i
“PEMANFAATAN MINYAK BIJI KARET (Hevea brasiliensis) SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL PADA VARIASI
SUHU TRANSESTERIFIKAS DAN RASIO (METANOL/MINYAK) PADA
WAKTU 120 MENIT”
SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi
Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains Kimia
Oleh:
Ismu Rohmah Rusmaningtyas 13307144005
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
ii
PEMANFAATAN MINYAK BIJI KARET (Hevea brasiliensis) SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL PADA VARIASI
SUHU TRANSESTERIFIKASI DAN RASIO (METANOL/MINYAK) PADA
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui: 1) massa jenis, viskositas dan gugus fungsi IR dari minyak biji karet, 2) massa jenis, viskositas, titik tuang, titik nyala, kalor pembakaran dan gugus fungsi IR dari biodiesel, 3) kesesuaian karakter biodiesel dengan SNI 7182: 2012.
Subjek dalam penelitian ini adalah biji karet yang berasal dari PTPN IX Semarang, Jawa Tengah. Objek dalam penelitian ini adalah biodiesel dari hasil reaksi transesterifikasi minyak biji karet. Metode yang digunakan dalam pengambilan minyak adalah pengepresan. Jenis katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah KOH 1% b/b dan lama pengadukan 120 menit. Jenis alkohol yang digunakan pada transesterifikasi adalah metanol. Variasi suhu yang digunakan adalah 45, 65, dan 85
o
C untuk biodiesel B1, B2, dan B3 dengan rasio mol metanol:minyak adalah 4:1, dan
dengan rasio mol metanol:minyak adalah 8:1 untuk biodiesel B4, B5, dan B6.
Biodiesel yang diperoleh dianalisis dengan FTIR dan uji parameternya meliputi massa jenis, viskositas, kalor pembakaran, titik tuang, dan titik nyala.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakter minyak biji karet mempunyai massa jenis dan viskositas sebesar 907,9 kg/m3 dan33,5740 cSt. Gugus fungsi yang terdapat pada minyak biji karet dan biodiesel yaitu C=O karbonil ester, O ester, C-H alkana, C-C-H alifatik dan –CH3. Karakter biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6
meliputi massa jenis beturut-turut adalah 887,37; 880,1; 898,67; 902,7; 897,9 ; dan 886,9333 kg/m3, viskositas berturut-turut sebesar 21,1135; 19,8651; 16,3189; 16,7291; 19,7945; dan 20,7268 cSt, kalor pembakaran berturut-turut sebesar 9420,3125; 8838,2115; 9458,48; 9821,6535; 9068,65; dan 9215,28 kal/g, titik tuang berturut-turut sebesar 9, -3, 3, 0, 6, dan 0 oC, serta titik nyala berturut-turut sebesar 210, 204, 196, 208, 198, dan 184 oC. Biodiesel B1, B2 dan B6 memiliki nilai massa
jenis yang sesuai dengan SNI 7182:2012. Biodiesel B1, B2, B3, B4, B5 dan B6
memiliki nilai viskositas dan kalor pembakaran yang belum sesuai dengan standar, namun memiliki nilai titik tuang dan titik nyala yang sesuai dengan SNI 7182:2012. Berdasarkan hasil penelitian, biodiesel yang paling baik adalah biodiesel B1 yaitu
pada suhu 45oC dengan rasio metanol/minyak yaitu 4/1.
iii
THE UTILIZATION OF RUBBER SEED OIL (Hevea brasiliensis) AS RAW MATERIALS BIODIESEL IN VARIOUS OF TRANSESTERIFICATION
TEMPERATURE AND (METHANOL/OIL) RATIO AT 120 MINUTES By:
Ismu Rohmah Rusmaningtyas NIM : 13307144005
ABSTRACT
The aim of this research are to know 1) the density value, viscosity value, and functional group of rubber seed oil 2) the density, viscosity, pour point, flash point, heat of combustion, and functional group of biodiesel 3) the suitability of biodiesel characteristic with SNI 7182: 2012.
This research subject was rubber seed from PTPN IX Semarang, Central Java. The object of this research was biodiesel from rubber seed oil resulted from transesterification process. The oil was produced by pressing method. The catalys used in the transesterification was 1% w/w concentration of KOH at 120 minutes stirring time. The alcohol used in the transesterification was methanol. The temperature variation were 45, 65, and 85 oC for biodiesel B1, B2, and B3 withmole
ratio of methanol:oil was 4:1. Biodiesel B4, B5, and B6 with mole ratio of
methanol:oil was 8:1. The biodiesels product was analyzed using FTIR and the parameters examination were density, viscosity, combustion calor, pour point, and flash point. 21.1135; 19.8651; 16.3189; 16.7291; 19.7945; and 20.7268 cSt, respectively. Heat of combustion are 9420.3125; 8838.2115; 9458.48; 9821.6535; 9068.65; and 9215.28 cal/g, respectively Pour point are -9, -3, 3, 0, 6, and 0 oC, respectively, and Flash point are 210, 204, 196, 208, 198, and 184 oC, respectively. Biodiesel B1, B2 and B6
having density suitable with SNI 7182:2012. Biodiesel B1, B2, B3, B4, B5 and B6
having viscosity and heat of combustion were not suitable. But having pour point and flash point suitable with SNI 7182:2012. Based on the results, the best biodiesel was biodiesel B1 at 45oC with methanol/oil ratio 4/1.
vii MOTTO
Kita tidak tahu usaha keberapa yang akan berhasil. Seperti kita tak pernah tahu doa mana yang akan dikabulkan. Keduanya sama, PERBANYAKLAH!
Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum mereka mengubah dirinya sendiri (QS. Ar-Ra’d:11)
Mungkin perjalanan kita tidak sempurna, tetapi pembelajaran kita yang sempurna.
viii
PERSEMBAHAN
Tugas Akhir Skripsi ini aku persembahkan kepada :
Bapak dan Ibu yang senantiasa membimbing, mendoakan, memotivasi, dan selalu memberikan dukungan baik moril maupun materiil. Terimakasih atas
kasih sayang yang engkau berikan dengan tulus ikhlas.
Kakak-kakak ku yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan movitasi.
Bu Endang Dwi Siswani, M.T. yang selalu membimbing dengan sabar dan memberikan solusi-solusi terbaik.
Nikma Ulya yang menjadi partner dalam penelitian ini.
Sahabat-sahabatku Rizky Ifandriani, Nindyashinta M.D., Elga Riesta Puteri yang selalu memberikan dukungan.
Teman-teman seperjuangan Kimia E 2013 yang aku sayangi, terima kasih untuk kerjasamanya.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Pemanfaatan Minyak Biji Karet (Hevea
brasiliensis) sebagai Bahan Baku Biodiesel pada Variasi Suhu Transesterifikasi dan
Rasio (Metanol/Minyak) pada Waktu 120 Menit”.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan skripsi ini tidak terlepas dari bimbingan, arahan, motivasi dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan ijin penelitian.
2. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan ijin penelitian.
3. Ibu Endang Dwi Siswani, M.T selaku pembimbing skripsi, yang telah memberikan bimbingan, ilmu, pertanyaan, saran, dan masukannya.
