebas Metil Ester Hasil Transesterifikasi ... 53

Lampiran 4 Tabel Pengukuran Koefisien Viskositas Metil Ester Hasil Transesterifikasi ... 54

Lampiran 5 Tabel Penggandaan antar Variabel – Varibel Bebas Terhadap Variabel Terikat ... 55

Lampiran 6 Penggandaan Koefisien Penyimpangan Yield ... 56

Lampiran 7 Penggandaan Nilai untuk Menghitung Koefisien Korelasi antara Perbandingan Mol dengan Yield Metil Ester ... 57

Lampiran 8 Penggandaan Nilai untuk Menghitung Koefisien Korelasi antara Suhu dengan Yield Metil Ester ... 57

Lampiran 9 Penggandaan Nilai untuk Menghitung Koefisien Korelasi antara Waktu Reaksi dengan Yield Metil Ester ... 57

Lampiran 10 Grafik Estimasi Kurva Linear Pengaruh Perbandingan Mol terhadap Yield metil ester ... 58

Lampiran 11 Grafik Estimasi Kurva Linear Pengaruh Suhu Reaksi terhadap Yield Metil Ester ... 58

Lampiran 12 Grafik estimasi Kurva Linear Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Yield Metil Ester ... 59

Lampiran 13 Analisis Kromatografi Gas (GC) CrudePalm Oil (CPO) ... 60

Lampiran 14 Analisis Kromatografi Gas (GC) sisa CrudePalm Oil (CPO)... 61

Lampiran 15 Analisis Kromatografi Gas (GC) terhadap Metil Ester Hasil Transesterifikasi sisa CPO dengan Metanol dengan variasi mol... 62

Lampiran 16 Analisis Kromatografi Gas (GC) terhadap Metil Ester Hasil Transesterifikasi sisa CPO dengan Metanol dengan variasi suhu reaksi ... 63

Lampiran 17 Analisis Kromatografi Gas (GC) terhadap Metil Ester Hasil Transesterifikasi sisa CPO dengan Metanol dengan variasi waktu reaksi ... 64

Lampiran 18 Tabel Perhitungan Bilangan Setana ... 65

Lampiran 19 Tabel Standar Biodiesel menurut ASTM D6751 ... 66

(13)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.8. Latar Belakang

Diperkirakan sebelum tahun 2015 Indonesia akan menjadi negara Jaringan Importir

bahan baku minyak mentah. Dimana saat ini Indonesia mengimpor hampir 5-6 Milyar

liter bahan bakar diesel, yang merupakan hampir 50% kebutuhan solar dalam negeri

sehingga alternatif substitusi dengan bahan baku di Indonesia sangat layak dilakukan.

Subtitusi dalam 1% sampai dengan 3% saja biodiesel dalam solar akan menghemat

devisa yang cukup berarti (Prakoso, 2008).

Minyak kelapa sawit dapat dikonversi menjadi bentuk metil ester asam lemak

atau yang disebut dengan biodiesel. Konversi dilakukan melalui reaksi

transesterifikasi antara minyak kelapa sawit dengan metanol serta penambahan

katalis, baik katalis asam maupun katalis basa (Fauzi, 2004).

Indonesia termasuk pengekspor minyak sawit mentah (CPO) terbesar kedua di

dunia setelah Malaysia, dan terus bertambah setiap tahunnya, dan diperkirakan pada

tahun 2012 akan menjadi ekportir CPO terbesar di dunia. Oleh karena itu CPO

merupakan bahan baku biodiesel yang paling potensial pada saat ini (Prakoso, 2008).

Berdasarkan data terakhir yang diperoleh dari United States department of

Agriculture (USDA) pada bulan maret 2009 bahwa produksi total minyak sawit

Indonesia adalah 19,7 juta ton yang artinya mengalami peningkatan sekitar 12,5 juta

ton atau 174 % dari produksi minyak sawit 10 tahun terakhir ( sekitar 7,2 juta ton)

(USDA , 2009).

Minyak sawit mentah mempunyai nilai koefisien viskositas yang tinggi

(sekitar 11 – 17 kali lebih tinggi dari bahan bakar diesel), sehingga tidak dapat

langsung digunakan sebagai bahan bakar diesel. Sifat volatile yang rendah akan

mengakibatkan terjadinya pengendapan pada mesin selama proses pembakaran tak

sempurna. Salah satu cara untuk menurunkan nilai viskositasnya adalah dengan

proses pirolisa ataupun dengan proses transesterifikasi (Meher, 2006).

Reddy, 2006, memproduksi biodiesel dari minyak kedelai menggunakan

kristal CaO dibawah suhu ruang, tetapi reaksi berjalan dalam waktu yang cukup lama

(14)

(2006) memperoleh 93% biodiesel dari minyak jarak dengan menggunakan katalis

CaO tetapi CaO harus terlebih dahulu dicampur dengan larutan Amonium Karbonat

kemudian dikalsinasi dengan suhu yang tinggi.

Transesterifikasi CPO dengan metanol menggunakan variasi komposisi K2O

dalam CaO dengan perbandingan mol CPO terhadap mol metanol adalah 1:12 pada

suhu 65odan waktu 2 jam diperoleh yield metil ester 77,26%. Hasil ini lebih besar

dibanding dengan yield metil ester yang dihasilkan Liu (2008). Mereka mereaksikan

minyak kacang kedelai dengan metanol menggunakan katalis CaO tanpa penambahan

air yaitu 67% terbesar adalah 10% K2O-CaO.

1.9. Permasalahan

Adapun permasalahan pada penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh perbandingan mol terhadap perolehan atau yield metil ester

yang terbentuk pada transesterifikasi sampel dengan metanol menggunakan 10%

K2O-CaO (b/b sampel).

2. Bagaimana pengaruh waktu reaksi terhadap perolehan atau yield metil ester yang

terbentuk pada transesterifikasi sampel dengan metanol menggunakan 10% K2

O-CaO (b/b sampel).

3. Bagaimana pengaruh suhu reaksi terhadap perolehan atau yield metil ester yang

terbentuk pada transesterifikasi sampel dengan metanol menggunakan 10% K2

O-CaO (b/b sampel)

1.3. Pembatasan Masalah

1. Sampel adalah sisa CPO yang diperoleh dengan transesterifikasi homogen yang

selanjutnya dikonversikan menjadi metil ester asam lemak, dalam hal ini CPO

berasal dari PT. Palmcoco Laboratories.

2. Transesterifikasi heterogen menggunakan sampel dalam hal ini dilakukan

pengaruh perbandingan mol sampel dengan metanol, pengaruh suhu dan waktu

reaksi terhadap perolehan atau yield metil ester menggunakan 50 ml sampel dan

katalis 10% K2O-CaO (b/b sampel) dengan laju pengadukan 800 rpm kemudian

(15)

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh gambaran mengenai pengaruh

perbandingan mol sampel : metanol, waktu reaksi dan suhu reaksi terhadap perolehan

atau yield metil ester yang terbentuk pada transesterifikasi heterogen.

1.5. Manfaat Penelitian

Dengan diperolehnya gambaran yang jelas terhadap pengaruh perbandingan mol

sampel : metanol , waktu reaksi dan suhu reaksi terhadap perolehan atau yield metil

ester yang terbentuk pada transesterifikasi heterogen maka penelitian ini diharapkan

dapat berguna bagi dunia industri, masyarakat dan peneliti sebagai parameter yang

sesuai dalam pembuatan metil ester atau biodiesel melalui reaksi transesterifikasi.

