12
PEMANFAATAN ABU BATANG PISANG (Musa paradisiaca) DENGAN VARIASI BERAT ABU SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN BIODIESEL
DARI MINYAK JELANTAH
Erwin1, Octavyarni Patibong, Subur P. Pasaribu
Department of Chemistry, Natural Sciences Faculty of Mulawarman University
Abstrak. Penelitian menggunakan abu batang pisang sebagai sumber katalis basa untuk pembuatan biodiesel dari minyak jelantah telah dilakukan. Kandungan Kalium batang pisang ditentukan berdasarkan data spectroscopy AAS dan acidy alkalimetri dan diperoleh konsentrasi kalium sebagai garam karbonat dalam abu batang pisang adalah 19,94% (b/b). Variasi konsentrasi berat abu batang pisang dilakukan untuk untuk mencari kondisi reaksi optimum produksi biodiesel. Hasil biodiesel tertinggi diperoleh sebesar 76,8% (pada konsentrasi katalis adalah 8%). Berdasarkan hasil analisis GC-MS menunjukkan bahwa konstituen dominan dalam biodiesel adalah metil oleat sebesar 22,50%.
Kata kunci: biodiesel, batang pisang, minyak jelantah.
Abstract. Research using ash of banana stem as a source base catalyst for biodiesel production from waste cooking oil has been done. Potassium content of ash of banana stem is determined based on the AAS spectroscopy data and acidy alkalimetry and obtained concentration of potassium as a salt carbonate is 19.94% (w/w). Variations in the concentration of heavy banana stem ash conducted to find optimum reaction conditions for biodiesel production. The highest biodiesel results obtained for 76.8% (in the catalyst concentration is 8%). Based on the results of the GC-MS analysis showed that the dominant constituent of biodiesel is methyl oleate amounted to 22.50%.
Keywords: biodiesel, banana Stem, Waste Cooking Oil
1
13 PENDAHULUAN
Dewasa ini kita dihadapkan pada kenyataan bahwa Indonesia telah menjadi negara pengimpor minyak bumi mentah dan bahan bakar minyak. Upaya untuk menangani masalah krisis energi ini perlu mendapat perhatian secara serius untuk mengantisipasi berbagai masalah sosial ekonomi yang akan ditimbulkan. Selain itu, sebagai sumber daya tak terbarukan, suatu saat nanti dapat dipastikan minyak bumi akan habis apalagi bahan bakar minyak juga memberikan dampak buruk bagi lingkungan berupa emisi gas buang yang mencemari lingkungan (Smith, 2005). Oleh sebab itu perlu dikembangkan bahan bakar pengganti yang bersifat terbarukan, lebih ramah lingkungan dan harganya terjangkau oleh masyarakat. Salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan untuk mengatasi hal tersebut di atas adalah biodiesel.
Minyak goreng yang banyak digunakan di Indonesia berasal dari minyak kelapa sawit yang banyak mengandung asam palmitat (asam lemak jenuh) dan asam oleat (asam lemak tidak jenuh). Selama penggorengan terjadi penurunan mutu akibat pemanasan. Penurunan mutu yang terjadi antara lain berubahnya warna minyak menjadi coklat atau hitam, menimbulkan aroma yang tengik, bertambahnya kadar asam lemak bebas dan penurunan kandungan asam lemak tidak jenuh. Menurut Prihandana dkk, (2006), pengumpulan 25% dari total produksi minyak jelantah dapat menghasilkan biodiesel sekitar 1,6 juta ton. Kondisi minyak jelantah yang menjadi bahan baku biodiesel diharapkan memiliki kadar asam lemak bebas dibawah 5%, kadar air dibawah 2%, dan bersih dari sisa bahan gorengan.
Pembuatan biodiesel dari minyak nabati dilakukan dengan mengkonversi trigliserida menjadi metil ester asam lemak dengan menggantikan katalis pada proses transesterifikasi. Reaksi transesterifikasi adalah reaksi antara
trigliserida dengan metanol yang menghasilkan metil ester dan gliserol. Reaksi ini akan berjalan lebih cepat dengan penambahan katalis. Reaksi menggunakan katalis basa banyak dipilih dibandingkan katalis asam dan enzim, karena menghasilkan rendemen metil ester yang tinggi dan waktu yang lebih cepat. Salah satu bahan baku katalis basa adalah abu batang pisang.