4. Bapak Dr. Drs. Crys Fajar Partana, M.Si selaku Penasehat Akademik yang telah memberikan bimbingan.
5. Ibu Susila Kristianingrum, M.Si selaku penguji utama, yang telah memberikan pertanyaan, kritik, dan saran.
6. Bapak Sunarto, M.Si selaku penguji pendamping, yang telah memberikan pertanyaan, kritik, dan saran.
7. Seluruh Dosen, Staff, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian.
x
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari adanya keterbatasan kemampuan, pengetahuan, dan pengalaman sehingga masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Akhirnya besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Yogyakarta, Mei 2017
xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 4
C. Pembatasan Masalah ... 4
D. Rumusan Masalah ... 5
E. Tujuan Penelitian ... 5
F. Manfaat Penelitian ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
xii
6. Reaksi Esterifikasi ... 13
7. Reaksi Transesterifikasi ... 14
8. Analisis Spektroskopi FTIR ... 19
9. Parameter Analisis Biodiesel ... 20
B. Penelitian yang Relevan ... 24
C. Kerangka Berfikir... 26
BAB III METODE PENELITIAN ... 28
A. Subjek dan Objek Penelitian ... 28
1. Subjek Penelitian ... 28
2. Objek Penelitian ... 28
B. Variabel Penelitian ... 28
1. Variabel Bebas ... 28
E. Prosedur Penelitian... 30
1. Preparasi Sampel Biji Karet ... 30
2. Pengambilan Minyak ... 30
3. Penjernihan Minyak ... 30
4. Degumming ... 31
5. Penentuan Asam Lemak Bebas Minyak Biji Karet ... 31
6. Reaksi Esterifikasi ... 32
7. Reaksi Transesterifikasi ... 32
8. Analisis dengan Spekstroskopi FTIR ... 34
9. Analisis Parameter Biodiesel ... 34
xiii
b. Penentuan Viskositas ... 35
c. Penentuan Titik Tuang (Pour Point) ... 35
d. Penentuan Titik Nyala (Flash Point) ... 36
e. Penentuan Kalor Pembakaran ... 36
F. Teknik Analisis Data ... 37
1. Penentuan FFA minyak biji karet ... 37
2. Penentuan Massa Jenis ... 37
3. Penentuan Viskositas ... 37
4. Penentuan Titik Tuang ... 38
5. Penentuan Titik nyala ... 39
6. Penentuan Kalor Pembakaran... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
A. Hasil Penelitian ... 40
1. Karakteristik Minyak Biji Karet Hasil Pengepresan ... 40
2. Data Penentuan FFA Minyak Biji Karet Sebelum Esterifikasi ... 40
3. Data Penentuan FFA Minyak Biji Karet Setelah Esterifikasi ... 41
4. Hasil Spektrum FTIR Minyak Biji Karet dan Biodiesel ... 42
5. Hasil Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Biji Karet ... 45
B. Pembahasan ... 46
1. Pengambilan Minyak Biji Karet ... 46
2. Degumming ... 48
3. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (FFA) Minyak Biji Karet ... 49
4. Reaksi Esterifikasi ... 49
5. Reaksi Transesterifikasi ... 50
6. Analisis dengan Spektroskopi IR ... 52
7. Analisis Parameter Biodiesel ... 55
a. Massa Jenis ... 56
b. Viskositas ... 58
xiv
d. Titik Nyala (Flash Point) ... 61
e. Kalor Pembakaran ... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
A. Kesimpulan ... 65
B. Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Komposisi Kimia Daging Biji Karet ... 9
Tabel 2. Karakteristik Minyak Biji Karet Mentah ... 10
Tabel 3. Daftar Korelasi Spektrum Infra Merah ... 20
Tabel 4. Syarat Mutu Biodiesel sesuai Standar SNI 7182: 2012 ... 21
Tabel 5. Kode Sampel Biodiesel Hasil Proses Transesterifikasi ... 34
Tabel 6. Hasil Pengukuran Massa Jenis Minyak Biji Karet... 40
Tabel 7. Hasil Pengukuran Viskositas Minyak Biji Karet ... 40
Tabel 8. Kadar Asam Lemak Bebas ( FFA) Minyak Biji Karet ... 41
Tabel 9. Kadar Asam Lemak Bebas ( FFA) Minyak Biji Karet Setelah Proses Esterifikasi ...41
Tabel 10. Hasil Karakteristik Bodiesel dari Proses Transesterifikasi Minyak Biji Karet ...46
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Pohon Karet ... 8
Gambar 2. Biji Karet ... 9
Gambar 3. Proses Pembentukan Trigliserida ... 12
Gambar 4. Reaksi Esterifikasi ... 14
Gambar 5. Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida ... 15
Gambar 6. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida ... 15
Gambar 7. Spektrum IR Minyk Biji Karet ... 42
Gambar 8. Spektrum IR Biodiesel B1 ... 42
Gambar 14. Proses Transesterifikasi ... 51
Gambar 15. Hasil Reaksi Transesterifikasi ... 52
Gambar 16. Hubungan Massa Jenis Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 57
Gambar 17. Hubungan Viskositas Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 59
Gambar 18. Hubungan Titik Tuang Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifiksi ... 60
Gambar 19. Hubungan Titik Nyala Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 61
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Prosedur penelitian ...73
Lampiran 2. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas Minyak Biji Karet.. ...82
Lampiran 3. Penentuan massa jenis air dan minyak serta biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6 ...84
Lampiran 4. Penentuan viskositas minyak dan biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6 ...95
Lampiran 5. Spektrum Hasil IR Minyak Biji Karet ... 101
Lampiran 6. Spektrum Hasil IR Biodiesel B1 ... 102
Lampiran 7. Spektrum Hasil IR Biodiesel B2 ... 103
Lampiran 8. Spektrum Hasil IR Biodiesel B3 ... 104
Lampiran 9. Spektrum Hasil IR Biodiesel B4 ... 105
Lampiran 10. Spektrum Hasil IR Biodiesel B5 ... 106
Lampiran 11. Spektrum Hasil IR Biodiesel B6 ... 107
Lampiran 12. Hasil Uji Kalor Pembakaran Biodiesel B1, B2, dan B3 ... 108
Lampiran 13. Hasil Uji Kalor Pembakaran Biodiesel B4, B5, dan B6 ... 109
Lampiran 14. Hasil Uji Titik Tuang dan Titik Nyala B1, B2, dan B3 ... 110
Lampiran 15. Hasil Uji Titik Tuang dan Titik Nyala B4, B5, dan B6 ... 111
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dewasa ini perkembangan teknologi yang semakin canggih tentunya
membutuhkan energi yang tidak sedikit. Pemakaian energi yang besar dan tidak
terkontrol akan mengakibatkan banyak ketidakseimbangan yang terjadi pada
bumi ini. Kondisi alam yang tidak bersahabat, terjadinya pencemaran udara dan
pemanasan global adalah contoh dari ketidakseimbangan tersebut. Energi yang
digunakan saat ini berasal dari minyak bumi. Namun, eksploitasi yang berlebihan
terhadap minyak bumi mengakibatkan persediaannya semakin menipis. Bukan
suatu hal yang tidak mungkin bahwa bahan bakar yang berasal dari minyak bumi
tersebut suatu saat akan habis. Selain ketersediaannya yang terus berkurang,
bahan bakar alternatif wajib dipikirkan untuk meminimalisir kerusakan
lingkungan global akibat emisi kendaraan berbahan bakar minyak.
Indonesia memerlukan pengembangan sumber energi terbarukan sebagai
energi alternatif campuran bahan bakar untuk menghemat penggunaan minyak.
Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi terbarukan yang
melimpah. Salah satunya adalah biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu solusi
dari berbagai masalah tersebut. Biodiesel adalah bahan bakar alternatif pengganti
minyak diesel yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau lemak hewan.
2
sulfur dan senyawa aromatik. Selain itu, biodiesel mempunyai nilai flash point
(titik nyala) yang lebih tinggi dari petroleum diesel sehingga lebih aman jika
disimpan dan digunakan. Salah satu sumber minyak tumbuhan yang potensial di
Indonesia adalah biji karet.
Potensi minyak biji karet cukup besar di Indonesia. Berdasarkan data dari
Direktorat Jenderal Perkebunan dalam Andayani (2008) pada tahun 2003
Indonesia mempunyai total areal perkebunan karet sebesar 3.338.162 ha dengan
proporsi tanaman karet yang menghasilkan adalah 2.035.058 ha (61%). Selain
menghasilkan lateks, perkebunan karet juga menghasilkan biji karet sebanyak
1500 kg/ha/tahun yang belum termanfaatkan secara optimal. Dari luas areal
tanaman tersebut, maka akan diproduksi biji karet sekitar 3.052.587 ton per tahun.