1.6. Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian yang digunakan adalah:

a. Pengambilan Sampel

Populasi adalah sisa CPO yang diperoleh dengan melakukan transesterifikasi

homogen terhadap CPO yang nanti dikonversi menjadi metil ester atau biodiesel

dan sisa CPO dengan melakukan perbandingan mol CPO dengan metanol yaitu

1:6 (mol/mol), pada suhu reaksi 60oC dan waktu reaksi 60 menit dengan

menggunakan katalis H2SO4 0,5% (b/b CPO) pada pengadukan 400 rpm.

b. Pengambilan Data

a. Pengaruh perbandingan mol metanol dan sampel

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan

perbandingan mol sampel : metanol yaitu 1:9, 1:12, 1:15, dan 1:18 pada suhu

65oC, waktu 120 menit menggunakan konsentrasi katalis 10% K2O-CaO (b/b

sampel) dengan pengadukan 800 rpm.

b. Pengaruh Suhu Reaksi

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan variasi suhu

(16)

metanol yang terbaik, waktu reaksi 120 menit menggunakan konsentrasi

katalis 10% K2O-CaO (b/b sampel) dengan pengadukan 800 rpm.

c. Pengaruh Waktu Reaksi

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan variasi

waktu reaksi 60 menit, 90 menit, 120 menit dan 150 menit, suhu reaksi yang

terbaik dengan perbandingan mol sampel : metanol yang terbaik

menggunakkan konsentrasi katalis 10% K2O-CaO (b/b sampel) dengan

pengadukan 800 rpm.

d. Replikasi setiap proses dilakukan pengulangan sebanyak dua kali untuk

masing-masing sampel.

1.7. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakuka n di Laboratorium Kimia Fisika, Fakultas Matematika dan

(17)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Minyak Sayuran

Minyak sayuran adalah lipid yang dihasilkan dari tumbuh- tumbuhan. Walaupun

kebanyakan dari tanam-tanaman dapat menghasilkan minyak tetapi biji-bijian

merupakan sumber yang utama. Minyak sayuran dapat digunakan baik untuk

keperluan memasak maupun untuk keperluan industri. Beberapa jenis minyak seperti

minyak biji kapas, minyak jarak, minyak kelapa sawit dan beberapa jenis dari minyak

lobak tidak cocok untuk dikonsumsi tanpa pengolahan khusus.

Seperti halnya semua lemak, minyak sayuran merupakan senyawa ester dari

gliserin dan beberapa campuran dari berbagai jenis asam lemak, tidak larut dalam air

tetapi larut di dalam pelarut organik

Minyak yang dihasilkan dari tanaman telah banyak digunakan untuk beberapa

keperluan dalam waktu yang lama. Kegunaan dari minyak sayuran dapat dibedakan

atas 4 bagian besar yaitu :

1. Makanan atau pelengkap makanan

2. Obat-obatan dan aromaterapi

3. Keperluan industri

4. Bahan bakar seperti biodiesel

(Tambun, 2006).

2.1.1. Kelapa Sawit

Tanaman kelapa sawit (Elaeis guinensis) berasal dari Guinea di pesisir Afrika Barat,

kemudian diperkenalkan ke bagian Afrika lainnya, Asia Tenggara dan Amerika Latin

sepanjang garis equator (antara garis lintang utara 15odan lintang selatan 12o). Kelapa

sawit tumbuh baik pada daerah iklim tropis, dengan suhu antara 24oC – 32oC dengan

kelembaban yang tinggi dan curah hujan 200 mm / tahun. Kelapa sawit mengandung

(18)

minyak dalam perikarp sekitar 30% – 40%. Kelapa sawit menghasilkan dua macam

minyak yang sangat berlainan sifatnya, yaitu :

1. Minyak sawit (CPO), yaitu minyak yang berasal dari sabut kelapa sawit

2. Minyak inti sawit (CPKO), yaitu minyak yang berasal dari inti kelapa sawit

Pada umumnya minyak sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat,

oleat dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit. Minyak sawit

merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari

gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam

lemaknya semakin tinggi titik lebur dari minyak sawit tersebut (Tambun, 2006).

2.1.2 Komposisi Minyak Kelapa Sawit

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)

(May, 1994).

Tabel 2.1. Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit (Allen,1992).

Asam Lemak Persen Komposisi (%)

1

Asam Kaprilat ( 8:0) 0,1

2

Asam Kapriat (10:0) 0,1

1 Asam Laurat (12:0) 0,9

2 Asam Miristat (14:0) 1,3

3 Asam Palmitat (16:0) 43,9

4 Asam Stearat (18:0) 4,9

5 Asam Oleat (18:1) 39

6 Asam Linoleat (18:2) 9,5

7 Asam Linolenat (18:3) 0.3

Disamping komponen utama penyusun minyak kelapa sawit berupa asam

lemak jenuh dan tak jenuh (stearin dan olein), juga terdapat komponen minor yang

terdapat pada minyak kelapa sawit dalam jumlah kecil. Minyak kelapa sawit

mengandung sekitar 1% komponen minor diantaranya: karoten, vitamin E (tokoferol

dan tokotrienol), sterol, posfolipida, glikolipida, terpena dan hidrokarbon alifatik.

Kegunaan yang terpenting dari karoten dan vitamin E adalah memberikan kontribusi

(19)

Tabel 2.2. Komponen minor dari minyak kelapa sawit (Tan, 1981).

1 Karotenoid 500-700

2 Tokoperol dan Tokotrienol 600-1.000

3 Sterol 326-527

4 Phospholipid 5-130

5 Triterpen Alkohol 40-80

6 Metil Sterol 40-80

7 Squalen 200-500

8 Alkohol Alifatik 100-200

9 Hidrokarbon Alifatik 50

Minyak sawit merupakan sumber karotenoid alami yang paling besar. Kadar

karotenoid dalam minyak sawit yang belum dimurnikan berkisar 500 - 700 ppm dan

lebih dari 80 persennya adalah α dan ß-karoten (May, 1994).

2.1.3. Standar Mutu Minyak Kelapa Sawit

Mutu minyak kelapa sawit yang baik mempunyai kadar air kurang 0,1 persen dan

kadar kotoran lebih kecil dari 0,01 persen, kandungan asam lemak bebas serendah

mungkin (kurang lebih 2 persen), bilangan peroksida dibawah 2, bebas dari warna

merah dan kuning (harus berwarna pucat) tidak berwarna hijau, jernih dan kandungan

logam berat serendah mungkin atau bebas dari ion logam (Ketaren, 1986).

Tabel 2.3. Parameter Kualitas CPO dan RBDPO

PARAMETER CPO RBDPO

Angka Asam _{> 5 mgKOH/g minyak} 0,49 – 0,59 mgKOH/g minyak

Angka

Penyabunan

200-205 mgKOH/g

minyak 199 – 217 mgKOH/g minyak

Kandungan FFA _{2,5 – 4,2 %-air} < 0.1 %-air

Kualitas minyak dipengaruhi oleh :

1. Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid).

