Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 45
PENGARUH RATIO REAKTAN DAN WAKTU REAKSI
TERHADAP KONVERSI MINYAK JARAK PAGAR
M.Said, Yefri R Saragih
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Abstrak
Konsumsi bahan bakar diesel baik di sektor otomotif maupun industri kian meningkat dan perbandingan volume antara produksi dan konsumsi dalam negeri sudah tidak seimbang sehingga menuntut kita untuk mencari bahan bakar alternative yang lebih efisien secara ekonomi maupun teknik dan dapat menempatkan biodiesel sebagai bahan bakar masa depan. Biodiesel merupakan bahan bakar alternative untuk kendaraan bermotor. Biodiesel dapat digunakan baik secara murni maupun dicampur dengan minyak diesel pada mesin kendaraan tanpa mengalami modifikasi mesin yang ramah lingkungan dan spesifikasi bahan bakarnya tidak jauh beda dengan minyak solar. Biodiesel dapat diproduksi dari jarak pagar dan dibuat melalui proses kimia yang disebut transesterifikasi dimana gliserin dipisahkan dari senyawa lemak dari minyak jarak. Jarak pagar merupakan tanaman yang berpotensi besar untuk dikembangkan di Indonesia, maka dilakukan penelitian yang di latar belakangi oleh aspek teknis pengolahan biodiesel dengan tipe B100, yang artinya biodiesel murni tanpa proses pencampuran bahan bakar fosil.Dengan mengetahui lebih jauh pengaruh ratio reaktan dan waktu reaksi terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi metil ester(biodiesel) dan katalis NaOH pada proses transesterifikasi. Transesterifikasi menghasilkan dua produk yaitu metil ester/mono-alkyl dan gliserin yang merupakan produk samping. Trigliserida-trigliserida minyak-lemak terkonversi menjadi biodiesel. Dengan ratio reaktan (minyak jarak : methanol) yaitu 1:2, 1:4, 1:6 pada suhu 60oC ,70oC, 80oC dan waktu reaksi 10,20,30,40,50,60 menit, Hasil penelitian menunjukan bahwa konversi reaksi transesterifikasi yang terbaik sebesar 88.4020% diperoleh pada ratio reaktan 1 : 6, temperatur reaksi 80°C, dan waktu reaksi 30 menit. Sedangkan konversi reaksi transesterifikasi yang terkecil sebesar 4.3465% diperoleh pada ratio reaktan 1 : 2, temperatur reaksi 80°C, dan waktu reaksi 10 menit. Kata kunci : Biodiesel, Transesterifikasi, Jatropha curcas oil, methyl ester
Abstract
Diesel fuel oil consumption in automotive and industries increases and there is no balance between fuel oil production which more less than consumption so we must looking for the new fuel oil as the alternative which more efficient and prior biodiesel as the next fuel oil. Biodiesel is the one of the fuel oil alternative for our vehicle. Biodiesel can use in pure oil or with an addition with another diesel fuel oil without machine modification. Biodiesel can produced from jathropa curcas with transesterification reaction and there will be produced glycerin and fatty acid and then separate each other. Jathropa curcas potentially developed in Indonesia. Hence done a research which background by technical aspect to processing biodiesel with the type B 100, what is meaning pure biodiesel without mixing of fossil fuel. Observe at influence of ratio reactan and time reaction to conversion jatropha curcas oil fence to become the methyl ester and NaoH as catalyst of transesterification process. It yield two product that is methyl of ester and glycerine representing product from other side. Triglyseride fat-oil converted to become biodiesel. By reactan ratios that is 1:2, 1:4, 1:6 and temperature 60,70,80 with 10,20,30,40,50,60 as time reacted. The result of research show that the best conversion of transesterification is 88.8020% achieved at ratio of reactan 1 : 6, temperature react at 80oC and reaction time 30 minutes. While the least conversion of transesterification is 4.3465% achieved at reactan ratio 1 :2, reaction temperature 80oC and reaction time 10 minutes.