Di Indonesia, tanaman pisang merupakan hasil pertanian yang banyak dan melimpah. Biasanya setelah panen, batang pisang hanya dibuang sebagi limbah sehingga menjadi tumpukan sampah yang dapat mencemari lingkungan. Batang pisang merupakan limbah terbesar yang diperoleh dengan nilai ekonomis yang hampir tidak ada. Hasil penelitian dari Mohpatra, pada tahun 2010, mengatakan pada batang pisang terdapat 33,4% kandungan kalium berbasis abu. Kalium pada batang pisang ini bisa diambil dengan cara ekstraksi padat-cair menggunakan suatu pelarut. Sebelum diekstraksi batang pisang terlebih dahulu dijadikan abu (Mardina dkk, 2012).
14 pipet tetes, termometer, timbangan digital, cawan porselen, furnace, desikator, corong Buchner, Erlenmeyer, buret, corong kaca, pompa vakum, ayakan 100 mesh, viskosimeter Ostwald, piknometer, magnetic stirrer, hot plate, oven, Spektrofotometer GC-MS (Gas
Chromatography-Massa Spectrometer).
Bahan-bahan yang digunakan adalah minyak jelantah, Na2SO4
anhidrat, KOH, H2SO4(p), HNO3(p), HCl(p)
indikator phenolptalein, metanol, etanol, dietileter, kloroform, asam asetat, larutan iodin-bromida, KI 15%, Na2S2O3 0,1 N,
indikator amilum, abu batang pisang
(Musa paradisiaca), aquades.
Metode
1. Penyaringan Minyak Jelantah Minyak jelantah yang telah dikumpulkan dari berbagai tempat dicampur kedalam satu wadah. Kemudian minyak jelantah disaring dengan menggunakan corong Buchner yang sudah berisi kertas saring watman menggunakan pompa vacum. Minyak jelantah hasil penyaringan tersebut disimpan didalam jerigen untuk digunakan sebagai bahan baku transesterifikasi pembuatan biodiesel selanjutnya.
2. Preparasi Abu Batang Pisang Sebagai Katalis Basa
Batang pisang dipotong hingga ukurannya menjadi kecil dan setelah itu dikeringkan. Kemudian setelah kering, batang pisang tersebut dibakar dalam
furnace dengan suhu suhu 600 oC selama
3 jam dan didiamkan sampai dingin. Abu batang pisang tersebut kemudian digerus dan diayak dengan menggunkan ayakan 100 mesh.
3. Uji Pendahuluan Sifat Alkali Abu Batang Pisang
Sebanyak 1 gram sampel abu batang pisang dimasukkan kedalam tabung reaksi, ditambahkan 10 mL metanol lalu diaduk dengan batang pengaduk dan
didiamkan beberapa saat hingga abu mengendap Ditambahkan indikator phenolptalein dan diamati perubahan warna. Untuk uji pH larutan abu batang pisang, sebanyak 1 gram sampel abu batang pisang dimasukkan kedalam erlenmeyer, ditambahkan 50 mL akuades lalu diaduk dan didiamkan sampai abu mengendap. pH larutannya diukur dengan pH meter.
4. Penentuan Kadar Logam K dan ion CO3
2-Ditimbang abu batang pisang sebanyak 1 gram. Abu batang pisang tersebut dilarutkan dalam 25 mL HNO3
pekat sambil dipanaskan lalu disaring dan diencerkan dalam labu takar 100 mL. Kemudian larutan ini diukur dengan AAS untuk menentukan kandungan kaliumnya.
Kandungan ion karbonat dalam abu batang pisang ditetapkan dengan uji alkalinitas. Ditimbang 1 gr abu batang pisang yang kemudian dilarutkan dalam 40 mL akuades. Campuran tersebut kemudian diaduk dengan menggunakan
magnetic stirrer selama ± 15 menit.