Asam lemak bebas dalam konsentrasi tinggi dapat menyebabkan ketengikan serta

(20)

2. Kadar Zat Menguap dan Kotoran

Dapat menyebabkan terjadinya proses hidrolisa pada minyak kelapa sawit.

3. Kadar Logam

Adanya logam dapat berfungsi sebagai katalisator sehingga dapat menyebabkan

terjadinya reaksi oksidasi pada minyak kelapa sawit.

4. Angka Oksidasi

Proses oksidasi yang disebabkan oleh logam jika berlangsung intensif akan

mengakibatkan ketengikan dan perubahan warna (menjadi semakin gelap).

5. Pemucatan

Kualitas minyak juga dipengaruhi oleh kualitas warna dan konsentrasi bahan pemucat

yang digunakan (Tim Penulis PS, 1997).

Minyak kelapa sawit dapat dikonversi menjadi bentuk metil ester asam lemak

atau yang disebut dengan biodiesel. Konversi dilakukan melalui reaksi

transesterifikasi antara minyak kelapa sawit dengan metanol serta penambahan

katalis, baik katalis asam maupun katalis basa. Biodiesel juga dapat diperoleh dari

hasil konversi RBDPO dan fraksi-fraksinya seperti stearin dan olein.

Biodiesel yang berasal dari minyak kelapa sawit mempunyai sifat-sifat kimia

dan sifat fisika yang sama dengan minyak bumi (petroleum diesel) sehingga dapat

digunakan secara langsung untuk mesin diesel dengan melakukan pencampuran

dengan bahan bakar petroleum diesel dengan tidak perlu melakukan modifikasi

apapun pada mesin diesel (Fauzi, 2004).

2.2. Katalisis

Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi laju reaksi tetapi zat tersebut tidak

mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi. Katalis tidak berpengaruh pada energi

bebas ∆G0, dan juga tidak berpengaruh terhadap tetapan kesetimbangan K. Umumnya

kenaikan konsentrasi katalis juga menaikkan laju reaksi, jadi katalis ini ikut dalam

reaksi tetapi pada akhir reaksi diperoleh kembali (Sukardjo, 2002).

Berdasarkan fasa reaktan dan katalis, proses katalisis dapat digolongkan

menjadi katalisis homogen dan katalisis heterogen. Katalisis homogen ialah katalis

(21)

heterogen adalah katalis yang berbeda fasa dengan campuran reaksinya. Katalisis

homogen lebih efektif dibandingkan dengan katalisis heterogen,tetapi pada katalisis

homogen katalis sukar dipisahkan dari produk dan sisa reaktannya sedangkan katalisis

heterogen pemisahan antara katalis dan produknya serta sisa reaktan mudah

dipisahkan dengan demikian, karena mudah dipisahkan dari campuran reaksinya dan

kestabilannya terhadap perlakuan panas, katalisis heterogen lebih banyak digunakan

dalam industri kimia (Setyawan, 2003).

Keuntungan lain dari katalisis heterogen adalah tidak korosif, ramah terhadap

lingkungan, memiliki waktu paruh yang panjang dan dapat memberikan aktifitas dan

selektifitas yang tinggi (Liu, 2008).

Katalis Homogen adalah katalis yang berada dalam fasa yang sama dengan

campuran reaksinya. Dua jenis katalisis homogen yang penting adalah katalisis asam

dan katalisis basa. Banyak reaksi organik bersangkutan dengan salah satu jenis

katalisis (terkadang dengan keduanya).

Katalisis asam Brownsted merupakan transfer ion hidrogen pada substrat:

X + HA  HX+ + A- Kemudian HX- bereaksi

Katalisis basa Brownsted merupakan tansfer ion hidrogen pada substrat:

XH + B  X

+ BH+ Kemudian X- bereaksi

(Atkins, 1997).

Secara umum mekanisme reaksi katalisis homogen adalah sebagai berikut :

1. Difusi molekul reaktan keatas permukaan katalis

2. Reaksi reaktan dalam lapisan teradsorpsi pada permukaan katalis

3. Abfusi produk keluar dari permukaan katalis.

Secara umum mekanisme reaksi katalisis heterogen adalah sebagai berikut :

1. Difusi molekul reaktan ke atas permukaan katalis

2. Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis

3. Reaksi reaktan dalam lapisan teradsorpsi pada permukaan katalis

4. Desorpsi produk reaksi dari permukaan katalis

(22)

Gambar 2.1. Mekanisme Reaksi Heterogen

Mekanisme katalis heterogen menurut Rideal-Eley terlihat pada gambar 2.2.

sebagai berikut :

1. Atom A berdifusi diatas permukaan katalis

Difusi adalah peristiwa mengalirnya / berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari

bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Proses difusi

molekul reaktan kepermukaan atau difusi pada produk desorpsi merupakan proses

yang paling lambat dan tidak dapat ditentukan kecuali pada penentuan proses teknik

yang melibatkan penyerapan katalis.

2. Atom B lewat kemudian berinteraksi dengan atom A yang ada dipermukaan

katalis

katalis menyediakan suatu permukaan dimana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk

sementara terjerap.

3. Atom A dan B saling berinteraksi satu sama lainnya

4. Terbentuk molekul produk dalam permukaan katalis kemudian terlepas

molekul produk dari permukaan katalis.

Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sehingga memadai terbentuknya produk

baru. Ikatan antara produk baru dan katalis lebih lemah sehingga akhirnya terlepas.

P

A

B A . . .

B B

A A

. . . .

. . AB

3.Reaksi

1. Difusi

(23)

Gambar 2.2. Mekanisme katalisis heterogen menurut Rideal-Eley (Schwelik,1973). Permukaan padatan yang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk

menghimpun lapisan dari molekul-molekul zat terlarut pada permukaannya akibat

ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan.

Permukaan spesifik, Specific surface yang besar lebih diharapkan karena laju

perpindahan massa akan meningkat sehingga akan meningkatkan laju reaksi kimia

secara keseluruhan. Permukaan spesifik yang besar ini berhubungan dengan diameter

partikel yang kecil dan seluruh permukaan porinya.

Pori yang kecil membatasi kemampuan senyawa mendifusi ke dalam

permukaan sebelah dalam ( internal surface ) demikian juga difusi produk keluar dari

pori. Sehingga didalam pemilihan diameter pori dan keseragaman diameter pori untuk

menyediakan permukaan spesifik dan tahanan difusi kepermukaan sebelah dalam

perlu diperhatikan. Tahanan difusi yang terjadi didalam katalis disebabkan karena

gesekan antar molekul maupun dengan dinding pori.

Proses heterogen selalu melibatkan energi aktivasi yang cukup besar sedang

difusi dalam gas tidak melibatkan energi aktivasi. Didalam adsorpsi dan desorpsi

sangat lambat didalam poses heterogen karena keduanya melibatkan energi aktivasi

yang cukup besar (Laidler,1987).

Secara umum, apabila suatu partikel padat terdispersi dalam suatu media cair,

maka partikel tersebut dapat melalui beberapa mekanisme, yaitu :

1. Terjadinya peristiwa adsorpsi yang bersifat selektif terhadap spesies bermuatan

yang terdapat didalam dispersi tersebut.