46 Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 I. PENDAHULUAN
Kehidupan manusia tidak pernah lepas dari kebutuhan energi. Salah satu permasalahan energi yang sering dibahas adalah ketergantungan akan bahan bakar minyak (BBM). Karena pada dasarnya peningkatan kebutuhan akan BBM diikuti dengan kelangkaan akan ketersediaan bahan utama penghasil bahan bakar yang begitu penting di dalam kebutuhan masyarakat maupun industri akan bahan bakar yang terus bertambah. Apalagi Negara ini tidak peduli dengan lingkungan akibat pemakaian bahan bakar yang hanya untuk digunakan yang tidak penting. Sehingga menuntut kita untuk mencari bahan bakar alternative yang harganya lebih murah dan ramah lingkungan. Dengan semakin memburuknya krisis perekonomian di Amerika baru-baru ini, sehingga memicu menurunnya hampir semua bahan baku industri yang ada. Berbagai upaya diversifikasi energi perlu dilakukan untuk mengatasi kekurangan akan bahan bakar di Indonesia. Salah satu upaya diversifikasi energi adalah melalui penyediaan bahan bakar energi yang dapat diperbaharui seperti biodiesel yang dapat dihasilkan dari minyak nabati seperti minyak kelapa, minyak kelapa sawit dan minyak jarak pagar. Apalagi baru-baru ini harga CPO yang mengalami penurunan drastis, oleh karena krisis perekonomian Negara-negara di dunia, seperti Amerika.
Biodiesel adalah salah satu bahan bakar efektif pengganti minyak diesel solar. Sesuai dengan banyak tidaknya pemanfaatan minyak kelapa, minyak sawit dan minyak jarak dalam kebutuhan sehari-hari, yang masih kurang pemanfaatannya adalah minyak jarak yang berasal dari tanaman jarak pagar ( Jatropha curcas Linn ). Di sisi lain tanaman ini tumbuh tersebar di beberapa daerah di Indonesia dan berpotensi untuk dikembangkan secara besar-besaran.
Minyak jarak pagar memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan viskositas minyak bumi. Viskositas minyak jarak pagar dapat diturunkan melalui proses transesterifikasi dengan alkohol untuk
menghasilkan metil ester dan gliserol. Permasalahan yang ada antara lain :
Viscositas minyak jarak pagar masih terlalu tinggi untuk bahan bakar
Daya pembakar rendah
Transesterifikasi untuk menurunkan viscositas dan meningkatkan daya pembakaran
Menentukan kondisi operasi terbaik menghasilkan konversi tertinggi dengan meneliti:
Bagaimana pengaruh rasio reaktan minyak jarak dan metanol terhadap konversi minyak jarak menjadi metil ester.
Bagaimana pengaruh temperatur reaksi terhadap metil ester yang dihasilkan.
Bagaimana pengaruh waktu terhadap konversi minyak jarak menjadi metil ester.
Tujuan dari penelitian ini adalah : 1) Untuk mengetahui pengaruh rasio
reaktan terhadap konversi minyak jarak menjadi metil ester.
2) Untuk mengetahui pengaruh dari waktu reaksi terhadap pembentukan metil ester.
II. FUNDAMENTAL
2.1. Biodiesel
Biodiesel adalah jenis bahan bakar dapat diperbaharukan yang berasal dari minyak nabati. Dapat dibuat dengan reaksi kimia pada alkohol melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak. Produk hasil reaksi (Gliserin) dibuang karena tidak berguna untuk mesin. Biodiesel dapat digunakan pada mesin diesel dalam bentuk murni atau campuran dengan petroleum diesel dengan tingkatan tertentu.
Visi Biodiesel :
a. Biodiesel diakui sebagai bahan bakar alternative. Dalam bentuk murni dan campuran 20% atau lebih dengan petroleum diesel.
b. Biodiesel dapat beroperasi dalam mesin konvensional dan segala jenis kendaraan tanpa modifikasi mesin.
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 47 d. Biodiesel mengurangi emisi dan senyawa
karsinogen.