Campuran tersebut disaring dalam labu takar untuk kemudian diencerkan dalam 100 mL dan diuji nilai alkalinitasnya dengan metode titrasi
5. Preparasi Katalis Abu Batang Pisang
Penggunaan abu batang pisang sebagai katalis dipreparasi dengan menimbang sejumlah abu batang pisang yang akan digunakan (sesuai variasi) dan dimasukkan kedalam erlenmeyer. Kedalam erlenmeyer yang telah berisi abu batang pisang tadi dimasukkan 60 mL metanol pa. dan diaduk dengan
magnetic stirrer selama 1 jam. Larutan
15 6. Transesterifikasi (Pembuatan
Biodiesel) dari Minyak Jelantah
Sebelum dilakukan transesterifikasi terhadap minyak jelantah yang diperoleh dari prosedur sebelumnya ditentukan dulu bilangan asamnya.
Penentuan Bilangan Asam dari Minyak Jelantah (AOCS Cd 3-63)
Sekitar 10 g minyak jelantah dimasukkan dalam erlenmeyer 250 mL, selanjutnya dilarutkan dengan 50 mL pelarut etanol dan dietileter (1:1). Kedalam larutan ini ditambahkan 3 tetes larutan indikator phenolptalein kemudian sambil diaduk dititrasi dengan larutan standar KOH 0,1 N hingga terjadi perubahan warna menjadi merah jambu. Dicatat volume KOH yang digunakan dan tentukan bilangan asam (kadar ALB) dalam perhitungan. Jika bilangan asamnya lebih kecil dari 1% b/b maka proses transesterifikasi dapat langsung dilakukan dan kalau lebih besar maka dilakukan tahap esterifikasi dengan katalis H2SO4 terlebih dahulu kemudian
dilanjutkan dengan proses transesterifikasi (Pasaribu dkk, 2012).
Esterifikasi Minyak Biji Jarak Pagar Dengan Katalis H2SO4
Pada tahap ini reaksi esterifikasi menggunakan katalis H2SO4(p) 1% b/b
dengan ratio molar metanol dengan minyak (6:1) pada suhu 60oC selama 30 menit. Sebanyak 250 gram minyak dimasukkan kedalam kedalam labu leher tiga yang dihubungkan dengan alat pendingin bola yang dilengkapi dengan pengaduk magnet dan es pendingin untuk labu. Kemudian sambil diaduk dengan
magnetic stirrer ditambahkan campuran
metanol (ratio molar 6) dengan H2SO4
1% b/b secara perlahan-lahan selama 30 menit pada suhu 55oC.
Transesterifikasi Minyak Jelantah Dengan Katalis Abu Batang Pisang
Kedalam labu alas bulat leher tiga, kemudian ditambahkan katalis abu
batang pisang dengan variasi berat 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% ((b/b) minyak jelantah (250 gr)) yang sudah dipreparasi sebelumnya. Selanjutnya direfluks selama 120 menit pada suhu 55oC. Setelah proses transesterifikasi selesai, hasil refluks dimasukkan kedalam corong pisah 1000 mL dan terdapat 2 fase/lapisan, lapisan atas metil ester dan lapisan bawah gliserol (dibuang). Tahap selanjutnya lapisan metil ester dicuci dengan aquades untuk menghilangkan sisa-sisa katalis, pengotor dan gliserol yang tertinggal. Untuk menghilangkan air yang terdapat dalam metil ester, disaring
16 Tabel 1. Karakterisasi Sifat Fisika dan
Kimia Minyak Jelantah
Uji pendahuluan ini dilakukan untuk mengetahui sifat kebasaan yang dimiliki oleh abu batang pisang dengan menggunakan indikator phenolptalein yang ditunjukkan dengan terjadinya perubahan warna menjadi merah lembayung pada larutan abu batang pisang dengan pH larutan 13,11. Berdasarkan analisa AAS, besarnya kandungan logam kalium pada abu batang pisang adalah 19,94% (b/b) dan konsentrasi kadar CO32- dengan uji
alkalinitas dalam abu batang pisang adalah sebanyak 26,40% (b/b).