2. Terjadinya peristiwa ionisasi gugus-gugus yang terdapat pada permukaan padatan,

sehingga meninggalkan muatan tertentu pada permukaan padat tersebut. Mekanisme

ini sering terjadi ketika pada suatu permukaan partikel padat terdapat gugus –OH

yang mudah terionisasi, misalnya COOH (Lestari,2008).

Adsorpsi kimia menghasilkan pembentukan lapisan monomolekular adsorbat

pada permukaan melalui gaya-gaya dari valensi sisa dari molekul-molekul pada

permukaan. Adsorpsi fisika diakibatkan kondensasi molekular dalam kapiler-kapiler

dari padatan. Secara umum, unsur-unsur dengan berat molekul yang lebih besar akan

lebih mudah diadsorpsi. Terjadi pembentukan yang cepat sebuah kesetimbangan

(24)

adsorpsi keseluruhan dikendalikan oleh kecepatan difusi dari molekul-molekul zat

terlarut dalam pori-pori kapiler dari partikel (Subiarto, 2000).

Bila digunakan logam atau oksidanya sebagai katalis maka kita berusaha

untuk membuat permukaan yang dapat bekerja secara katalisis sebesar-besarnya.

Untuk keperluan itu sering kali dipergunakan pendukung. Pendukung disini adalah

dengan permukaan yang besar seperti batu apung, arang aktif oksida, aluminium,

kalium oksida dan silikat oleh pelekatan bagian-bagian logam diatas bahan

pendukung ini. Permukaan aktif kadang-kadang diperbesar sampai seratus kali lipat

atau lebih. Karena itu bobot dari katalis dari yang sesungguhnya kadang-kadang

hanya berjumlah sebagaian kecil dari seluruh bobot dari katalis yang sesungguhnya.

Pada umumnya inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat menghambat atau

memperlambat suatu reaksi kimia (Surya, 2004). Reaksi permukaan katalis dapat

terhambat jika suatu substansi asing berikatan pada sisi aktif katalis sehingga

memblok kepada subtrat molekul-molekul. Jenis penghambatan ini disebut peracunan

dan penghambat atau katalis negatif tersebut merupakan racun katalis.

Suatu katalis jika sudah terpakai beberapa kali maka aktivitasnya akan

berkurang. Ini berarti bahwa kemampuan untuk mempercepat reaksi tertentu telah

berkurang. Gejala ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya oleh suhu

yang terlalu tinggi katalis dapat lumer sebagaian atau disenter, penyebab lain yaitu

katalis dapat bereaksi dengan produk atau kotoran yang terdapat didalam bahan dasar.

Penyebab yang terkenal dari pengurangan aktivitas katalis adalah belerang dan

persenyawaan belerang, air lembab (vouch) dan uap minyak dapat dapat dimasukkan

kedalam kelompok ini yang dikenal dengan racun katalis atau poisoning catalyst.

Bila setelah beberapa waktu , aktivitas katalis telah turun sampai dibawah

minimum yang dapat diterima, katalis itu harus apkir atau berhenti. Beberapa katalis

yang tidak aktif dapat diperbaiki kembali dengan jalan regenerasi. Dalam hal ini

dipergunakan uap, zat cair, zat asam atau gas lain. Katalis sering juga digenerasi

dengan pengolahan memakai asam mineral, dimana logamnya dapat larut (Bergeyk,

1982).

Didalam dunia industri katalis yang digunakan:

1. Harus murni

2. Stabil terhadap panas

(25)

4. Dapat diregenerasi

5. Tahan terhadap keracunan

6. Kesederhanaan dalam cara pembuatannya

7. Mudah didapat

8. Harganya murah

(Leach, 1983).

Pada zaman sekarang ini, banyak sekali jenis katalis padat yang telah

digunakan dalam reaksi transesterifikasi minyak nabati menjadi biodisel seperti

oksida logam alkali tanah atau campuran logam alkali dengan aluminium dan zeolit

namun kebanyakan katalis logam alkali mudah mengalami kerusakan dan memiliki

waktu hidup yang singkat sementara itu CaO adalah katalis basa yang memiliki waktu

hidup yang panjang (Liu, 2008).

2.2.1 Kalsium oksida, CaO

Nama lain dari Kalsium oksida adalah lime, caustic, quicklime atau gamping.CaO

merupakan oksida basa yang didapat dari batuan gamping dimana terkandung kalsium

oksida sedikitnya 90% dan magnesia 0-5%, kalsium karbonat, silika, alumina, feri

oksida terdapat sedikit sebagai ketidakmurnian.

Ditinjau dari komposisinya, ada beberapa jenis gamping. Gamping hidraulik

didapat dari pembakaran batu gamping yang mengandung lempung, gamping

berkadar kalsium tinggi lebih dimanfaat didalam reaksi kimia. Gamping dolomit yang

biasanya 35-45% CaO dan 10-25% MgO.

Kalsium karbonat dan juga magnesium didapat dari endapan batu gamping

marmer, kapur (chalk), dolomit atau kulit kerang. Untuk tujuan penggunaan kimia ,

biasanya batu gamping yang agak murni lebih disukai sebagai bahan awal, karena

dapat menghasilkan gamping berkadar kalsium tinggi.

Kalsinasi CaCO3 pada suhu 900oC . Reaksinya :

CaCO3(p) CaO(p) + CO2(g)

Sebagaimana ditunjukkan diatas reaksi kalsinasi tersebut bersifat dapat balik. Pada

(26)

Akan tetapi suhu antara 650 dan 900oC, tekanan dekomposisi itu cukup tinggi

(Austin, 1984).

CaO (massa relatif 56,08 g/mol) memiliki sifat higroskopis, titik lelehnya

2600oC dan titik didihnya 2850oC, tidak larut dalam HCl, struktur kristalnya

oktahedral, memiliki luas permukaannya 0,56 m2/g (West, 1984 ; Ryu, 2007 ).

CaO biasanya digunakan sebagai mortar, industri pupuk, industri kertas,

industri semen, pemutih (bleaching) dan sebagai katalis (Austin, 1984 ; Liu, 2007).

CaO memiliki sisi-sisi yang bersifat basa dan CaO telah diteliti sebagai katalis basa

yang kuat dimana untuk menghasilkan biodiesel menggunakan CaO sebagai katalis

basa mempunyai banyak manfaat, misalnya aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang

rendah, masa katalis yang lama, serta biaya katalis yang rendah. Reddy menghasilkan

biodiesel dengan menggunakan nano kalsium oksida dalam kondisi suhu kamar.

Tetapi kecepatan reaksi begitu lambat dan membutuhkan 6-24 jam untuk memperoleh

konversi (hasil) yang tinggi. Dia juga telah meneliti deaktivitasi setelah tiga kali

siklus dengan asam lemak. Zhu memperoleh 93% hasil dari minyak jarak

menggunakan CaO sebagai katalis tetapi katalis tersebut harus direaksikan dengan

larutan amonium karbonat dan dikalsinasi pada suhu yang tinggi (Liu, 2008).