e. Biodiesel menghasilkan pembakaran sempurna.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ratio reaktan dan waktu reaksi terhadap konversi minyak jarak pagar menjadi metil ester, sehingga dapat dicari solusi untuk mengatasi fluktuasi konversi. Penelitian ini bermanfaat untuk kebijakan penggunaan minyak jarak pagar sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
2.2. Minyak Jarak Pagar (Crude Jatropha Curca Oil)
Tanaman Jarak Pagar (Jatropha Curcas Linn) berasal dari daerah tropis Amerika Tengah, telah lama dikenal masyarakat Indonesia sejak jaman penjajahan Jepang. Tanaman Jarak banyak dijumpai sebagai pagar pekarangan, juga digunakan sebagai obat serta penghasil minyak lampu. Biji tanaman jarak mengandung persentase minyak yang besar, sehingga mulai dilirik orang untuk digunakan sebagai sumber bahan bakar alternatif di masa yang akan datang. Dengan memperhatikan potensial tanaman Jarak yang mudah tumbuh pada lahan kritis serta dapat dikembangkan sebagai bahan penghasil BBM alternatif (Biodiesel), tentunya tanaman ini akan memberikan harapan baru pada pengembangan agribisnis. Disamping untuk menunjang usaha konservasi lahan, tanaman Jarak juga memberikan solusi pada pengadaan. Biodiesel sekaligus akan membuka kesempatan bagi penambahan lowongan pekerjaan dan pendapatan petani. (Tatang H. Soeradjaja, 2005). Jarak Pagar yang mudah tumbuh dan dapat dikembangkan sebagai bahan penghasil BBM alternatif (Biodiesel). Kandungan minyak pada biji jarak cukup tinggi yaitu sekitar 30 s/d 50%. Biji Jarak Pagar sangat prospektif untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku minyak atau Biodiesel, karena minyak Jarak Pagar tidak termasuk kategori minyak untuk makanan (edible oil), sehingga pemanfaatannya tidak mengganggu penyediaan kebutuhan minyak makan nasional. (Tatang H. Soeradjaja, 2005)
Tabel 1. Komposisi Asam Lemak dari Minyak Jarak Pagar
Asam Lemak Komposisi (% berat)
(Dikutip dari Erliza Hambali, dkk. 2007)
Tabel 2. Sifat Fisis Minyak Jarak Pagar Sifat fisik satuan nilai Titik nyala (Flash
Point) °C 236 Residu karbon (on
10% distillation residue)
% (m/m) 0,34
Kadar abu sulfat (sulfated ash content)
% (m/m) 0,007
Titik tuang (Pour
point) °C -2,5
Kadar Sulfur
(Sulfur content) ppm <1 Kadar air (Water
content) ppm 935 (Dikutip dari Erliza Hambali, dkk. 2007)
2.3. Metanol
48 Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 metanol. Etanol merupakan alkohol yang
terbuat dari padi – padian. Metanol adalah alkohol yang dapat dibuat dari batubara, gas alam, atau kayu. (Yuli Setyo Indartono, 2006)
Metanol disebut juga metil alkohol merupakan senyawa paling sederhana dari gugus alkohol. Rumus kimianya adalah CH3OH. Metanol berwujud cairan yang tidak
berwarna, dan mudah menguap. Metanol merupakan alkohol yang agresif sehingga bisa berakibat fatal bila terminum, dan memerlukan kewaspadaan yang tinggi dalam penanganannya. Jika menghirup uapnya cukup lama atau jika kena mata dapat menyebabkan kebutaan, sedangkan jika tertelan akan mengakibatkan kematian. (Andi Nur Alam Syah, 2006).
2.4. Katalis NaoH
Katalis adalah suatu bahan yang digunakan untuk memulai reaksi dengan bahan lain. Katalis dimanfaatkan untuk mempercepat suatu reaksi, terlibat dalam reaksi tetapi tidak ikut terkonsumsi menjadi produk Pemilihan katalis ini sangat bergantung pada jenis asam lemak yang terkandung di dalam minyak tersebut. Jenis asam lemak dalam minyak sangat berpengaruh terhadap karakteristik fisik dan kimia biodiesel, karena asam lemak ini yang akan membentuk ester atau biodiesel itu sendiri. (Mardiah, Agus Widodo, Efi Trisningwati, dan Aries Purijatmiko, 2006) 2.5. Transesterifikasi
Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan dan trigliserida dengan methanol untuk menghasilkan metil ester. Pada proses transesterifikasi, selain menghasilkan biodiesel, hasil sampingannya adalah gliserin. Transesterifikasi dapat dilakukan dalam labu leher tiga (Three-necked flask). Adapun proses Transesterifikasi ini mengikuti prosedur sebagai berikut :
1) Masukkan minyak jarak ke dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan termometer, pemanas, dan kondensor. Kemudian dipanaskan sampai suhu 60ºC. 2) Dicampurkan methanol, dan katalis
dengan perbandingan volume dari rasio
reaktan 1 : 2 ke dalam beker gelas. Kemudian dipanaskan sampai suhu 40ºC. 3) Campuran katalis dan methanol
dimasukkan ke dalam labu leher tiga. 4) Selama 60 menit, sampel diambil
sebanyak 10 ml setiap 10 menit pemanasan.
5) Kemudian dimasukan ke dalam botol sampel yang didiamkan selama 24 jam agar terlihat dua lapisan, kemudian dipisahkan dengan pipet tetes.