Biji karet mempunyai bentuk ellipsoidal, dengan panjang 2,5-3 cm, yang
mempunyai berat 2-4 gram/biji. Biji karet terdiri dari 40-50% kulit yang
keras berwarna coklat, 50-60% kernel yang berwarna putih kekuningan. Kernel
biji karet terdiri dari 45,63% minyak, 2,71% abu, 3,71% air, 22,17% protein dan
24,21% karbohidrat sehingga biji karet berpotensi digunakan sebagai bahan baku
biodiesel (Ikwuagwu et. all., 2000). Salah satu cara pengambilan minyak secara
fisika adalah pengepresan sedangkan cara lain pengambilan minyak adalah
dengan ekstraksi padat-cair dengan bantuan pelarut. Metode pengambilan minyak
biji karet dengan pengepresan mekanik yaitu biji karet diberikan tekanan tinggi
sehingga menyebabkan minyak yang terkandung didalamnya keluar. Akan tetapi,
3
terjadinya hidrolisa trigliserida menjadi asam lemak. Oleh sebab itu, biji karet
perlu dikeringkan terlebih dahulu sebelum dipres.
Pembuatan minyak biji karet menjadi biodiesel dapat dilakukan melalui
reaksi transesterifikasi. Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan
alkohol dan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani yang
menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acids Methyl Esters/ FAME) atau
biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping. Katalis yang
digunakan pada proses transeterifikasi adalah basa atau alkali, biasanya
digunakan natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH) ( Hikmah
& Zuliyana, 2010: 5). Penggunaan katalis biodiesel yang berbeda akan
mempengaruhi kualitas biodiesel yang dihasilkan. Selain jenis katalis,
faktor-faktor yang mempengaruhi kadar metil ester dan kualitas biodiesel yang
dihasilkan dari reaksi transesterifikasi adalah: rasio molar antara trigliserida dan
alkohol, suhu reaksi lama pengadukan, kandungan air, dan kandungan asam
lemak bebas pada bahan baku yang menghambat reaksi (Yuniwati & Karim,
2009: 132).
Sampai saat ini biji karet masih belum dimanfaatkan dengan baik, umumnya
masih dibuang di setiap perkebunan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian
tentang pembuatan biodiesel dari bahan baku minyak biji karet sehingga minyak
biji karet dapat termanfaatkan dengan baik. Pada penelitian ini, biji karet yang
digunakan berasal dari daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah. Tujuan dari
4
transesterifikasi dan rasio metanol/minyak terhadap karakteristik biodiesel hasil
sintesis dari minyak biji karet, serta mengetahui karakteristik biodiesel hasil
sintesis dari minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor
pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka identifikasi masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Biji karet di Indonesia belum banyak dimanfaatkan.
2. Terdapat beberapa metode pengambilan minyak dari dalam biji karet.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi adalah jenis alkohol, suhu saat reaksi berlangsung, lama pengadukan, kadar FFA, dan kecepatan pengadukan selama proses reaksi.
4. Karakter biodiesel yang dihasilkan dari proses transesterifikasi. 5. Standar karakter biodiesel yang digunakan.
C. Pembatasan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang telah disebutkan, maka perlu dibatasi. Pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Sampel biji karet yang digunakan berasal dari daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah.
2. Metode pengambilan minyak yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode pengepresan menggunakan mesin press hidrolik.
5
yang digunakan adalah metanol. Variasi suhu dalam penelitian ini adalah: 45, 65 dan 850C selama 120 menit.
4. Karakter biodiesel yang diuji meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang dan titik nyala, analisis spektrum IR.
5. Standar karakter biodiesel yang digunakan yaitu SNI 7182:2012 tentang biodiesel.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai
berikut :
1. Bagaimana karakter minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas,
dan analisa struktur dengan spektroskopi IR?
2. Bagaimana karakter biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang
meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik
nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR?
3. Bagaimana kesesuaian karakter biodiesel hasil sintesis jika dibandingkan
dengan standar SNI 04-7182:2012?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui karakter minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas,
6
2. Mengetahui karakter biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang
meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik
nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
3. Mengetahui kesesuaian karakter biodiesel hasil sintesa jika dibandingkan
dengan standar SNI 04-7182:2012.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah: 1. Bagi Peneliti
a. Meningkatkan pengetahuan tentang bahan nabati yang dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
b. Memberikan informasi mengenai pengaruh suhu dan rasio metanol/minyak pada proses transesterifikasi pada pembuatan biodiesel dari minyak biji karet. c. Memberikan informasi tentang kualitas biodiesel dari minyak biji karet,
meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
2. Bagi Masyarakat
a. Menambah pengetahuan bahwa biji karet ternyata dapat dijadikan sebagai biodiesel.
b. Memanfaatkan biji karet sehingga dapat meningkatkan nilai kegunaan dan
nilai jualnya.
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori 1. Tanaman Karet
Tanaman karet (Hevea brasiliensis) mulai dikenal di Indonesia sejak
zaman penjajahan Belanda. Awalnya, tanaman karet ditanam di Kebun Raya
Bogor sebagai tanaman yang baru dikoleksi. Selanjutnya, karet dikembangkan
sebagai tanaman perkebunan dan tersebar di beberapa daerah di Indonesia
(Suwarto, 2010: 70).
Tanaman karet dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Divisi : Spermatophyta
Subdivisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledonae
Ordo : Euphorbiales
Famili : Euphorbiaceae
Genus : Hevea
Spesies : Hevea brasiliensis
(Tim Penebar Swadaya, 2008: 87).
Tanaman karet merupakan pohon yang tumbuh tinggi dan berbatang
cukup besar. Tinggi pohon dewasa dapat mencapai 25 meter. Batang tanaman
8
beberapa perkebunan karet, terdapat kecondongan arah tumbuh tanaman karet
agak miring menghadap ke utara. Batang tanaman ini mengandung getah yang
dikenal dengan nama lateks (Tim Penebar Swadaya, 2008: 85).
Pohon karet dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Pohon Karet
2. Biji Karet
Biji karet terdiri dari kulit yang keras dan berwarna coklat (40-50% berat)
dan kernel yang berwarna putih kekuning-kuningan (50-60% berat). Kernel biji
karet terdiri dari 45,63% minyak, 2,71% abu, 3,71% air, 22,17% protein dan
9
Gambar biji karet dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Biji Karet
Komposisi kimia daging biji karet disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi kimia daging biji karet (Silam, 1998: 22)
Komponen Komposisi %
Kadar air Kadar lemak Kadar serat kasar
Kadar protein Kadar abu
6,10 50,56 15,30 18,60 3,21
3. Minyak Biji Karet
Menurut Hardjosuwito & Hoesnan (1976) dalam Andayani (2008)
kandungan minyak dalam daging biji atau inti biji karet adalah 45-50 % dengan
komposisi 17-22 % asam lemak jenuh yang terdiri atas asam palmitat, stearat, dan
arakhidat, serta asam lemak tidak jenuh sebesar 77-82 % yang tediri atas asam
oleat, linoleat, dan linolenat.
Pemanfaatan minyak biji karet dalam berbagai industri lebih lanjut
10
karakteristik rninyak biji karet mentah. Karakteristik minyak biji karet mentah
dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Karakteristik minyak biji karet mentah. (Susanto, 2001:4)
Parameter Nilai
Nilai safonifikasi (mg/g) 187,6 – 191,4
Bilangan Iod (mg/g) 133,8 – 146,6
Persentase bilangan tak tersabunkan (%) 0,6 – 1,0
Indeks refraksi 1,4743 – 1,4749
Specific grafity (15oC) 0,925 – 0,929
Minyak biji karet merupakan salah satu jenis minyak mongering (drying
oil), yaitu minyak yang mempunyai sifat mengering jika terkena oksidasi dan
akan berubah menjadi lapisan tebal, bersifat kental dan membentuk sejenis
selaput jika dibiarkan di udara terbuka (Ketaren, 1986). Asam-asam lemak yang
terkandung dalam minyak biji karet adalah asam palmitat 32,125%, asam oleat
23,641%, asam stearat 7,962%, asam linoleat 32,410%, asam linolenat 1,182%,
dan asam eicosatrinoat 1,069% (Sejati, 2012: 34).
4. Minyak dan Lemak
Minyak dan lemak termasuk salah satu anggota dari golongan lipid, yaitu
merupakan lipid netral. Pada suhu kamar, lemak berbentuk padat sedangkan
minyak berbentuk cair. Lemak merupakan lipid yang tersusun oleh relatif banyak
asam lemak jenuh. Sedangkan minyak relatif banyak mengandung asam lemak
11
Lemak merupakan bahan padat pada suhu ruang dikarenakan tingginya
kandungan asam lemak jenuh yang tidak memiliki ikatan rangkap, sehingga
mempunyai titik lebur yang lebih tinggi. Minyak merupakan bahan cair
pada suhu ruang disebabkan tingginya kandungan asam lemak yang tidak
jenuh, yang memiliki satu atau lebih ikatan rangkap di antara atom-atom
karbonnya, sehingga mempunyai titik lebur yang rendah (Winarno, 2002 :
92).