Mekanisme reaksi transesterifikasi heterogen dengan katalis basa CaO

1. Katalis basa CaO merupakan tempat, dimana permukaan O2- menyerang

atom H+ dari metanol sehingga terbentuk metoksi

2. Metoksi menyerang atom karbon dari trigliserida untuk membentuk

perantara tetrahedral

3. Mengambil atom H+ dari CaO

4. Kemudian langkah terakhir adalah penyusunan kembali perantara

tetrahedral menjadi metil ester dan gliserol

CH3OH + --Ca—O-- -- --Ca—O--

R1—C—OR + --Ca—O-- R1—C—OR + --Ca—O-- O

CH3O

-H+

OCH3

O- H+

CH3O

(27)

R1—C---OR + --Ca—O-- R—C—ROH+ + --Ca—O --

R1—C—ROH+ R1—C + ROH

Gambar 2.3. Mekanisme reaksi transesterifikasi padat dengan katalis basa CaO

2.2.2. Kalium Oksida, K2O

Logam oksida golongan I (Li, Na, K, Rb, Cs) dan golongan II (Mg, Ca, Sr, Ba)

merupakan basa kuat. Semua logam alkali oksida bereaksi dengan air yang dapat

memberi hidroksida sehingga membentuk logam alkali hidroksida kemudian akan

menyerap karbon dioksida diudara untuk membentuk alkali karbonat dan jika

dipanaskan dibawah titik didihnya akan membentuk logam oksida dan air.

Kalium atau potas berasal dari ekstraksi abu kayu dengan air menghasilkan

larutan KOH-K2CO3. Kalium diambil dari dalam tanah oleh tumbuh-tumbuhan yang

bertindak sebagai konsentrator. Kalium ini akan dikembalikan ke tanah apabila

tumbuhan tersebut membusuk ditempat sehingga terbentuk endapan-endapan garam

kalium yang mengandung endapan sedimenter permia silvinit { sesuai dengan

campuran alami antara silvit (KCl), halit (NaCl) dan langbeinit (K2SO4.2MgSO4)}

(Austin, 1984).

Dari penjelasan diatas bahwa K2CO3 jika dipanas dibawah titih didihnya yaitu

825oC maka akan mengalami dekomposisi kalium oksida dan air.

K2CO3(p) K2O(p) + CO2 (l) OCH3

O- _H+

OCH3

O

-OCH3

O

-OCH3

(28)

Bila dipergunakan Logam atau oksidanya sebagai katalisator maka kita

berusaha untuk membuat permukaan katalis sebesar-besarnya. Untuk keperluan itu

sering kali digunakan pendukung, pendukung disini adalah zat berpori dengan

permukaan yang besar. Pada pemeriksaan cara kerja katalisator ditemukan bahwa

sedikit dari zat tertentu dapat meningkatkan aktivitas, zat yang memperlihatkan sifat

ini dinamakan promotor (Bergeyk,1982) Banyak contoh promotor didalam reaksi

heterogen khusus didalam proses industri diantaranya adalah kalium oksida dan

aluminium oksida (Glasstone,1960).

Logam-logam alkali kuat seperti Li, Na, K, Rb, dan Cs merupakan promotor

tetapi Litium eksplosif dan karena harganya mahal Rb da Cs juga ekplosif sekali

(Leach, 1983).

Heber-Bosch pernah melakuan sintesis NH3 dari N2 dan H2 dengan

menggunakan katalis Fe3O4 dengan penambahan sedikit K2O dan Al2O3 kemudian

dipanaskan didalam campuran H2-N2 dimana Al2O3 sebagai promotor struktural yang

memiliki luas permukaan yang besar sehingga penyerapan dapat dilakukan dengan

baik, sedangkan K2O disini bertindak sebagai promotor elektron yang menutupi

permukaan katalis melindungi bagain internal katalis dari racun katalis seperti CO2

(yang mengadorpsi K2O), CO (mengadsorpsi besi), H2 dan O2 (Adamson, 1990).

2.3. Transesterifikasi

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari

trigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan

menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Diantara alkohol-alkohol monohidrik

yang menjadi sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum

digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi

disebut metanolisis). Jadi, disebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan

ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME).

Secara umum reaksi transesterifikasi antara Trigliserida dan alkohol (metanol)

dapat digambar sebagai berikut

CH2-O-COR1 CH2OH R1-COOCH3

CH--O-COR2 + 3CH3OH CH2OH + R2-COOCH3

CH2-O-COR3 CH2OH R3-COOCH3

Katalis

(29)

Gambar 2.4. Reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan metanol

Dalam hal ini R1, R2, dan R3 didalam trigliserida merupakan alkil dari C8 sampai C20.

Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis,

konversi yang dihasilkan meskipun maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat

(Mittlebatch,2004).

2.4. Biodiesel

Biodiesel merupakan metil ester asam lemak yang diperoleh dengan cara

transesterifikasi trigliserida dari minyak tumbuhan dengan metanol ( Meher, 2004).

Indonesia dikenal memiliki khazanah kekayaan hayati yang beraneka ragam. Sumber

lemak/minyak tumbuhan di Indonesia dapat diperoleh dari minyak sawit (palm oil),

minyak kelapa (coconut oil), minyak inti-sawit (palm-kernel oil), minyak kacang

tanah, lemak ternak (fats), minyak jarak pagar (physic-nut oil), minyak nyamplung

(laurel-nut oil), minyak kelor (horse radish oil), minyak kasumba (safflower oil),

minyak saga utan/pohon (corail tree oil), minyak nimba, lemak rambutan, minyak

kapok/randu (kapok oil), minyak randu alas, dan lain-lain.

Pengembangan palm biodiesel yang berbahan baku minyak kelapa sawit terus

dilakukan karena selain untuk mengantisipasi cadangan minyak bumi yang semakin

terbatas, produk biodiesel juga termasuk produk yang ramah lingkungan ( Tim

Peneliti PPKS Medan).

Biodiesel juga bersifat biodegradable dan tidak beracun, disamping itu juga

biodiesel memiliki flash point (temperatur terendah yang dapat menyebabkan uap

biodiesel dapat menyala) yang tinggi daripada diesel normal, sehingga tidak

menyebabkan mudah terbakar. Biodiesel juga menambah pelumasan mesin,

menambah ketahanan mesin dan mengurangi frekuensi pergantian mesin. Keuntungan

lain dari biodiesel yang cukup signifikan adalah sifat emisi yang rendah dan

(30)

BAB 3

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

Penelitian ini adalah merupakan penelitian yang dilakukan di laboratorium (expriment

[image:30.595.153.445.609.744.2]

laboratory) dan termasuk kedalam kategori field research.

