PRODUKSI BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas L.)
BIODIESEL PRODUCTION OF Jatropha curcas L. Oil
Nurhaida 201410200311047 haidanurhaida11@gmail.com
Jurusan Agroteknologi, Fakultas Pertanian-Peternakan, Universitas Muhammadiyah Malang (University of Muhammadiyah Malang), Jl Raya Tlogomas No. 246, Malang, Jawa Timur, Indonesia
ABSTRAK
Biodiesel atau methyl ester merupakan sumber energi alternatif pengganti solar yang terbuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, tidak mengandung sulfur dan tidak beraroma. Minyak jarak pagar merupakan salah satu minyak nabati yang potensial. Tanaman Jarak pagar (Jatropha curcas L.) sudah banyak diteliti dan dikembangkan, terutama berkaitan dengan sifatnya yang non-edible serta kemampuannya untuk tumbuh dan berkembang di lahan kering. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui dan mempraktekkan teknik produksi biodiesel dari minyak jarak pagar, mengetahui berbagai peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam produksi biodiesel serta mengetahui nilai FFA yang didapatkan. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Agronomi Fakultas Pertanian Peternakan Universitas Muhammadiyah Malang. Penanaman dikakukan pada tanggal 18 Oktober 2017. Teknik produksi biodiesel memiliki beberapa tahap yaitu degumming, esterifikasi, transesterifikasi, pencucian, dan pengeringan. Pengamatan dilakukan dengan menghitung nilai FFA dari minyak tersebut. Hasil praktikum menunjukkan nilai FFA kelas A yaitu 0,0512 %, kelas B yaitu 0,0341 %, dan kelas C yaitu 0,0256. Semakin tinggi kadar minyak maka semakin kecil nilai FFA yang didapat. Proses transesterifikasi harus memiliki kadar asam lemak bebas kurang dari 0.5 %.
Kata kunci : Minyak Jarak Pagar, Biodiesel, FFA
ABSTRACT
Biodiesel or methyl ester is an alternative energy source of solar substitute made from vegetable oil or animal fat, contains no sulfur and is not flavorful. Jatropha oil is one of the potential vegetable oils. Jatropha curcas L. has been widely studied and developed, mainly related to its non-edible nature and its ability to grow and develop in dry land. This practice aims to know and practice biodiesel production techniques from Jatropha oil, knowing the various equipment and materials used in the production of biodiesel as well as knowing the value of FFA obtained. This practice was conducted in Agronomy Laboratory of Faculty of Animal Husbandry University of Muhammadiyah Malang. Planting is done on October 18, 2017. Biodiesel production techniques have several stages of degumming, esterification, separation with methanol, transesterification, washing, and drying. Observations were made by calculating the FFA value of the oil. The result showed that FFA grade A is 0,0512%, class B is 0,0341%, and class C is 0,0256. The higher the oil content the smaller the value of FFA obtained. The transesterification process should have a free fatty acid content of less than 0.5%.
Keywords: Jatropha curcas L. Oil, Biodiesel, FFA
PENDAHULUAN
Kebutuhan akan bahan bakar alternatif semakin meningkat. Berdasarkan data Automotive Diesel Oil, konsumsi bahan bakar minyak di Indonesia sejak tahun 1995 telah melebihi produksi dalam negeri dan diperkirakan dalam kurun waktu 10 – 15 tahun lagi, cadangan minyak Indonesia akan habis. Perkiraan ini terbukti karena sering terjadi kelangkaan BBM di beberapa daerah di Indonesia. Salah satu pengganti bahan bakar konvensional dari minyak bumi adalah minyak nabati.
Minyak jarak pagar merupakan salah satu minyak nabati yang potensial. Tanaman Jarak
pagar (Jatropha curcas L.) sudah banyak diteliti dan dikembangkan, terutama berkaitan dengan sifatnya yang non-edible serta kemampuannya untuk tumbuh dan berkembang di lahan kering. Biodiesel atau methyl ester merupakan sumber energi alternatif pengganti solar yang terbuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, tidak mengandung sulfur dan tidak beraroma. Produksi biodiesel yang dikembangkan saat ini umumnya dibuat dari minyak tumbuhan (minyak kedelai, minyak lobak, minyak sawit mentah), lemak hewani: lemak ayam, lemak babi) dan bahkan dari minyak goreng bekas (Davies. W, 2005).
yang lebih tinggi dibandingkan minyak diesel dari bahan bakar fosil. Pemanfaatan minyak jarak pagar sebagai biodisel memberikan peluang yang besar karena minyak jarak pagar tidak dapat dikonsumsi sebagai minyak makan (non edible oil) (Said, dkk, 2010).
