BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Keberadaan energi pada zaman modern seperti saat ini merupakan suatu hal yang sangat penting. Ketergantungan dunia pada penggunaan bahan bakar fosil sebagai kebutuhan dalam perindustrian dan transportasi sangatlah besar. Sekitar 80% dari konsumsi energi total dunia telah disediakan oleh bahan bakar fosil seperti batu bara, gas alam dan minyak. Persediaan bahan bakar tersebut diperkirakan akan habis dalam 50 tahun [1]. Dalam menghadapi tantangan deplesi cadangan bahan bakar fosil dan meningkatnya harga minyak dunia. Banyak negara di dunia melakukan suatu inisiatif untuk mempromosikan pengembangan energi terbarukan. Indonesia sebagai salah satu negara berpotensial dalam mengembangkan energi terbarukan dengan kebutuhan yang terus meningkat sebesar 40,4% setiap tahun [2, 3]. Salah satu energi terbarukan itu adalah biodiesel yang secara konsisten dapat menggantikan bahan bakar diesel dalam waktu dekat karena karakteristiknya yang mirip dan lebih baik [4].
Teknologi pembuatan biodiesel yang paling umum digunakan adalah transesterifikasi dari minyak (trigliserida) dan alkohol menghasilkan biodiesel dan gliserol [5]. Secara umum, reaksi transesterifikasi dapat berlangsung dengan membutuhkan waktu reaksi lebih singkat karena penggunaan katalis [6]. Salah satunya adalah reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen. Akhir-akhir ini telah banyak pengembangan katalis heterogen yang digunakan untuk transesterifikasi minyak nabati [7], seperti NaOH dan katalis yang mengandung kalium sebagai pendukung pada alumina, logam alkali oksida, dan zeolit [8].
pada tahun 2014 melaporkan bahwa dengan penggunaan katalis modifikasi abu tandan kosong kelapa sawit/zeolit alam (konsentrasi abu tandan kosong kelapa sawit 20 gram/60 mL air) dengan jumlah katalis 4% diperoleh yield tinggi, yaitu hingga 92,78% [9]. Penggunaan modifikasi katalis heterogen yang berbasis basa ini dapat membuat katalis memiliki keaktifan yang lebih daripada komponen logam lain dan memberikan reaksi yang lebih baik daripada yang masih berbasis asam [8]. Selain itu dapat mengatasi biaya produksi, proses pemurnian dan pemisahan katalis dari hasil reaksi dapat dengan mudah dilakukan, dapat digunakan berulang kali (reuse), serta mengurangi energi dan konsumsi air, sehingga lebih ramah lingkungan [10].
Biodiesel adalah mono alkil ester turunan dari bahan baku lemak seperti minyak nabati atau lemak hewani dimana bahan bakunya yang bervariasi tergantung kepada ketersediaan daerah [4, 11]. Salah satu minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku reaksi transesterifikasi adalah minyak dedak padi. Minyak dedak padi dihasilkan dari bekatul yang letaknya berada disamping sekam (kulit) padi atau biasa disebut dedak padi [12]. Indonesia memiliki produksi rata-rata padi saat ini yang sangat besar pada tahun 2015 mencapai 74,99 juta ton [13] dan pada tahun 2016 diperkirakan jumlahnya meningkat sebesar 1,65% hingga mencapai 77,24 juta ton [14]. Dedak padi yang akan dihasilkan diperkirakan sebesar 29% bagian padinya [12] atau sebesar 22,40 juta ton, nilai yang sangat tinggi ini tentunya sangat baik apabila dimanfaatkan kandungan minyaknya, yaitu sekitar 10-26% dari massanya [15] dengan kadar FFA dari minyak ini sebesar 6-70% [16]. Soares, dkk., pada tahun 2015 pada penelitiannya mendapatkan yield RBO sebesar 12,68% [17] dan Liu, dkk., pada tahun 2015 melaporkan kadar FFA (Free Fatty Acid) yang terdapat pada RBO adalah sebesar 30,52% [18].