Berikut ini adalah beberapa sifat umum dari minyak dan lemak :
a. Minyak dan lemak tidak larut dalam air.
b. Minyak dan lemak larut dalam pelarut organik seperti benzene, eter, dan
kloroform.
c. Minyak dan lemak mengandung atom karbon, hidrogen, oksigen, dan
terkadang mengandung nitrogen dan fosfor.
d. Apabila dihidrolisis, lemak dan minyak akan menghasilkan asam lemak.
Menurut Ketaren (1986) minyak merupakan trigliserida yang tersusun atas
tiga unit asam lemak,berwujud cair pada suhu kamar (25°C) dan lebih banyak
mengandung asam lemak tidak jenuh sehingga mudah mengalami oksidasi.
Minyak yang berbentuk padat biasa disebut dengan lemak. Minyak dapat
bersumber dari tanaman, misalnya minyak zaitun, minyak jagung, minyak kelapa,
dan minyak bunga matahari. Minyak dapat juga bersumber dari hewan, misalnya
12
Proses pembentukan trigliserida terlihat padaGambar 3.
Gambar 3. Proses Pembentukan Trigliserida (Singarimbun, 2016).
5. Biodiesel
Biodiesel merupakan sumber energi alternatif pengganti solar yang
terbuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, tidak mengandung sulfur dan
tidak beraroma. Biodiesel dihasilkan dengan mereaksikan minyak tanaman
dengan alkohol menggunakan zat basa sebagai katalis pada suhu dan
komposisi tertentu, sehingga akan dihasilkan dua zat yang disebut alkil ester
(umumnya metil atau etil ester) dan gliserin (Arita, dkk, 2009:56).
Biodiesel dapat diaplikasikan secara langsung untuk mesin diesel
tanpa melalui modifikasi terlebih dahulu dan memiliki kelebihan lain
dibandingkan dengan solar, yaitu tidak beracun, karena biodiesel tidak
mengandung sulfur serta senyawa aromatik, sehingga emisi pembakaran yang
dihasilkan ramah lingkungan (Mulyadi, 2011: 439).
Menurut Haryanto (2002), Biodiesel memiliki beberapa kelebihan
dibanding bahan bakar diesel petroleum. Kelebihan tersebut antara lain :
13
b. Mempunyai bilangan setana yang tinggi.
c. Mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx.
d. Terdapat dalam fase cair.
Bahan bakar diesel dikehendaki relatif mudah terbakar sendiri (tanpa
harus dipicu dengan letikan api busi) jika disemprotkan ke dalam udara panas
bertekanan. Tolok ukur dari sifat ini adalah bilangan setana, yang didefinisikan
sebagai kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri.
6. Reaksi Esterifikasi
Esterifikasi merupakan suatu reaksi antara asam karboksilat dan alkohol
membentuk ester dengan bantuan katalis asam. Esterifikasi merupakan salah satu
tahapan dalam pembuatan biodiesel yang bertujuan untuk menurunkan nilai
bilangan asam lemak bebas pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan
baku pembuatan biodiesel. Pada umumnya proses esterifikasi dilakukan dengan
menggunakan katalis asam cair seperti HCl dan H2SO4 (Sudradjat, Marsubowo,
&Yuniarti).
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
14
sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1
sampai beberapa jam (Fajar & Hendrawati, 2015: 3).
Faktor penting yang dapat mempengaruhi reaksi esterifikasi dan
transesterifikasi adalah penggunaan metanol yang berlebih agar air yang terbentuk
dari reaksi dapat dapat diserap oleh metanol sehingga tidak menghalangi jalannya
reaksi pengubahan asam lemak bebas menjadi metal ester (Soerawidjaja, 2006
dalam Ningtyas, Budhiyanti, & Sahubawa, 2013: 107).
Reaksi esterifikasi terlihat pada Gambar 4. (Setyawardhani, 2010).
Gambar 4. Reaksi Esterifikasi
7. Reaksi Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi didefinisikan sebagai reaksi antara alkohol dan
trigliserida membentuk alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang disebut
sebagai biodiesel. Sementara itu, trigliserida adalah komponen utama penyusun
minyak dan lemak yang merupakan triester dari gliserol dengan asam-asam
lemak. Karena menggunakan alkohol sebagai salah satu reaktannya, reaksi ini
15
Contoh reaksi transesterifikasi pada trigliserida adalah seperti ditunjukkan
pada Gambar 5.
Gambar 5. Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida
Mekanisme reaksi transesterifikasi pada trigliserida ditunjukkan pada
17
Gambar 6. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Metal Ester Asam Lemak dari Triasilgliserol yang Dikatalis oleh Basa (Suwarso, Gani, & Kusyanto, 2008: 47)
Dalam reaksi transesterifikasi diperlukan adanya katalis yang bertujuan
untuk mempercepat laju reaksi. Tanpa adanya katalis, dapat dicapai konversi
yang tinggi. Namun, reaksi akan berjalan sangat lambat (Budiman, 2014: 36).
Ada beberapa pilihan katalis reaksi yang dapat digunakan dalam proses
transesterifikasi, antara lain berupa alkali, katalis asam, atau enzim. Katalis
alkali yang biasa digunakan antara lain NaOH, KOH, karbonat, natrium
etoksida (C2H5ONa), natrium peroksida (Na2O2) dan natrium butoksida
(C4H9NaO). Katalis assam yang digunakan antara lain asam sulfat, asam
sulfonat, dan asam hidroklorida. Sedangkan sebagai katalis enzim dalam proses
transesterifikasi biasa digunakan lipase (Nilawati, 2012: 18).
Pada reaksi transesterifikasi, metanol lebih umum digunakan karena
harganya lebih murah dan lebih mudah untuk direcovery. Transesterifikasi
merupakan suatu reaksi kesetimbangan. Untuk mendorong reaksi agar bergerak
18
alkohol dalam jumlah berlebih atau salah satu produk yang dihasilkan harus
dipisahkan (Yuniwati & Karim, 2009: 131).
Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan transesterifikasi adalah:
a. Suhu
Kenaikan suhu akan diikuti dengan kenaikan kecepatan reaksi
pembentukan biodiesel semakin tinggi suhu sehingga semakin besar konversi
yang dihasilkan. Namun suhu reaksi biodiesel sebaiknya berada di bawah titik
didih pereaksi alkoholnya yakni metanol yang memiliki titik didih 65oC.
Keberadaan suhu di atas titik didih metanol dikhawatirkan akan menyebabkan
penguapan metanol yang akan menghambat laju reaksi (Nilawati, 2012: 20).
b. Katalis
Katalis adalah substansi yang dapat meningkatkan laju reaksi pada
suatu reaksi kimia yang mendekati kesetimbangan dimana katalis tersebut tidak
terlibat secara permanen. Katalis meningkatkan laju reaksi dengan cara
mempengaruhi energi pengaktifan suatu reaksi kimia. Keberadaan katalis
akan menurunkan energi pengaktifan, sehingga reaksi dapat berjalan dengan
cepat (Utomo & Laksono, 2007: 111).
Katalis yang digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dapat
menggunakan katalis asam maupun katalis basa. Katalis basa yang dapat
digunakan antara lain, NaOH, KOH, NaOCH3, dan KOCH3. Konsentrasi katalis
19
biodiesel. Konsentrasi katalis basa yang digunakan biasanya antara 0,5-1,5% dari
jumlah minyak nabatinya (Nilawati, 2012: 19).
c. Waktu Reaksi
Lamanya waktu reaksi mempengaruhi jumlah produk yang diperoleh.
Semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak produk yang dihasilkkan
karena semakin banyak reaktan yang saling bertumbukan satu sama lain.