Minyak jarak pagar diperoleh dari biji dengan metode pengempaan panas atau dengan ekstraksi pelarut. Minyak jarak pagar tidak dapat dikonsumsi manusia karena mengandung racun yang disebabkan adanya senyawa ester forbol (Alamsyah, 2006).
Metil ester biodiesel dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak. Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari suatu ester dengan alkohol lain dalam suatu proses yang menyerupai hidrolisis. Namun berbeda dengan hidrolisis, pada proses transesterifikasi yang digunakan bukanlah air melainkan alkohol. Umumnya katalis yang digunakan adalah sodium metilat, NaOH atau KOH (Prakoso, 2005).
Metanol adalah alkohol yang dapat dibuat dari batubara, gas alam, atau kayu Metanol disebut juga metil alkohol merupakan senyawa paling sederhana dari gugus alkohol. Rumus kimianya adalah CH3OH (Alamsyah, 2006).
Alkohol yang paling umum digunakan untuk transesterifikasi adalah metanol, karena harganya lebih murah dan daya reaksinya lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol rantai panjang, sehingga metanol ini mampu memproduksi biodiesel yang lebih stabil. Untuk memproduksi biodiesel, proses reaksi yang digunakan diantaranya adalah transesterifikasi berkatalis basa (NaOH, KOH), esterifikasi berkatalis asam (H2SO4, HCl), dan metode supercritical (Zhang and Kates, 2003).
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, dkk, 2006).
Transesterifikasi merupakan suatu proses penggantian alkohol dari suatu gugus ester (trigliserida) dengan ester lain atau mengubah asam–asam lemak ke dalam bentuk ester sehingga menghasilkan alkyl ester. Proses tersebut dikenal sebagai proses alkoholisis. Proses alkoholisis ini merupakan reaksi biasanya berjalan lambat namun dapat dipercepat dengan bantuan suatu katalis. Katalis yang biasa dipergunakan adalah katalis asam seperti HCl dan H2SO4, dan katalis basa NaOH dan KOH (Yuli, 2006).
Kandungan asam lemak bebas (FFA) menjadi parameter utama dalam proses esterifikasi-transesterifikasi. Nilai asam lemak bebas (FFA) dijadikan acuan dalam menentukan tahapan proses produksi metil ester, jumlah pereaksi maupun katalis yang akan digunakan. Gerpen et al. (2004) menyatakan bahwa untuk mengkonversi minyak dengan kandungan asam lemak bebas tinggi (> 5%) menjadi metil ester harus melalui tahapan esterifikasi terlebih dahulu menggunakan katalis asam (asam sulfat). Proses ini mampu mengkonversi asam lemak menjadi metil ester secara cepat dan efektif. Walaupun terjadi pembentukan air dalam proses esterifikasi, namun dapat ditekan dengan menambahkan metanol berlebih, sehingga air akan terdilusi ke tingkat yang tidak membatasi reaksi.
Menurut Gerpen et al. (2004) pada proses produksi metil ester, asam lemak bebas akan menyebabkan terjadinya deaktivasi katalis, sehingga mengganggu konversi minyak menjadi metil ester.
Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui dan mempraktekkan teknik produksi biodiesel dari minyak jarak pagar, mengetahui berbagai peralatan dan bahan-bahan yang digunakan dalam produksi biodiesel serta mengetahui nilai FFA yang didapatkan.
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu
Peternakan Universitas Muhammadiyah Malang, pada tanggal 26 Oktober 2017.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah minyak tanaman jarak pagar, NaOH, H2SO4, methanol, KOH, HCL, dan air hangat. Alat yang digunakan adalah reaktor biodiesel, corong pemisah, magnetic stirer, dan alat dokumentasi.
Pelaksanaan Percobaan
Minyak jarak pagar ditambahkan asam fosfat pekat sebanyak 0,1% dari berat minyak dan dipanaskan pada suhu 80°Csambil diaduk dengan magnetic stirer dengan kecepatan sedang selama 30 menit. Selanjutnya minyak diendapkan sedikitnya 48 jam untuk mengendapkan gum kemudian disaring.