Katalis heterogen modifikasi berbasis basa merupakan katalis yang cukup potensial digunakan dalam sintesis biodiesel. Zeolit alam yang dimodifikasi dengan senyawa basa KOH merupakan salah satu katalis modifikasi yang telah diaplikasikan sebagai katalis pada proses pembuatan biodiesel, namun belum ada penelitian yang mengkaji tentang penggunaan K2CO3sebagai senyawa basa untuk
penggunaan senyawa basa lain dalam mensintesis biodiesel dengan menggunakan metanol sebagai alkohol dan bahan baku minyak dedak padi.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Pada penelitian ini diarahkan guna menghasilkan yield biodiesel terbaik dari minyak dedak padi yang memiliki FFA > 1% dan pengaruh beberapa variabel percobaan terhadap yield biodiesel yang dihasilkan. Selain itu, untuk mengetahui bagaimana karakteristik dan keefektifan dari modifikasi zeolit alam dengan K2CO3.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk:
1. Untuk memanfaatkan minyak dedak padi sebagai bahan baku dan katalis heterogen zeolit alam yang dimodifikasi dengan K2CO3 dalam reaksi
transesterifikasi untuk pembuatan biodiesel.
2. Untuk menentukan kondisi operasi reaksi transesterifikasi terbaik berupa: jumlah katalis dari katalis termodifikasi terbaik, waktu reaksi, dan rasio molar metanol dengan minyak dari rentang variasi yang ada terhadap yield biodiesel yang dihasilkan.
3. Mengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan dalam penelitian ini seperti, kemurnian, densitas, viskositas, dan titik nyala.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Memberikan informasi bahwa minyak dedak padi (rice bran oil) dapat
digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel.
2. Memberikan informasi tentang keefektifan modifikasi katalis heterogen zeolit alam dengan cara impregnasi dan kalsinasi menggunakan senyawa kimia K2CO3, sehingga dapat digunakan dalam reaksi transesterifikasi
dengan tujuan untuk memperolehyieldbiodiesel yang tinggi.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu minyak dedak padi (rice bran oil) dalam bentuk kemasan Oryza sebagai bahan baku, K2CO3/zeolit alam sebagai katalis.
Variabel yang digunakan adalah : 1. Tahapan Penyediaan katalis
Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah katalis heterogen zeolit alam yang diimpregnasi dengan K2CO3, dimana dalam pembuatannya
divariasikan berbagai variabel sebagai berikut: a. Variabel tetap:
Rasio massa zeolit alam : K2CO3 = 1 : 4 [7]
Suhu impregnasi = 60 ºC [7]
Waktu impregnasi = 2 jam [7]
Suhu kalsinasi = 450 ºC [7]
Waktu kalsinasi = 4 jam [7]
b. Variabel berubah:
Konsentrasi K2CO3 = 15 gram/60 mL, 20
2. Sintesis biodiesel
Setelah dilakukan penyediaan katalis, maka katalis tersebut akan digunakan sebagai bahan untuk sintesis biodiesel. Hal tersebut bertujuan untuk lebih memahami kinerja dari katalis yang dibuat. Sintesis biodiesel ini dilakukan dengan memvariasikan variabel seperti berikut:
a. Variabel tetap :
Suhu reaksi = 65 °C [9]
Kecepatan pengadukan = 500 rpm [7]
b. Variabel berubah :
Jumlah katalis K2CO3/zeolit alam = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 %
Waktu reaksi = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0
Rasio molar metanol dan minyak (n/n) = 8 : 1; 10 : 1; 12 : 1
Parameter yang dianalisis pada katalis K2CO3/zeolit alam meliputi:
1. Analisis kandungan logam kalium (K) yang terdapat pada zeolit dengan Atomic Absorption Spectroscopy(AAS).
2. Analisis struktur katalis, berupa gugus fungsinya dengan Fourier Transform Infra Red(FTIR)
Parameter yang dianalisis pada bahan baku minyak dedak padi meliputi:
1. Analisis kadar FFA dengan metode tes AOCSOfficial MethodCa 5a-40 2. Analisis komposisi asam lemak minyak menggunakan Gas
Chromatography Mass Spectroscopy(GCMS). Analisis produk biodiesel yang dilakukan meliputi:
1. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GC 2. Analisis viskositas biodiesel menggunakan metode tes ASTM D 445 3. Analisis densitas biodiesel menggunakan metode tes OECD 109 4. Analisis titik nyala.
dari berat minyak