Setelah produk terbentuk maka waktu reaksi menjadi tidak lagi mempunyai
pengaruh yang signifikan terhadap reaksi (Tohari, 2015:19).
d. Pengadukan
Pada reaksi transesterifikasi, reaktan-reaktan awalnya membentuk sistem
cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara fase-fase yang
berlangsung lambat. Pengadukan akan mempercepat jalannya reaksi. Setelah
produk terbentuk maka pengadukan menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh
yang signifikan terhadap reaksi. Pengadukan dilakukan dengan tujuan untuk
mendapatkan campuran reaksi yang bagus. Pengadukan yang tepat akan
mengurangi hambatan antar massa (Purwono, 2003).
8. Analisis Spektroskopi FTIR
Spektroskopi inframerah merupakan salah satu metode dalam
identifikasi struktur suatu senyawa yaitu dengan mengetahui adanya
gugus-gugus fungsional utama dalam suatu sampel. Pada spektroskopi inframerah,
setiap gugus fungsi pada suatu senyawa akan menyerap radiasi inframerah pada
20
Apabila sinar inframerah dilewatkan melalui cuplikan, maka sejumlah
molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah
transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi
(excited state). Molekul - molekul tertentu dalam suatu senyawa akan menyerap
sinar infra merah pada frekuensi yang tertentu pula, jika dalam molekul tersebut
ada transisi tenaga. Transisi yang terjadi dalam serapan infra merah berkaitan
dengan perubahan-perubahan dalam vibrasinya (Tohari, 2015: 24).
Tabel 3. Daftar Korelasi Spektra FTIR (Kinasih, 2016: 21)
Jenis Vibrasi Frekuensi (cm-1) Panjang Gelombang (µ) C = O
21
Tabel 4. Syarat Mutu Biodiesel Standar SNI 7182:2012 (anonim, 2012).
No Parameter SNI 7182:2012
1 Massa jenis pada 40 °C (Kg/m3) 850-890
Parameter -parameter analisis biodiesel antara lain :
a. Massa jenis
Massa jenis adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan
massa bahan bakar minyak pada temperatur tertentu terhadap air pada
22
mempunyai massa jenis antara 850-890 kg/m3, dengan kata lain massa
jenis bahan bakar minyak lebih rendah daripada air (Havendri, 2008: 39).
b. Viskositas
Viskositas adalah suatu ukuran dari besarnya perlawanan suatu bahan
bakar cair untuk mengalir. Viskositas yang besar akan menyebabkan kerugian
gesekan di dalam pipa, kerja pompa akan berat, sulit penyaringannya, dan
kemungkinan kotoran ikut terendap dan sulit mengabutkan bahan bakar.
Sedangkan viskositas yang terlalu rendah akan mengakibatkan bahan bakar
dikabutkan terlalu halus, sehingga penetrasi ke ruang bakar rendah sehingga
dapat merusak nozzle karena kurang pelumasan (Havendri, 2008: 39).
Viskositas suatu bahan bakar menjadi parameter yang sangat penting karena akan berpengaruh pada kinerja injektor mesin (Riyanti, Poedji & Catur, 2012: 76).
3. Titik Tuang (Pour Point)
Titik tuang yakni suatu angka yang menyatakan titik temperatur terendah dari bahan bakar minyak dimana bahan bakar masih dapat mengalir karena gaya gravitasi (Mulyadi, 2011: 442).
Titik tuang ini diperlukan untuk persyaratan praktis dari prosedur
penimbunan dan pemakaian dari bahan bakar. Bahan bakar sulit
23
a. Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala adalah temperatur dimana uap bahan bakar tepat menyala
jika berdekatan dengan api. Makin tinggi angka setananya maka makin rendah
titik penyalaannya. Titik nyala tidak memiliki efek pada unjuk kerja motor
diesel. Titik nyala hanya diperlukan untuk pertimbangan keamanan dalam
penyimpanan dari bahan bakar tersebut (Havendri, 2008: 39). Titik nyala ini
diperlukan sehubungan dengan adanya pertimbangan-pertimbangan mengenai
keamanan dari penimbunan minyak dan pengangkutan bahan bakar minyak
terhadap bahaya kebakaran, (Rama, Roy, & Makmuri, 2006: 66 - 67).
b. Kalor Pembakaran
Maksud dari pengukuran kalor pembakaran biodiesel adalah untuk
memperoleh data tentang energi kalor yang dapat dibebaskan oleh suatu bahan
bakar dengan terjadinya proses pembakaran (Sinarep & Mirmanto, 2011).
Nilai kalori adalah angka yang menyatakan jumlah panas/ kalori yang
dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah bahan bakar dengan udara/
oksigen. Nilai kalori bahan bakar minyak berkisar antara 10.160 -11.000
Kkal/kg. Nilai kalori berbanding terbalik dengan berat jenis artinya semakin
besar berat jenisnya maka semakin kecil nilai kalorinya. Sebagai contoh solar
lebih berat daripada bensin, tetapi nilai kalorinya lebih besar bensin. Nilai kalori
diperlukan untuk dasar perhitungan jumlah konsumsi bahan bakar minyak yang
24 B. Penelitian yang Relevan
Menurut Ramadhas, Jayaraj & Muraleedharan (2005) dengan judul
”Characterization and effect of using rubber seed oil as fuel in the compression
ignition engines” menyebutkan bahwa minyak biji karet cukup menjanjikan
sebagai Sumber bahan bakar alternatif. Penelitian yang dilakukan Ahmad dkk
(2014) dengan judul “Study of fuel properties of rubber seed oil based biodiesel”
menyebutkan bahwa Konsentrasi katalis dan rasio alkohol terhadap minyak
dalam reduksi FFA dan untuk variabel transesterifikasi yang paling
mempengaruhi adalah rasio alkohol terhadap minyak. Pada penelitian ini
dilakukan variasi rasio metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1.
Menurut Yuniwati & Karim (2009: 130-136) dalam penelitiannya
yang berjudul “Kinetika Reaksi Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas
(jelantah) dan Metanol dengan Katalisator KOH” menunjukkan katalisator KOH
dapat mempercepat reaksi ke arah kanan antara trigliserid dan alkohol. Penelitian
tersebut juga menyimpulkan bahwa katalis KOH dapat memperlambat reaksi
ke arah kiri yaitu reaksi antara gliserol dan ester.
Menurut Widayat dan Suherman (2012) dalam penelitiannya yang
berjudul “Biodiesel Production from Rubber Seed Oil Via Esterification Pocess”
menunjukkan bahwa kadar asam lemak bebas pada biji karet sangat tinggi
(hampir 17%). Asam lemak bebas ini dapat diubah menjadi metil ester
25
Menurut Fachri (2006: 98-105) dalam penelitiannya tentang pembuatan
biodiesel dari minyak dedak padi menyatakan bahwa laju reaksi semakin cepat
dengan bertambahnya suhu reaksi, volume metanol yang ditambahkan, berat
katalis yang digunakan, dan kecepatan pengadukan. Penelitian yang dilakukan
oleh Rachimoellah dkk (2009) dengan judul “Production of Biodiesel through
Transesterification of Avocado (Persea gratissima) Seed Oil Using Base
Catalyst” menunjukkan bahwa adanya pengaruh suhu dan rasio minyak molar
terhadap metanol terhadap kadar metil ester biodiesel. Pada penelitian ini
dilakukan variasi suhu transesterifikasi dan rasio metanol/minyak.
Penelitian Kusumaningtyas dan Bachtiar (2012) yang berjudul “Sintesis
Biodisel dari Minyak Biji Karet dengan Variasi Suhu dan Konsentrasi KOH
untuk Tahapan Transesterifikasi” menunjukkan hasil terbaik dalam variasi
katalis KOH dan suhu pada reaksi transesterifikasi minyak biji karet menjadi
metil ester adalah pada katalis KOH 1% dan suhu 600C. Pada penelitian ini
konsentrasi KOH yang digunakan adalah 1%-berat minyak dan dilakukan variasi
suhu transesterifikasi yaitu 45, 65, dan 85oC .
Pernah dilakukan penelitian oleh Yusuf (2010) yang berjudul “Sintesis
dan Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Biji Karet (Hevea Brasiliensis) melalui
Proses Estrans (Esterifikasi-Transesterifikasi)” yang menggunakan katalisator
NaOH. Dalam penelitian kali ini, katalisator yang digunakan pada proses
26
yaitu 45, 65 dan 85 °C dan lama waktu pengadukan selama 120 menit dengan
rasio metanol/minyak adalah 4/1 dan 8/1.