Minyak jarak pagar yang telah melalui proses degumming dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan dipanaskan. Campuran H2SO4 1 ml dengan metanol 20 ml dimasukkan ke dalam reaktor dan dipanaskan sambil melakukan pengadukan terhadap campuran tersebut dengan menggunakan magnetic stirer. Kemudian dimasukkan ke dalam corong pemisah selama 8 jam atau lebih. Selama pengambilan sampel
reaksi tetap berjalan. Proses pemisahan yang terjadi adalah lapisan methanol-air pada bagian atas dan sedikit lapisan atas H2SO4 di bagian tengah. Sedangkan metil oleat dan minyak pada lapisan bawah. Kemudian dilakukan analisa kadar FFA apakah telah sesuai dengan standar untuk melakukan transesterifikasi.
Minyak jarak pagar melalui proses esterifikasi dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan dipanaskan dengan menggunakan hotplate stirer. Kemudian campuran katalis dan metanol dimasukkan perlahan ke dalam labu yang berisi minyak jarak pagar tadi sambil dilakukan pengadukan secara konstan pada waktu yang telah ditetapkan. Setelah waktu reaksi berakhir, pengadukan dan pemanasan dihentikan dan produk yang dihasilkan dikeluarkan dari labu untuk dipisahkan dalam corong pemisah. Metil ester yang dihasilkan berada di lapisan atas, sedangkan gliserol berada di lapisan bawah.
Setelah melalui proses transesterifikasi, kemudian dilakukan pencucian/penetralan dengan air hangat 80°C dan setelah itu dioven selama 1 jam dengan suhu 80°C. Maka terbentuklah biodiesel.
Hasil dan Pembahasan
Teknik pembuatan biodisel secara umum dari tanaman jarak pagar terlihat pada diagram di bawah ini: Diagram 1. Teknik pembuatan biodiesel
Metil ester (biodiesel) dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui proses transesterifikasi trigliserida dari minyak jarak. Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari suatu ester dengan alkohol lain dalam suatu proses yang menyerupai hidrolisis. Namun bebeda dengan hidrolisis, pada proses transesterifikasi yang digunakan bukanlah air melainkan alkohol. Umumnya katalis yang digunakan adalah sodium metilat, NaOH atau KOH (Prakoso, 2009).
Metanol lebih umum digunakan karena harganya lebih murah, walaupun tidak menutup kemungkinan untuk menggunakan jenis alkohol lainnya seperti etanol. Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan. Untuk mendorong reaksi agar bergerak ke kanan agar dihasilkan metil ester (biodiesel) maka perlu digunakan alkohol daiam jumlah berlebih atau salah satu produk yang dihasilkan harus dipisahkan (Prakoso, 2009).
Faktor utama yang mempengaruhi rendemen ester yang dihasilkan pada reaksi transesterifikasi adalah rasio molar antara trigliserida dan alkohol, jenis katalis yang digunakan, suhu reaksi, waktu reaksi, kandungan air, dan kandungan asam lernak bebas pada bahan baku (yang dapat menghambat reaksi yang diharapkan). Faktor lain yang mempenganrhi kandungan ester pada biodiesel diantaranya yaitu kandungan gliserol pada bahan baku minyak, jenis alkohol yang digunakan pada reaksi
transestefikasi, jumlah kalalis sisa dan kandungan sabun (Prakoso, 2009).
Untuk membuat biodiesel dari minyak jarak pagar dari hasil ekstraksi screew maupun alat kompa yang sudah dipaparkan diatas, diperlukan terlebih dahulu analisa kadar asam lemak bebas atau harus ditentukan terlebih dahulu harga bilangan asam (acid value/ mgKOHg-minyak), jika harga bilangan asam diatas 4 mgKOH/g (ekivalen kadar asam lemak bebas 2%) minyak maka pembuatan biodiesel disarankan melalui proses pre- esterifikasi atau dengan menambah porsi katalis (NaOH atau KOH) sesuai bilangan asam yang didapatnya. Pembuatan biodiesel dari bahan baku minyak jarak pagar dengan kadar asam lernak bebas (tinggi dalam hal ini maksimum 15%) maka terlebih dahulu harus mereaksikan minyak dengan metanol dengan katalis asam (98%- H2SO4) sebanyak 5-10 ml/liter minyak, jumlah metanol yang diperlukan adalah 15 kali stoikiometrik sesuai dengan analisa bilangan asam minyak yang besangkutan. Reaksi dilaksanakan dengan waktu dua jam. Jumlah metanol yang ditambahkan adalah 22,5 ml Metanol/kg minyak. Oleh karena kadar asam minyak meningkat dengan pemberian asam katalis maka perlu ditambahkan jumlah katalis basa ketika mereaksikannya secara transesierifikasi sebanyak 2 kali jumlah katalis basa atau mengekstraksi sisa asam sebagai katalis maupun asam temak yang belum bereaksi (Prakoso, 2009).