3.1. Bahan – Bahan dan Alat – Alat Penelitian

3.1.1. Bahan – Bahan Penelitian

Bahan dasar dalam penelitian ini adalah CPO dari PT. Palmcoco Laboratories dengan

Kandungan air 0,19 % dan komposisi trigliserida terlihat pada tabel 3.1 dan data ini

diambil dari hasil analisis Gas Kromatografi CPO (lampiran 13) sebagai berikut :

Tabel 3.1. Komposisi asam lemak CPO

Nomor

Metil Ester CPO

Rumus Nama Konsentrasi

(%)

1 12:0 Asam Laurat 0.17

2 14:0 Asam Myristat 1.02

(31)

4 18:0 Asam Stearat 4.21

5 18:1 Asam Oleat 37.70

6 18:2 Asam Linoleat 13.88

7 18:3 Asam Linolenat 0.45

8 20:0 Asaml Arakidat 0.33

100

Adapun komposisi Trigliserida sisa CPO dari hasil analisis gas kromatografi

[image:31.595.155.444.72.203.2]

(lampiran 14) sebagai sampel terlihat pada tabel 3.2. sebagai berikut :

Tabel 3.2. Komposisi Trigliserida sisa CPO

Nomor Metil Ester SISA CPO

Rumus Nama Konsentrasi (%)

1 12:0 Metil Laurat 0.13

2 14:0 Metil Myristat 0.76

3 16:0 Metil Palmitat 38.65

4 18:0 Metil Stearat 4.80

5 18:1 Metil Oleat 44.30

6 18:2 Metil Linoleat 10.46

7 18:3 Metil Linolenat 0.48

8 20:0 Metil Arachidat 0.42

100

Adapun bahan-bahan kimia yang digunakan terlihat dalam tabel 3.3. sebagai berikut :

Tabel 3.3. Bahan-bahan penelitian

Nama Bahan Spesifikasi Merek

[image:31.595.126.468.362.630.2]

(32)

Fenolftalein p.a. 96% E. Merck

H2SO4 (p) p.a. 95% - 97% E. Merck

CaO (s) p.a. 97% E. Merck

Metanol p.a. 99,9% E. Merck

n-Heksana p.a. 99% E. Merck

Na2SO4.anhidrat p.a. 99.5 E. Merck

K2CO3.anhidrat p.a. 99,9% E. Merck

H2C2O4.2H2O p.a 99.% E. Merck

KOH Pelet E. Merck

3.1.2. Alat – Alat Penelitian

Sedangkan alat – alat yang digunakan disusun dalam tabel tabel 3.4.

Tabel 3.4. Alat-alat penelitian

Nama Alat Spesifikasi Merek

Instrumen Kromatografi Gas Kolom: SGE BPX70 Detektor : FID

Agilent

Technologies

Labu Leher Tiga 250 mL Pyrex

Neraca Analitis (presisi ± 0.0001 gr) Mettler AE-200 Swiss

Oven 30 – 200 oC Precision Scientific

Pemanas dan Pengaduk - Fisher Scientific

Pendingin Liebig - -

Pengaduk Magnet - -

Piknometer 2 mL Pyrex

Rotari Evaporator 30 – 100 oC Heidolph WB 2000

Termometer 0 – 110 oC Silber Brand

(33)

3.2. Desain Penelitian

Penelitian ini didesain sebagai berikut :

A. Preparasi Katalis

Bahan yang digunakan adalah CaO produksi Merck CAS-No. (1305-78-8) dan

K2CO3 produksi Merck CAS-No.(584-08-7).

Preparasi Kalsium Oksida, CaO

CaO harus dihaluskan terlebih dahulu dengan menggunakan lumpang dan alu

yang terbuat dari porselin sampai terbentuk serbuk, kemudian serbuk CaO

tersebut diletakkan diatas permukaan cawan penguap dengan ketebalan ± 1 mm.

Untuk menghilangkan kadar air yang masih terkandung didalam CaO maka

serbuk CaO dimasukkan kedalam oven dan dikeringkan pada suhu 110oC selama

60 menit, kemudian disimpan dalam desikator.

Preparasi Kalium Oksida, K2O

Preparasi kalium oksida dengan meletakkan K2CO3 diatas cawan penguap dengan

ketebalan ± 1 mm kemudian dikalsinasi pada suhu 700oC didalam tanur selama 5

jam untuk menghasilkan K2O kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 110oC

selama 60 menit untuk menghilangkan kadar air yang masih terkandung

didalamnya kemudian dimasukkan kedalam botol dan disimpan dalam desikator.

B. Populasi

Dalam penelitian ini yang digunakan sebagai populasi adalah sisa CPO (Crude

Palm Oil) yang diperoleh melalui reaksi transesterifikasi asam menggunakan CPO

yang diperoleh dari PT. Palmcoco Laboratories, Medan, yang kemudian akan

dikonversi menjadi metil ester atau biodiesel. Populasi yang digunakan bersifat

homogen.

c. Variabel-Variabel

1. Variabel bebas :

- perbandingan mol metanol : sampel

- suhu reaksi

(34)

2.. Variabel yang dibuat tetap :

- kecepatan pengadukan

- volume sampel

- Konsentrasi Katalis

3. Variabel terikat :

- yield metil ester

b. Pengambilan Data

1. Pengaruh perbandingan mol sampel dengan metanol

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan

perbandingan mol sampel : metanol yaitu 1:12, 1:12, 1:15 dan 1:18 dengan

suhu 65oC, waktu 120 menit menggunakan 10% K2O-CaO (b/b sampel)

dengan pengadukan 800 rpm.

2. Pengaruh Suhu Reaksi

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan variasi suhu

reaksi 60oC, 62,5oC, 65oC dan 67,5oC dengan perbandingan sampel : metanol

yang terbaik, waktu reaksi 120 menit menggunakan 10% K2O-CaO (b/b

sampel) dengan pengadukan 800 rpm.

3. Pengaruh Waktu Reaksi

Menentukan konsentrasi metil ester hasil transesterifikasi dengan variasi

waktu reaksi 60 menit, 90 menit, 120 menit dan 150 menit, suhu reaksi yang

terbaik dengan perbandingan mol sampel : metanol yang terbaik menggunakan

(35)

4. Replikasi setiap proses dilakukan pengulangan sebanyak dua kali untuk

masing-masing sampel.

3.2.1. Skema Penelitian 3.2.1.1. Skema Umum

Penelitian ini dilakukan menurut bagan alir yang terlihat pada gambar (3.1) sebagai

berikut :

CPO

Transestrifikasi dengan metanol dengan menggunakan katalis asam H2SO4 (p) 0,5% (b/b CPO) dengan perbandingan

mol CPO : metanol yaitu 1:6 (mol/mol);suhu 60oC; waktu reaksi 60 menit dan laju pengadukan 400 rpm

Sampel Gliserol

transesterifikasi dengan metanol dengan menggunakan katalis 10% K2O-CaO (b/b sampel) dengan variasi perbandingan mol

sampel : metanol yaitu 1:9 , 1:12, 1:15 dan 1:18 (mol/mol), suhu reaksi yaitu 60oC, 62,5oC, 65oC, dan 67,5oC, waktu reaksi yaitu 60 menit, 90 menit, 120 menit dan 150 menit dengan laju pengadukan 800 rpm.

Produk

(36)

metil ester , metanol

didiamkan selama 30 menit didalam corong pisah dicuci dengan aquadest hangat 10% (v/v)

dituang

gliserol Campuran sampel, metanol dan katalis

direfluks pada suhu tertentu,waktu tertentu dengan pengadukan 800 rpm

reaksi dihentikan dengan cara quenching menggunakan air es dengan suhu 4o

C disaring

Katalis 10%K20-CaO (b/b sampel)

didespersi didalam metanol dengan pengaduakan 800 rpm

campuran metanol dan katalis

dimasukkan berlahan-lahan sampel kedalam campuran metanol dan katalis

Residu Katalis

Filtrat

[image:36.595.95.511.356.778.2]

gliserol ,metanol dan metil ester

Gambar 3.1. Skema umum reaksi transesterifikasi

3.2.1.2. Proses Transesterifikasi

Proses transesterifikasi secara terperinci ditunjukkan pada (gambar 3.2) berikut : Analisa

Dianalisa koefisien viskositas Dianalisa dengan GC Dianalisa densitas

Dianalisa kandungan ALB

(37)

ditambahkan N2SO4 anhidrat

didiamkan dan disaring

metil ester kering residu

didestilasi pada suhu 650

C

refinat metil ester

[image:37.595.84.474.83.419.2]

destilat metanol

Gambar 3.2. Transesterifikasi Heterogen

3.2.2. Pembuatan Reagen 3.2.2.1. Larutan Pencuci

Larutan pencuci dibuat dengan melarutkan 10 gram kalium bikromat dalam 200 mL

asam sulfat pekat, kemudian ditambah dengan 7,5 mL aquadest, dikocok, disimpan

dalam botol berwarna gelap dan didiamkan satu malam sebelum digunakan.