Berdasarkan hasil-hasil analisa diatas maka dapat disimpulkan bahwa senyawa yang berperan sebagai katalis basa pada abu batang pisang untuk reaksi transesterifikasi adalah senyawa K2CO3.
3. Transesterifikasi Minyak Jelantah Menjadi Biodiesel
Minyak biji jarak pagar yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kadar ALB 1,8721%, sehingga dilakukan praesterifikasi dengan katalis asam H2SO4 (p). Pada tahap ini reaksi
esterifikasi menggunakan katalis H2SO4
(p) 1% b/b dengan ratio molar metanol dengan minyak (6:1) 60 oC selama 30 menit. Setelah dilakukan tahap esterifikasi maka terjadi penurunan ALB menjadi 0,4219% (ALB < 1%) sehingga memenuhi syarat untuk dilanjutkan dengan proses transesterifikasi
menggunakan katalis abu batang pisang pada berbagai variasi berat.
4. Transesterifikasi Minyak Jelantah dengan Katalis Abu Batang Pisang pada Berbagai Variasi Berat
Proses transesterifikasi minyak Jelantah dilakukan dengan menggunakan katalis abu batang pisang dengan berbagai variasi ( 2%, 4%, 6%, 8%, 10% (b/b minyak jelantah) pada suhu konstan 55oC selama 2 jam. Pada penelitian ini, konversi metil ester akan meningkat seiring dengan bertambahnya berat katalis abu batang pisang yang digunakan. Rendemen metil ester (biodiesel) yang terbesar diperoleh dengan menggunakan abu batang pisang pada variasi berat 8% seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Grafik Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Rendemen Biodiesel
Berdasarkan gambar diatas dapat diihat konversi minyak jelantah menjadi biodiesel semakin besar dengan penggunaan berat katalis yang semakin besar pula. Semakin besar persentase berat abu berarti persentase berat K2CO3
sebagai sumber katalis dalam reaksi transesterifikasi juga semakin besar. Katalis disini dapat mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi sehingga laju pembentukan metil ester menjadi lebih cepat (Yitnowati dkk, 2008). Hal ini terjadi sampai penggunaan konsentrasi berat katalis 8%, di mana penggunaan katalis pada persentasi berat tersebut akan menghasilkan ion metoksida lebih banyak sehingga tumbukan terhadap molekul-molekul
trigliserida semakin meningkat dan presentase konversi biodiesel semakin meningkat. Sedangkan pada berat katalis 10% konversi biodiesel menurun. Hal ini dikarenakan masih adanya asam lemak bebas sisa yang tidak bereaksi cenderung membentuk reaksi penyabunan dengan katalis basa. Adanya sabun pada reaksi transesterifikasi akan menghambat pembentukan produk (metil ester) sehingga hasil yang diperoleh tidak menunjukkan kenaikan yang signifikan, selain itu juga disebabkan sifat katalis yang reversible, dimana jika ditambahkan dalam jumlah sangat berlebih dapat membuat metil ester kembali menjadi gliserol.
5. Analisa Hasil GC-MS
Analisa GC-MS ini dilakukan untuk mengetahui komposisi biodiesel yang terdiri berbagai macam asam lemak.
Gambar 2. Kromatogram Metil Ester Asam Lemak Penyusun Biodiesel.
Tabel 2. Konsentrasi Metil ester asam lemak penyusun biodiesel dominan
6. Uji Bilangan Asam
Bilangan asam menunjukkan banyaknya asam lemak bebas dalam biodiesel. Rendahnya jumlah asam lemak bebas akan mengurangi resiko terjadinya proses oksidasi selama penyimpanan metil ester. Hal itu disebabkan peroksida
sebagai produk intermediet oksidasi akan menyerang asam lemak yang masih utuh, sehingga menghasilkan asam lemak bebas rantai pendek yang lebih banyak. Gambar 3 di bawah dapat dilihat bahwa kadar asam lemak bebas lebih kecil dari 1% sesuai dengan baku mutu yang telah ditetapkan.