6) Setelah didapatkan campuran lapisan gliserol (pada lapisan bawah) yang kemudian dianalisa dengan Metode Griffin untuk mengetahui konversi dari minyak jarak pagar.
7) Percobaan yang sama dilakukan kembali untuk suhu 70 oC sampai 80 oC.
8) Kemudian diulang kembali untuk rasio reaktan 1 : 4 dan 1 : 6 pada suhu 60 oC sampai 80 oC.
9) Kemudian lapisan atas yang terbentuk (metil ester) dicuci dengan menggunakan air mendidih.
10) Air tersebut dicampurkan ke dalam
corong pemisah, sehingga terbentuk dua lapisan. Lapisan bawah yang terbentuk
(air) dibuang.
11) Kemudian lakukan pencucian berulang-ulang sampai lapisan bawah yang terbentuk (air) menjadi jernih. Dan didapatkan metil ester yang murni.
12) Terakhir lakukan pemanasan pada metil ester sampai suhu 100ºC, lakukan sampai tidak ada lagi gelembung.
13) Metil ester yang didapat dianalisa.
2.6. Analisa Kadar Gliserol
Gliserol dianalisa dengan cara Asetin (Griffin, 1955). Sampel dibiarkan semalam didalam corong pemisah agar sisa metanol menguap hingga terbentuk dua lapisan, yaitu lapisan gliserol berada di bawah dan metil ester di lapisan atas. Lapisan ester dipisahkan dengan gliserol, kemudian gliserol dianalisa dengan cara sebagai berikut :
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 49 2) Lalu ditambahkan 3 gr natrium asetat
dan 7,5 ml asam asetat anhidrid.
3) Campuran dididihkan selama 1 jam dengan memasang pendingin balik. 4) Campuran yang telah didinginkan
sampai suhu 60oC, kemudian ditambahkan air 50 ml dengan suhu yang sama 60oC.
5) Campuran yang telah didinginkan dinetralkan dengan larutan NaOH 3 N dengan memakai indikator phenolpthalin kurang lebih 4 tetes sampai terbentuk warna merah muda.
6) Selanjutnya ditambahkan lagi larutan NaOH 1 N sebanyak 10 ml.
7) Kemudian campuran dididihkan kembali selama 15 menit tanpa pendingin balik dan selanjutnya didinginkan.
8) Titrasi dengan HCl 1 N sampai warna merah hilang.
Gliserol yang terbentuk dihitung dengan persamaan Griffin :
HCl
Wa : Berat lapisan gliserol yang dianalisis (gr)
Vb : Volume HCl titrasi blanko (ml)
Vs : Volume HCl titrasi sampel (ml)
NHCl : Normalitas HCl (mgek/ml)
Konversi dihitung dengan persamaan berikut :
)
2.7. Analisa Metil Ester
Analisa sifat – sifat fisis metil ester yang akan diuji adalah : - Conradson Carbon Residue (ASTM D-189) - Distillation (ASTM D-86) - Calculated Centane Index (ASTM D-976) - Nilai kalor (Kalkulasi)
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Konversi reaksi
3.1.1. Pengaruh Ratio Reaktan
Hubungan ratio reaktan dengan konversi reaksi ini dapat dilihat dengan memvariasikan ratio reaktan pada temperatur dan waktu reaksi yang konstan. Variasi ratio reaktan (metanol : minyak) terdiri dari ratio 1 : 2, 1: 4, dan 1: 6. Hubungan ratio reaktan dapat dilihat dengan jelas pada grafik 4.1. Grafik ini menunjukkan hubungan rasio reaktan terhadap konversi reaksi pada temperatur 60oC dalam berbagai waktu reaksi.
50 Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 Grafik 1. Hubungan Ratio Reaktan terhadap
Konversi Reaksi pada Temperatur 60°C dalam berbagai Variasi Waktu Reaksi.
3.1.2. Pengaruh Waktu Reaksi
Pada grafik 2 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu reaksi, maka akan semakin besar konversi reaksi yang dicapai. Pada ratio reaktan 1 : 4 dan temperatur 60oC, pada waktu reaksi 10 menit diperoleh konversi sebesar 16,82148 %, pada waktu reaksi 20 menit diperoleh konversi sebesar 33,15699 %, pada waktu reaksi 30 menit diperoleh konversi sebesar 38,31132 %, pada waktu reaksi 40 menit diperoleh konversi sebesar 41,14100%, pada waktu 50 menit diperoleh konversi sebesar 38,21062% dan pada waktu 60 menit diperoleh konversi sebesar 31,47226%.