Tabel 1. Nilai FFA minyak jarak pagar
Parameter Kelas A Kelas B Kelas C
ml NaOH 2 2 2 102.4
N NaOH 0,1 0,1 0,1
BM Minyak 256 384 512
Minyak (ml) 100 150 250
FFA(%)* 0,512 0,512 0,409
*Rumus nilai FFA :
FFA% =
ml NaOH x N NaOH x BM minyak
𝑀𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 (𝑚𝑙) 𝑥 100
𝑥 100%
Berdasarkan tabel 1 nilai FFA setiap kelasberbeda-beda. Kelas A mendapatkan nilai FFA masing-masing kelas A, B, dan C sebesar 0.512% , 0.512% dan 0.409%. Masing-masing kelas A, B, dan C mendapatkan kadar minyak sebesar 100 ml,
memiliki kadar asam lemak bebas kurang dari 0.5 %.
Praktikum pembuatan biodiesel terlebih dahulu minyak jarak pagar dihomogenkan dengan magnetic stirer atau secara manual untuk memisahkan FFA, katalis dan gliserol. Setelah itu ditambahkan H2SO4 dengan metanol sebagai katalis. Dipanaskan dalam reaktor sambil diaduk kemudian diletakkan pada corong pemisah didiamkan selama 8 jam atau lebih. Metil ester yang dihasilkan berada di lapisan atas, sedangkan gliserol berada di lapisan bawah. Metil ester yang kemudian akan digunakan sebagai biodiesel. Biodiesel yang didapatkan kemudian dihitung nilai FFAnya.
Struktur asam lemak bebas (FFA) adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati. Dalam proses konversi trigliserida menjadi alkil esternya melalui reaksi transesterifikasi dengan katalis basa, asam lemak bebas harus dipisahkan atau dikonversi menjadi alkil ester terlebih dahulu karena asam lemak bebas akan mengkonsumsi katalis. Kandungan asam lemak bebas dalam biodiesel akan mengakibatkan terbentuknya suasana asam yang dapat mengakibatkan korosi pada peralatan injeksi bahan bakar, membuat filter tersumbat dan terjadi sedimentasi pada injektor. Pemisahan atau konversi asam lemak bebas ini dinamakan tahap pre esterifikasi (Sitorus, 2011).
KESIMPULAN
Tahapan pembuatan biodiesel yaitu esterifikasi, transesterifikasi, pemurnian (pencucian/penetralan), pengeringan, dan terbentuklah biodiesel. Berdasarkan tabel 1 nilai FFA setiap kelas berbeda-beda. Kelas A mendapatkan nilai FFA masing-masing kelas A, B, dan C sebesar 0.512% , 0.512% dan 0.409%. Masing-masing kelas A, B, dan C mendapatkan kadar minyak sebesar 100 ml, 150 ml, dan 256 ml. Berdasarkan nilai FFA tersebut, hanya kelas C Plant Design”, Lecture Note, University of Sdyney.
Freedman, B., E. H. Pryde dan T. L. Mounts. 1984. Variable Affecting the Yield of Fatty Ester from Transesterified Vegetable Oil, J. Am. Oil. Chem. Soc., 61, 1638-1643. Gerpen. 2004. Biodiesel Processing and
Production Fuel Processing Technology. Mardiah, Widodo,A., Trisningwati, E.,
Purijatmiko, A. 2006. Pengaruh Asam Lemak dan Konsentrasi Katalis Asam terhadap Karakteristik dan Konversi Biodiesel pada Transesterifikasi Minyak Mentah Dedak Padi. Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Surabaya.
Prakoso, T. 2005. Proses Pengolaham dan Pemanfaatan Minyak Jarak Menjadi Biodiesel pada Berbagai Skala Industri. Seminar Nasional Pengembangan Jarak Pagar (Jatropha Curcas Linn) untuk Biodiesel dan Minyak Bakar, Bogor. Said, M., Wenny, S., Tri, T. 2010. Studi Kinetika
Reaksi pada Metanolisis Minyak Jarak Pagar. Jurnal Teknik Kimia, No. 1, Vol. 17.
Utama. Sitorus, P. 2011. Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas ) Menggunakan Katalis KOH 4 % Dengan Variasi Lama Reaksi 2 ; 4 dan 6 Jam. Tesis. Program Pasca Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Medan. Yuli, S., I. 2006. (online) www.beritaiptek.com
diakses 2 November 2017.