3.2.2.2. Larutan KOH 0,1N

Sejumlah 2,8053 gram KOH pelet dilarutkan dengan aquadest dalam labu takar 500

mL sampai garis tanda dan dikocok sampai homogen.

3.2.2.3. Larutan Indikator Fenolftalein

Sejumlah 0,5 gram fenolftalein dilarutkan dengan etanol 70% dalam labu takar 50 mL

sampai garis tanda.

3.2.2.4. Larutan Alkohol Netral

Sebanyak 200 mL alkohol 96 %, ditambahkan 4 tetes indikator fenolftalein dan

dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N hingga larutan menjadi berwarna merah muda

(38)

3.2.2.5. Larutan H2C2O4 0,1N

Sejumlah 6,3033 gram kristal H2C2O4.2H2O dilarutkan dengan aquadest dalam labu

takar 500 mL sampai garis tanda dan dikocok sampai homogen.

3.2.2.6. Standardisasi Larutan KOH 0.1N

Dipipet sebanyak 5 mL KOH 0,1N dimasukkan kedalam gelas Erlenmeyer,

ditambahkan dengan 3 tetes indikator Fenolftalein, kemudian dititrasi dengan

menggunakan larutan H2C2O4.2H2O 0,1N sampai terjadi perubahan warna dari bening

menjadi merah muda.

3.2.3. Pengambilan Data

3.2.3.1. Seleksi Perbandingan Mol Sampel dengan Metanol

1. Dimasukkan metanol (1:9 mol/mol sampel) kedalam labu leher tiga lalu

ditambahkan 3,56 gram K2O-CaO (b/b sampel) dan distirer hingga homogen

selanjutnya ditambahkan sampel secara berlahan-lahan dalam labu leher tiga yang

sudah berisi metanol dan katalis.

2. Direfluks selama 120 menit pada suhu 65oC dengan laju pengadukan konstan 800

rpm dan dihentikan dengan quenching menggunakan air es (4oC)

3. Hasil refluks disaring dan filtratnya dimasukkan kedalam corong pisah dan

didiamkan selama 30 menit sehingga terbentuk 2 fasa

4. Fasa metil ester dicuci dengan 10% (v/v) aquadest hangat yang suhunya sekitar

50oC hingga larutan pencuci bersifat netral lalu didiamkan kemudian dituang

sehingga gliserol terpisah dengan fase metil ester.

5. Fasa metil ester didestilasi pada suhu 65oC sehingga pelarut terpisah dengan fasa

metil ester, lalu ditambahkan dengan 0,1 gram Na2SO4 anhidrat dan didiamkan

selama 1 jam selanjutya disaring.

6. Perlakuan yang sama untuk variasi perbandingan mol sampel dan metanol

1:12,1:15 dan 1:18

7. Metil ester murni dianalisa kandungan asam lemak bebas, densitas, viskositas dan

konsentrasi metil ester

(39)

1. Dimasukkan metanol (Sesuai dengan perbandingan mol maksimum) kedalam labu

leher tiga lalu ditambahkan 3,56 gram K2O-CaO (b/b sampel) dan distirer hingga

homogen selanjutnya dimasukkan sampel kedalam labu leher tiga yang telah

berisi metanol dan katalis.

2. Direfluks selama 120 menit pada suhu 60oC dengan laju pengadukan konstan 800

rpm.

sehingga gliserol terpisah dengan fase metil ester.

5. Fasa metil ester didestilasi sehingga pelarut terpisah dengan fasa metil ester, lalu

ditambahkan dengan 0,1 gram Na2SO4 anhidrat dan didiamkan selama 1 jam

selanjutya disaring.

6. Perlakuan yang sama untuk variasi suhu 62,5oC ; 65oC ; 67,5oC

konsentrasi metil ester.

3.2.3.3. Seleksi Waktu Reaksi Maksimum.

1. Dimasukkan metanol (Sesuai dengan perbandingan mol terbaik) kedalam labu

leher tiga lalu ditambahkan 3,56 gram K2O-CaO (b/b sampel) dan distirer hingga

homogen selanjutnya dimasukkan sampel kedalam labu leher tiga yang telah beisi

metanol dan katalis.

2. Direfluks selama 60 menit pada suhu terbaik dengan laju pengadukan konstan

800 rpm.

sehingga gliserol terpisah dengan fase metil ester..

5. Fasa metil ester didestilasi pada suhu 65oC sehingga pelarut terpisah dengan fasa

metil ester, lalu ditambahkan dengan 0,1 gram Na2SO4 anhidrat dan didiamkan

selama 1 jam selanjutya disaring.

(40)

konsentrasi metil ester.

3.2.4. Karakterisasi Produk

3.2.4.1. Penentuan Kadar Air CPO ( ASTM D2709 )

Sebanyak 5 gram sampel dimasukkan kedalam cawan yang telah dikeringkan.

Kemudian dipanaskan pada suhu 130oC selama 3 jam. Dihitung kadar air yang hilang.

Kadar air dihitung berdasarkan rimus sebagai berikut :

% 100 ) ( ) ( 1 2 1 _x W W W W air Kadar − −

= ... (3.0)

Dengan W = berat wadah (g)

W1 = berat wadah dengan sampel (g)

W2 = berat wadah dengan sampel setelah diuji (g)

3.2.4.2. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas ( ASTM D664 )

Sebanyak 1 gram sampel dimasukkan kedalam gelas Erlenmeyer. Kemudian

ditambahkan 20 mL n-heksan dan 20 mL alkohol netral. Ditambahkan 3 tetes

indikator fenolftalein lalu dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N hingga warna larutan

berubah dari bening menjadi merah muda. Dihitung volume KOH yang terpakai.

Kadar asam lemak bebas dari sampel dihitung berdasarkan rumus berikut:

% 100 1000 256 ) (% sampel KOH KOH g x x N x mL ALB Bebas Lemak Asam

Kadar = ... (3.1)

(41)

sampel KOH KOH g x N x mL Asam

Bilangan = 56.1 ... (3.2)

dengan mLKOH = volume KOH yang diperlukan untuk titrasi, NKOH = konsentrasi

KOH, gsampel = massa sisa CPO yang digunakan.

3.2.4.3. Penentuan Densitas ( ASTM D1298 )

Mula-mula piknometer kosong yang kering dan bersih ditimbang beratnya. Kemudian

dimasukkan sampel kedalam piknometer tanpa ada gelembung udara dan bagian luar

piknometer harus dalam keadaan bersih lalu ditimbang beratnya. Dilakukan

pengulangan sebanyak 3 kali.