Grafik 2. Hubungan Waktu Reaksi terhadap Konversi Reaksi pada Ratio Reaktan 1:4 dalam berbagai Variasi Temperatur Reaksi.
3.2. Pengujian Sifat Fisis Metil Ester
Secara umum, parameter yang menjadi standar mutu biodiesel adalah densitas, titik nyala angka setana, viskositas kinematik, ash content, energi yang dihasilkan dan residu karbon. Pada hasil pengujian densitas, metil ester adalah minyak yang sudah menyerupai densitas daripada minyak solar yaitu 0.9 kg/m3. Untuk uji Flash point ASTM Pensky Matens dihasilkan 143oC jauh lebih besar dari minimal flash point standar minyak solar. Untuk hasil cetane number tidak sesuai dengan standar, karena dibawah cetane number yang diharapkan. Hal ini dapat mempengaruhi kualitas penyalaan minyak. Begitu juga dengan viskositas minyak yang masih besar dikisaran 19.80 Cst sedangkan untuk sejenis minyak solar, viskositasnya harus dibawah 6 Cst. Selanjutnya untuk uji ash content, carbon residu serta nilai kalori telah mengikuti aturan standar sesuai karakteristik solar. Maka dengan demikian parameter-parameter yang telah memenuhi standar cukup membuktikan bahwa minyak jarak pagar juga mampu menggantikan minyak solar karena karakteristiknya tidak jauh beda. Untuk itu parameter yang belum sesuai standar dapat diteliti lagi lebih jauh untuk mendapatkan biodiesel yang lebih berkualitas.
IV. KESIMPULAN
1) Semakin tinggi rasio reaktan (minyak jarak pagar : metanol), maka konversi reaksi yang dihasilkan juga semakin tinggi. Pada rasio reaktan 1 : 4 dengan temperatur reaksi 80oC dan waktu reaksi 30 menit diperoleh konversi sebesar 85.5822% dan meningkat hingga mencapai 88.8020% pada rasio reaktan 1 : 6 pada temperatur dan waktu reaksi yang sama.
Jurnal Teknik Kimia, No. 3, Vol. 16, Agustus 2009 51 menit diperoleh konversi sebesar
88.8020%.
3) Kondisi operasi yang paling optimal dengan konversi terbesar yaitu 88.8020% diperoleh pada rasio reaktan 1 : 6 dengan temperatur reaksi 80oC dan waktu reaksi 30 menit.
V. DAFTAR PUSTAKA
Annual Book of ASTM Standard, Petroleum Product Lubricants and Fossil Fuels Vol 05.01, 1999
Levenspiel, Octave. 1972. Chemical Reaction Engineering, second edition. United State of America.
Jurnal Radio Republik Indonesia , www.rri-online.com, Tanaman jarak dan Kelapa Sawit Energi Alternatif atasi Krisis BBM,
13 Juli 2005.
Alamsyah, Andi Nur. 2006. Biodiesel Jarak Pagar. Bogor: PT. Agromedia Pustaka Tim biodiesel jur Teknik Kimia UGM, 2006
dalam www.kompas.com
Jurnal Kompas, www.kompas.com, Bahan Bakar Bio Masa Depan Indonesia, 19 Juli 2007
Jurnal Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, www.bppt.go.id, Biodiesel Pengganti BBM yang Kompetitif, 14
Februari 2007
Syaifuddin, Ahmad. 2006. Majalah Lumbung Energi Nasional & Pangan, ed. ke-3 November 2006. Palembang: Majalah Bulanan Sumatera Selatan.
Hambali, Erliza,dkk. 2008. Divesifikasi Produk Olahan Jarak Pagar dan Kaitannya Dengan Corporate Social Responsibility (CSR) Perusahaan Swasta di Indonesia. Bioenergy Alliance.
Pertamina. 1997. Bahan Bakar Minyak. Direktorat Pembekalan dan Pemasaran Dalam Negeri.
Sudarmadji, S., Haryono, Bambang., dan Suhandi. 1997. Prosedur Analisa Untuk Bahan Makanan dan Pertanian, ed. ke-4. Yogyakarta: Liberty
Prihandana, Rama, dkk. 2005. Menghasilkan Biodiesel Murah Mengatasi Polusi & Kelangkaan BBM. Tangerang: Agromedia Pustaka.