C. Kerangka Berfikir
Kebutuhan energi di Indonesia kini semakin meningkat. Hal tersebut
disebabkan oleh pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pola
konsumsi energi yang semakin meningkat. Ketersediaan energi di Indonesia
semakin lama semakin menipis. Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari
sumber-sumber energi lain yang dikenal dengan energi terbarukan. Energi
terbarukan adalah energi yang berasal dari bahan-bahan yang terdapat di alam dan
dapat diproduksi dalam waktu yang cepat atau tidak akan habis. Salah satu jenis
dari energi terbarukan tersebut adalah biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu
energi alternatif untuk menggantikan bahan bakar minyak (fosil) yang berasal dari
bahan alam yang dapat diperbaharui.
Tanaman karet merupakan tanaman yang hidup didaerah tropis seperti
Indonesia. Biji karet belum dimanfaatkan secara maksimal. Berdasarkan
penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa biji karet memiliki
kandungan minyak 40-50%-b/b. Minyak yang terkandung dalam biji karet
tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel.
Pada penelitian ini, minyak biji karet diambil dengan cara pengepresan.
Minyak biji karet yang sudah terambil digunakan sebagai bahan utama pembuatan
biodiesel. Proses pembuatan biodiesel dilakukan melalui reaksi transesterifikasi .
27
konsentrasi 1% b/b selama 120 menit dengan variasi suhu yaitu 45, 65 dan 85 °C
dan perbandingan rasio metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1. Pengujian biodiesel
hasil transesterifikasi dilakukan dengan instrumen spektroskopi Infra merah. Uji
karakter biodiesel yang dihasilkan berupa massa jenis, viskositas, kalor
28 BAB III
METODE PENELITIAN
.
A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian
Subjek penelitian ini adalah biji karet (Hevea brasiliensis) 2. Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah biodiesel dari hasil reaksi transesterifikasi minyak biji karet (Hevea brasiliensis)
B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas
Variabel bebas pada penelitian ini adalah suhu pada reaksi transesterifikasi yakni 45, 65 dan 850C, serta rasio molar metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1.
2. Variabel Kontrol
29 3. Variabel Terikat
Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakter biodiesel yang dihasilkan, meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisis spektrum FTIR.
C. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: seperangkat alat pres, bom kalorimeter di Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Gas dan Batubara Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM, neraca analitik, oven, corong, corong pisah, gelas ukur, statif dan klem, labu leher tiga, gelas beker, piknometer, pipet tetes, pipet gondok, pro pipet, termometer, penangas air, kaca arloji, magnetic stirrer, oswald, hot plate, erlenmeyer, sentriguse, dan buret.
2. Bahan yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji karet, arang aktif, larutan KOH 1%, metanol, akuades, larutan NaOH 0,1 N, indikator PP, etanol 96%, kristal asam oksalat, H2SO4 18M sebanyak 2%-berat minyak, larutan
H3PO4 20%.
D. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Jurusan Pendidikan
Kimia FMIPA UNY, Laboratorium Rekayasa PAU-UGM, Laboratorium Terpadu
30 E. Prosedur Penelitian
1. Preparasi Sampel Biji Karet
Biji karet diperoleh dari PTPN IX Semarang, Jawa Tengah. Teknik
pengambilan sampel dilakukan secara acak yang biasa disebut dengan teknik
random sampling. Sampel yang diambil dianggap mewakili dari biji karet
yang ada di daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah. Biji karet ini kemudian
diberi perlakuan awal yaitu dikeringkan di bawah sinar matahari selama kurang
lebih 7 hari. Biji karet ini kemudian dikupas untuk mengambil bagian daging biji
karet. Setelah itu daging biji karet dilakukan pengeringan kembali dengan
menggunakan oven hingga sampel bebas air.
2. Pengambilan Minyak
a. Sebanyak 200 gram daging biji karet yang telah dipanaskan dalam oven dan
dalam keadaan panas dimasukkan ke dalam tabung pres yang pada bagian
bawah tabung sudah diberi kain saring.
b. Tabung pres ditutup kemudian mesin pres hidrolik dinyalakan.
c. Tuas pres ditarik ke bawah dengan tekanan 240 kN.
d. Minyak biji karet yang dihasilkan ditampung dalam wadah.
e. Langkah tersebut dilakukan secara berulang-ulang hingga seluruh biji karet
habis.
3. Penjernihan Minyak
a. Ditimbang minyak biji karet hasil pengepresan sebanyak 1000 gram.
31
c. Arang aktif dicampurkan kedalam 1000 gram minyak biji karet.
d. Campuran tersebut digojog dan didiamkan selama 48 jam.
e. Minyak disaring dengan menggunakan kertas saring secara berulang-ulang hingga jernih.
4. Degumming
a. Minyak biji karet dipanaskan di atas hot plate stirrer hingga mencapai suhu 80 oC sambil terus diaduk dengan magnetic stirrer.
b. Ditambahkan larutan asam fosfat 20% sebanyak 0,3% -berat minyak dan diaduk selama 30 menit.
c. Minyak biji karet dimasukkan ke dalam corong pisah dan dicuci dengan air hangat. Pencucian dilakukan secara berulang-ulang sampai air buangan
mencapai pH netral.
d. Air yang masih tersisa di dalam minyak dihilangkan dengan cara pemanasan sampai suhu minyak 120 oC, lalu minyak dibiarkan hingga dingin pada suhu
ruang.
5. Penentuan Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid / FFA) Minyak Biji Karet
a. Minyak biji karet ditimbang sebanyak 3 gram kemudian dimasukkan ke dalam
erlenmeyer.
b. Ditambahkan 50 ml etanol 96% netral.
c. Campuran tersebut dipanaskan hingga suhu mencapai 45oC.
32
e. Campuran tersebut dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N yang sudah
distandarisasi sampai diperoleh warna merah jambu dan tidak hilang selama
30 detik.
f. Langkah tersebut diulangi sebanyak 3 kali.
g. Dilakukan perhitungan untuk menentukan kadar FFA minyak biji karet.
6. Reaksi Esterifikasi
a. Minyak biji karet ditimbang sebanyak 120 gram dengan menggunakan neraca analitik.
b. Ditimbang Katalis H2SO4 18M sebanyak 2% dari berat minyak dan dilarutkan
dalam metanol yang akan dicampurkan ketika esterifikasi dengan berat
metanol 21,5243 gram (rasio mol metanol : minyak = 20:1).
c. Minyak biji karet yang telah ditimbang dipanaskan di atas hot plate stirrer
hingga suhu 60oC.
d. Setelah suhu mencapai 60oC, campuran katalis H2SO4 18M dan metanol di
masukkan ke dalam minyak biji karet dan diaduk selama 60 menit.
e. Setelah melalui proses esterifikasi, campuran didinginkan dan dilakukan proses pemisahan fase aqueous dan fase minyak dengan menggunakan
sentrifuge selama 30 menit.
7. Reaksi Transesterifikasi
a. Minyak biji karet ditimbang dengan neraca analitik sebesar 120 gram.
b. Katalis KOH ditimbang sebanyak 1,2 gram, dan dilarutkan ke dalam metanol
33
sebesar 17,3696 gram (rasio mol metanol : minyak = 4:1).
c. Minyak biji karet yang telah ditimbang kemudian dipanaskan pada alat refluks
hingga suhu mencapai 45°C. Pemanasan dilakukan dengan waterbath dan
dilengkapi magnetic stirrer.
d. Setelah suhu tersebut tercapai, campuran katalis KOH dan metanol
dimasukkan ke dalam minyak biji karet dan diaduk selama 120 menit.
e. Setelah itu, campuran didinginkan, dan didiamkan selama 24 jam. Kemudian
biodiesel terbentuk pada lapisan bagian atas dan gliserol pada lapisan bagian
bawah lalu dipisahkan.
f. Selanjutnya dilakukan proses pencucian biodiesel dengan menambahkan
sejumlah air lalu didiamkan selama 24 jam.
g. Selanjutnya dilakukan proses pemurnian biodiesel dengan cara memanaskan
biodiesel pada suhu 110 °C hingga diperoleh berat yang konstan.
h. Ulangi langkah a sampai g dengan suhu 65 dan 85 °C.
i. Ulangi langkah a sampai g dengan rasio molar metanol : minyak = 8:1 pada
suhu 45, 65, dan 85 °C.