Densitas dari sampel dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:

piknometer osong k piknometer sampel piknometer V m m

Densitas(

ρ

)= + − ... (3.3)

dengan m = massa dan V = volume.

3.2.4.4. Penentuan Koefisien Viskositas ( ASTM D445 )

Dimasukkan 10 mL aquades kedalam Viskosimeter Oswald, lalu dihisap larutan

dengan bola karet penghisap hingga melewati batas atas viskosimeter, dihitung waktu

yang dibutuhkan oleh larutan untuk mengalir dari batas atas hingga batas bawah.

Dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali. Perlakuan yang sama dilakukan pada sampel

yang akan dihitung nilai viskositasnya.

Koefisien viskositas dari sampel dapat dihitung dengan cara

membandingkannya dengan nilai viskositas akuades yang telah diukur terlebih dahulu

waktu alirnya, berdasarkan persamaan berikut:

aquades sampel sampel aquades aquades sampel x t t

η

ρ

η

× ×

(42)

dengan = densitas (gr/cm3_{), t = waktu alir sampel (detik) dan = viskositas (cSt).}

Koefisien viskositas aquades pada suhu 40oC ; η_aquades =0,6407mm2/s

( )

cSt .

3.2.4.5. Penentuan Komposisi Asam Lemak Bebas

Penentuan Kadar produk metil ester menggunakan instrumen kromatografi gas

Agilent Technologies yang didukung dengan perangkat lunak AgilentTechnologies

Coorporation. Volume sampel sebanyak 2 liter, kolom yang digunakan adalah SGE

BPX-70 dengan panjang kolom 60 meter, fase diam adalah silika dan menggunakan

detektor Flame Ionization Detector (FID). Analisis yang dilakukan yaitu analisis

kandungan asam lemak atau FattyAcids Content Analysis (FAC Analysis).

Sebanyak 25 l sampel dimasukkan kedalam botol vial lalu ditambahkan dengan 1,5 mL n-heksan p.a. kedalamnya. Selanjutnya dimasukkan kedalam ruang

sampel pada instrumen kromatografi gas dan diopereasikan komputer sehingga

muncul peak dan hasil pada monitor komputer.

3.2.4.6. Perhitungan Yield Metil Ester

Yield dihitung dengan cara membandingkan berat produk hasil transesterifikasi

dengan berat CPO yang digunakan berdasarkan persamaan:

% 100 x m m yield

sampel produk

= ... (3.5)

3.2.5. Pengolahan dan Analisis Data Statistik

Data statistik yang diperoleh dari hasil penelitian ini selanjutnya akan diolah dan

(43)

Solution) Versi 12.0 sebagai aplikasi program komputer untuk menganalisis data

statistik dan termasuk didalamnya penggunaan analisis data eksperimen.

3.2.5.1. Analisis Regresi Linear Berganda

Untuk mencari persamaan regresi linear berganda dengan 3 (tiga) variabel bebas

(independent variabel) yakni ; perbandingan mol, waktu dan suhu reaksi terhadap

variabel terikat (dependent variabel) ditentukan dengan melakukan analisis regresi

ganda 3 prediktor. Langkah yang akan diambil adalah dengan menentukan persamaan

regresi dan menghitung koefisien regresinya.

Untuk mencari persamaan regresi linear berganda terlebih dahulu dihitung

koefisien – koefisien regresinya dengan mencari nilai – nilai penggandaan antara

variabel bebas dengan variabel bebas yang lain.

Penggandaan nilai antara variabel bebas yang dihitung adalah : ΣX1, ΣX2,

ΣX3, ΣY, ΣX12, ΣX22, ΣX32, ΣX1Y, ΣX2Y, ΣX3Y, ΣX1X2, ΣX1X3 dan Σ X2X3.

Selanjutnya nilai – nilai tersebut disubstitusikan untuk mencari nilai koefisien regresi.

Koefisien regresi b0, b1, b2 dan b3 dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan simultan berikut:

∑

=

∑

2 + ₂ ₁ ₂ + ₃ ₁ ₃

1 1

1Y b X b X X b X X

X ... (3.6)

∑

= + 2+ ₃ ₂ ₃

2 2 2 1 1

2Y b X X b X b X X

X

... (3.7)

∑

= + + 2

3 3 3 2 2 2 1 1

3Y b X X b X X b X

X ... (3.8) 3 3 2 2 1 1

0 Y b X b X b X

b = − − −

... (3.9)

Persamaan regresi 3 (tiga) variabel bebas dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut :

3 3 2 2 1 1

0 bX b X b X

b

Y = + + + ... (3.10)

dimana : Y = yield metil ester

b0, b1, b2 danb3 = koefisien regresi

X1 = perbandingan mol

X2 = suhu

(44)

3.2.5.2. Analisis Residu

Setelah diperoleh persamaan regresinya maka dapat dihitung besarnya penyimpangan

yield yang sebenarnya terhadap yield yang diperkirakan, penyimpangan atau

kesalahan baku dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

1 )

( 2

^

123 − −

− ∑ = k n Y Y

S_y ...(3.11)

dengan : Sy = penyimpangan (kesalahan baku)

n = jumlah perlakuan

k = jumlah variabel bebas

i

i b X

X b b

Y 0 1 1 2 2

^

+ +

= ...(3.12)

3.2.5.3. Analisis Korelasi

3.2.5.3.1. Analisis Korelasi Pearson

Korelasi Pearson (r) digunakan untuk mencari hubungan dan membuktikan hipotesa

antara masing – masing variabel bebas terhadap variabel terikat.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung koefisien korelasi Pearson (r)

sebagai berikut:

∑

−

∑

−

∑

− = } ) ( }{ ) ( { ) )( ( 2 2 2 1 2 1 1 1 1 Y Y n X X n Y X Y X n

ryx ... (3.13)

∑

−

∑

−

∑

− = } ) ( }{ ) ( { ) )( ( 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Y Y n X X n Y X Y X n

r_yx ... (3.14)

∑

−

∑

−

∑

− = } ) ( }{ ) ( { ) )( ( 2 2 2 3 2 3 3 3 3 Y Y n X X n Y X Y X n

ryx ... (3.15)

Untuk dapat memberikan penafsiran terhadap koefisien korelasi yang telah

[image:44.595.83.522.171.416.2]

dihitung besar atau kecil, maka dapat berpedoman pada ketentuan yang terlihat pada

(45)

Interval Koefisien Tingkat Hubungan

0.00 – 0.199 Sangat Rendah

0.20 – 0.399 Rendah

0.40 – 0.599 Sedang

0.60 – 0.799 Kuat

[image:45.595.191.429.111.280.2]

0.80 – 1.000 Sangat Kuat

Tabel 3.5. Pedoman untuk memberikan interprestasi terhadap koefisien korelasi.

3.2.5.3.2. Analisis Korelasi Ganda

Seberapa besar pengaruh variabel bebas (independent variabel) yakni ; perbandingan

mol sampel dengan metanol, suhu, dan waktu reaksi terhadap variabel terikat

(dependent variabel) yakni ; yield metil ester dapat ditentukan dengan menghitung

koefisien korelasi ga