Kode sampel biodiesel hasil proses transesterifikasi minyak biji karet
34
Tabel 5. Kode Sampel Biodiesel Hasil Proses Transesterifikasi
Rasio mol
8. Analisis dengan Spekstroskopi FTIR
Menyiapkan sampel minyak biji karet dan biodiesel B1, B2, B3, B4, B5,dan
B6 kemudian minyak biji karet dan masing- masing biodiesel dianalisis dengan
spektrokopi IR.
9. Analisis Parameter Biodiesel a. Penentuan massa jenis
1) Piknometer dibersihkan lalu dikeringkan .
2) Piknometer tersebut ditimbang dalam keadaan kosong (massa piknometer kosong/Po).
3) Piknometer diisi dengan biodiesel B1 hingga penuh dan tidak ada gelembung
udara didalamnya.
4) Piknometer tersebut kemudian direndam dalam bak air pada suhu 30 oC
selama 30 menit.
5) Setelah direndam lalu piknometer tersebut dikeringkan kemudian
35
mencari selisih massa piknometer isi dikurangi massa piknometer kosong per volume piknometer.
6) Langkah tersebut diatas dilakukan pada biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6.
b. Penentuan Viskositas
1) Massa jenis akuades ditentukan terlebih dahulu dengan menggunakan alat piknometer.
2) Alat Oswald diisi dengan akuades secukupnya dan menaikkan akuades lebih
tinggi dari tanda paling atas.
3) Lubang ditutup dengan jari, lalu jari dilepaskan dan stopwatch dihidupkan
ketika air tepat pada tanda bawah dan menghitung waktu yang diperlukan untuk mengalir.
4) Langkah tersebut diatas dilakukan dengan mengganti akuades dengan
sampel biodiesel B1, B2,B3, B4, B5,dan B6.
5) Dilakukan perhitungan untuk menentukan massa jenis biodiesel B1, B2,B3, B4,
B5,dan B6.
c. Penentuan titik tuang
1) Sampel dituang ke dalam wadah kemudian dipanaskan dalam waterbath
hingga suhu mencapai 115oF lalu didinginkan hingga suhu 90oF.
2) Sampel dimasukkan ke dalam Pensky-Martensclosedup kemudian
temperatur alat mulai diturunkan.
36
pada dinding alat pengukur temperatur tersebut dicatat sebagai titik kabut dan temperatur dimana sampel mulai membeku dicatat sebagai titik tuang.
4) Langkah tersebut di atas dilakukan pada biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6
5) Dilakukan perhitungan untuk menentukan titik tuang biodiesel.
d. Penentuan Titik Nyala
Titik nyala ditentukan dengan jalan memanaskan contoh yang
ditempatkan di dalam cawan dengan kecepatan pemanasan yang tetap, yaitu 5-6
o
C/menit untuk alat uji Cleveland dan Pensky Martens; 1 oC/menit untuk alat uji
Abel. Selanjutnya pada kenaikan suhu tertentu setelah contoh mencapai suhu
tertentu 17-28 oC di bawah flash point yang diperkirakan untuk alat uji Cleveland
dan Pensky Martens; 9 oC di bawah titik nyala yang diperkirakan untuk alat uji
Abel, nyala uji diarahkan pada permukaan contoh untuk setiap kenaikan suhu 2
o
C untuk alat uji Cleveland dan Pensky Martens, dan setiap kenaikan suhu 0,5 oC
untuk alat uji Abel. Suhu paling rendah dimana uap minyak dalam campurannya
dengan udara menyala, dicatat sebagai titik nyala.
e. Penentuan Kalor Pembakaran
1) Sampel biodiesel disiapkan sesuai dengan kondisi alat yang akan digunakan (bom calorimeter).
2) Sampel yang telah disiapkan, dimasukkan dalam bom calorimeter untuk
37 F. Teknik Analisis Data
1. Penentuan FFA minyak biji karet
Penentuan FFA minyak karet dilakukan dengan mengunakan rumus
sebagai berikut:
FFA =
x 100%
Keterangan :
� = Volume titrasi NaOH (mL)
BM = Berat molekul asam lemak (gram/mol)
W = massa sampel biodiesel (gram)
2. Penentuan Massa Jenis
Penentuan massa jenis menggunakan rumus:
��=
Keterangan :
Vp = volume piknometer yang digunakan (mL)
Mx = massa piknometer + akuades (gram)
M0 = massa piknometer kosong (gram)
�� = massa jenis akuades pada suhu 25oC (gram.ml-1)
3. Penentuan Viskositas
Mengisi alat Oswald dengan akuades secukupnya dan menaikkan akuades
lebih tinggi dari tanda paling atas. Setelah itu tutup lubang dengan jari dan
38
pada tanda bawah dan menghitung waktu yang diperlukan untuk mengalir.
Mengulangi langkah 2 sebanyak 3 kali. Mengulangi langkah ini untuk biodiesel
B1, B2,B3, B4, B5,dan B6. Viskositas dihitung dengan rumus:
Keterangan:
= Viskositas biodiesel (cSt atau mm2/s)
= Viskoditas cairan pembanding, yaitu air : cSt atau mm2/s)
= Massa jenis biodiesel (km/m3)
= Mass jenis air
= Waktu alir biodiesel melalui kapiler
= Waktu alir air melalui kapiler
4. Penentuan Titik Tuang
Sampel dituang ke dalam wadah kemudian dipanaskan dalam waterbath
sampai temperatur 115 oF, lalu didinginkan hingga temperatur 90 oF. Setelah itu
sampel dimasukkan ke dalam alat pengukur lalu temperatur alat mulai
diturunkan. Setiap penurunan temperatur 5 oF dilakukan pengecekan kebekuan
dengan memiringkan wadah sampel. Bila sampel sudah mulai menimbulkan
kabut pada dinding alat pengukur temperatur tersebut dicatat sebagai titik kabut
dan temperatur dimana sampel mulai membeku dicatat sebagai titik tuang.
39 5. Penentuan Titik nyala
Sampel dimasukkan dalam wadah alat Pensky-Martens closed up.
Kemudian alat dihubungkan dengan pompa dan tangki bensin, ujung penyala
dinyalakan, termometer dipasang serta pemanas dan pengaduk dijalankan. Setiap
kenaikan temperatur 5oF, pengaduk dimatikan dan ujung nyala ditundukkan
kepermukaan sampel untuk mengecek nyala. Temperatur pertama kali
munculnya nyala dicatat sebagai titik nyala. Ulangi langkah iniuntuk biodiesel
B2,B3, B4, B5,dan B6.
6. Penentuan Kalor Pembakaran
Mempersiapkan sampel biodiesel BA, BB,BC, BD, BE,dan BFsesuai dengan
kondisi alat yang akan digunakan (bom calorimeter). Sampel yang telah
disiapkan, dimasukkan dalam bom calorimeter untuk mendapatkan nilai kalor
40 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
1. Karakteristik Minyak Biji Karet Hasil Pengepresan
Minyak biji karet diambil menggunakan metode pres hidraulik dengan
tekanan 240 kN. Setelah itu, minyak biji karet dijernihkan menggunakan arang
aktif dengan perbandingan 1:100. Kemudian dilakukan uji karakteristik terhadap
minyak biji karet yang sudah jernih.
Data hasil pengukuran massa jenis minyak biji karet dapat dilihat pada
Tabel 6.
Tabel 6. Hasil Pengukuran Massa Jenis Minyak Biji Karet
Kode sampel Pengulangan Massa Jenis (kg/m3)
Tabel 7. Hasil Pengukuran Viskositas Minyak Biji Karet
41
2. Data Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas ( Free Fatty Acid / FFA) Minyak Biji Karet Sebelum Esterifikasi
Data hasil uji kadar asam lemak bebas (FFA) minyak biji karet dapat
dilihat pada Tabel 8. Perhitungan kadar asam lemak bebas (FFA) minyak biji
karet di lampiran 2.
Tabel 8. Kadar Asam Lemak Bebas ( FFA) Minyak Biji Karet Sebelum Esterifikasi
3. Data Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid / FFA) Minyak Biji Karet Setelah Proses Esterifikasi
Data hasil uji kadar asam lemak bebas (FFA) minyak biji karet setelah
proses esterifikasi dapat dilihat pada Tabel 9. Perhitungan kadar asam lemak
bebas (FFA) setelah proses esterifikasi di lampiran 2.
42
Fri Jan 27 14:21:14 2017 (GMT
7
Fri Jan 27 14:21:47 2017 (GMT
7
4. Hasil Spektrum FTIR Minyak Biji Karet dan Biodiesel
Minyak biji karet dan biodiesel hasil proses transesterifikasi dianalisis
menggunakan spektroskopi IR untuk menunjukkan gugus fungsi yang terdapat
dalam minyak biji karet dan dalam biodiesel.
a. Spektrum IR minyak biji karet dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Spektrum IR Minyak Biji Karet
b. Spektrum IR Biodiesel B1 dengan rasio metanol:minyak adalah 4:1 pada
suhu 45 oC dapat dilihat pada Gambar 8.
43
Fri Jan 27 15:10:50 2017 (GMT
7
Fri Jan 27 15:11:54 2017 (GMT
7
Gambar 9. Spektrum IR Biodiesel B2
d. Spektrum IR Biodiesel B3 dengan rasio metanol:minyak adalah 4:1 pada
suhu 85 oC dapat dilihat pada Gambar 10.
44
Fri Jan 13 14:44:12 2017 (GMT
4
Fri Jan 13 14:44:26 2017 (GMT
7
Gambar 11. Spektrum IR Biodiesel B4
f. Spektrum IR Biodiesel B5 dengan rasio metanol:minyak adalah 8:1 pada
suhu 65 oC dapat dilihat pada Gambar 12.
45
Fri Jan 13 14:44:41 2017 (GMT
5
Gambar. 13. Spektrum IR Biodiesel B6
5. Hasil Karakterisasi Biodiesel dari Hasil Proses Transesterifikasi Minyak Biji Karet
Biodiesel hasil proses transesterifikasi diuji dengan berbagai parameter uji
untuk mengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan. Analisis parameter biodiesel
meliputi pengujian massa jenis, viskositas, kalor pembakaran, titik tuang (pour
point), dan titik nyala (flash point). Hasil karakterisasi biodiesel dari proses
46
Tabel 10. Hasil Karakterisasi Biodiesel dari Proses Transesterfikasi Minyak Biji Karet
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik minyak biji karet
yang meliputi: massa jenis, viskositas, dan analisa struktur dengan spektroskopi
FTIR, mengetahui karakteristik biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang
meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala
serta analisa struktur dengan spektroskopi FTIR, mengetahui kesesuaian karakter
biodiesel hasil sintesa jika dibandingkan dengan standar SNI 04-7182:2012.
Proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dilakukan melalui
beberapa tahap, yaitu :
1. Pengambilan Minyak Biji Karet
Pada penelitian ini metode yang digunakan untuk mengambil minyak biji
karet adalah metode pres. Pemilihan metode ini disertai pertimbangan yaitu
pengoperasian mesin pres cukup sederhana dan membutuhkan waktu yang relatif
47
Biji karet yang digunakan berasal dari PTPN IX Semarang, Jawa Tengah.
Teknik pengambilan sampel dilakukan secara acak yang dianggap mewakili biji
karet yang ada di daerah PTPN IX Semarang , Jawa Tengah. Biji karet terdiri dari
dua bagian yaitu cangkang biji karet dan daging biji karet. Biji karet yang belum
dikupas diberi perlakuan awal yaitu dikeringkan di bawah sinar matahari kurang
lebih 7 hari. Biji karet ini kemudian dikupas untuk mengambil bagian daging biji
karet. Setelah itu daging biji karet dilakukan pengeringan kembali dengan
menggunakan oven pada suhu 40-50 oC. Hal ini bertujuan untuk mengurangi
kandungan air yang ada di dalam biji karet.
Daging biji karet yang sudah kering kemudian dipres menggunakan pres
hidrolik. Daging biji karet tersebut dimasukkan ke dalam alat pres yang berbentuk
tabung yang mempunyai kapasitas sebanyak 200 gram, dimana pada bagian
bawah tabung sudah diberi kain saring. Pengepresan dilakukan pada tekanan 240
kN selama 5 menit. Hasil minyak biji karet kemudian ditampung dalam sebuah
wadah.
Hasil minyak biji karet tersebut harus dijernihkan terlebih dahulu dengan
menggunakan arang aktif. Hal ini dikarenakan minyak hasil pengepresan tersebut
masih mengandung kotoran-kotoran yang tercampur dengan minyak. Proses
penjernihan dilakukan dengan arang aktif karena arang aktif merupakan adsorben
yang dapat menjerap kotoran-kotoran yang ada didalam minyak. Minyak biji
48
didiamkan selama 48 jam. Setelah itu minyak biji karet disaring dengan
menggunakan kertas saring sehingga diperoleh minyak biji karet yang jernih.
2. Degumming
Minyak biji karet yang sudah dijernihkan perlu dilakukan proses
degumming terlebih dahulu untuk menghilangkan sifat emulsifier dari zat-zat
terlarut seperti gum, protein, dan fosfatida sebelum digunakan untuk
memproduksi biodiesel. Degumming merupakan proses pemisahan gum yang
tidak diinginkan yang dapat mengurangi stabilitas produk hasil pengolahan
minyak nabati (Ristianingsih, 2012).
Pada penelitian ini proses degumming minyak biji karet dilakukan dengan
metode pemanasan pada suhu 80 oC dan pengasaman dengan asam fosfat 20%
sebanyak 0,3% -berat minyak dan diaduk selama 30 menit. Asam fosfat berfungsi
untuk menarik getah yang terdapat pada minyak biji karet. Kemudian minyak biji
karet dimasukkan ke dalam corong pisah dan dicuci dengan menggunakan air
hangat. Pencucian dilakukan secara berulang-ulang hingga diperoleh air buangan
mencapai pH netral. Setelah itu dilakukan pemanasan minyak pada suhu 120 oC
untuk menghilangkan sisa air yang tersisa dalam minyak. Pada proses degumming
muncul gum berwarna putih. Gum tersebut merupakan latey dan oil slime. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa minyak biji karet sebelum dan sesudah dilakukan
proses degumming memiliki tingkat kejernihan yang berbeda. Minyak biji karet
yang sudah di-degumming secara visual tampak kelihatan lebih jernih
49
3. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid /FFA) Minyak Biji Karet
Minyak biji karet yang telah di degumming perlu dilakukan pengukuran
kadar asam lemak bebas atau Free Fatty Acid (FFA). Pengukuran kadar asam
lemak bebas dilakukan dengan metode titrasi alkalimetri. Titrasi alkalimetri
adalah suatu proses titrasi untuk penentuan konsentrasi suatu asam dengan
menggunakan larutan basa sebagai standar. Digunakan metode ini karena sampel
yang dianalisis bersifat asam. Larutan tandar yang digunakan untuk titrasi adalah
larutan NaOH dengan konsentrasi 0,1013 N. Indikator yang digunakan adalah
phenolftalein (PP). Sebelum dititrasi minyak biji karet dicampur dengan etanol
96% dan dipanaskan sampai suhu 45 oC. Titik akhir titrasi ditandai dengan
terjadinya perubahan warna menjadi merah jambu dan tidak hilang selama 30
detik. Pada penelitian ini diperoleh nilai kadar asam lemak bebas (FFA) sebesar
7,8474% sehingga perlu dilakukan reaksi esterifikasi untuk menurunkan nilai
kadar asam lemak bebas (FFA). Selain itu diperoleh nilai massa jenis minyak biji
karet sebesar 907,9 kg/m3 dan viskositas sebesar 33,5740 cSt.
4. Reaksi Esterifikasi
Berdasarkan hasil uji FFA setelah proses degumming diperoleh kadar
FFA yang tinggi yaitu sebesar 7,8474% sehingga perlu dilakukan proses
esterifikasi terlebih dahulu. Proses esterifikasi dimaksudkan untuk menurunkan
kandungan asam lemak bebas dalam minyak dengan cara mengkonversi asam