Gambar 3. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Kadar Asam Lemak Bebas Biodiesel.
7. Uji Bilangan Iod
Bilangan iod dinyatakan sebagai jumlah gram iod yang diserap oleh 100 gram minyak atau lemak (Ketaren, 1986). Semakin tinggi bilangan iod menunjukkan jumlah ikatan rangkap di dalam minyak semakin banyak. Minyak nabati dengan bilangan iod tinggi akan menyebabkan pembentukan deposit atau kerak pada lubang saluran injeksi, piston dan lainnya. Berdasarkan kurva di bawah bilangan iod biodiesel masih di bawah 115 gr iod/gr minyak sesuai baku mutu yang telah ditetapkan.
8. Uji Bilangan Penyabunan
Bilangan penyabunan adalah jumlah mg KOH yang diperlukan untuk menyabunkan satu gram minyak atau lemak. Besarnya bilangan penyabunan tergantung dari berat molekul. Minyak yang mempunyai berat molekul rendah akan mempunyai bilangan penyabunan yang lebih tinggi daripada minyak yang mempunyai berat molekul tinggi (Ketaren, 1986).
Gambar 5. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Bilangan Penyabunan Biodiesel
9. Uji Kadar Gliserol Total
Prihandana, dkk. (2006) menjelaskan bahwa keberadaan gliserol sebagai produk samping pembuatan biodiesel dan sisa senyawa gliserida (mono-, di- dan tri-) dapat membahayakan mesin diesel, terutama akibat adanya gugus OH yang secara kimiawi agresif terhadap logam bukan besi dan campuran krom. Selain itu, akan terbentuknya deposit pada ruang pembakaran. Berdasarkan kurva di bawah, kadar gliserol total biodiesel dari keseluruhan jumlah katalis masih termasuk ambang batas SNI biodiesel No. 04-7182-2006, yaitu dibawah nilai 0,24%.
Gambar 6. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Kadar Gliserol Total Biodiesel
10.Penentuan Kadar Metil Ester
Penentuan kadar metil ester menyatakan banyaknya kandungan asam lemak bebas yang dikonversi menjadi metil ester. Kadar metil ester yang diatas 96,5% menunjukkan proses transesterifikasi berjalan dengan baik, dimana trigliserida yang ada berhasil dikonversi menjadi biodiesel. Naik turunnya kadar metil ester yang terkonversi pada proses transesterifikasi ini dipengaruhi oleh berat katalis yang digunakan.
Gambar 7. Grafik Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Kadar Metil Ester (%)
11.Penentuan Densitas
Densitas adalah perbandingan berat dari suatu volume contoh pada suhu tertentu dengan berat air pada volume dan suhu yang sama. Prihandana dkk, (2006) menyebutkan bahwa nilai ini juga berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berdasarkan kurva di bawah densitas biodiesel masuk dalam baku mutu yang telah ditetapkan dari nilai 0,85-0,89 gr/Ml (SNI).
Gambar 8. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap
0.8818 0.8837 0.8835 0.881 0.8822
12.Penentuan Viskositas
Viskositas yang lebih tinggi akan membuat bahan bakar teratomisasi menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit, penetrasi semprot bahan bakar, dan emisi mesin. Sebaliknya viskositas yang terlalu rendah akan memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Berdasarkan kurva di bawah, viskositas biodiesel yang terbentuk masuk dalam baku mutu yang telah ditetapkan dari nilai 2,3-6,0 mm2/s (cSt) (SNI).
Gambar 9. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Viskositas Biodiesel
13.Penentuan Kadar Air
Kadar air merupakan salah satu parameter penting dalam menentukan kualitas minyak biodiesel dimana kadar air yang tinggi memungkinkan terjadinya reaksi hidrolisis trigliserida menjadi asam lemak bebas dan gliserol (Murniasih, 2009). Berdasarkan kurva di bawah kadar air biodiesel yang didapatkan masih di bawah 0,05% sesuai baku mutu yang telah ditetapkan (SNI).
Gambar 10. Kurva Hubungan antara % Katalis Abu Batang Pisang Terhadap Kadar Air Biodiesel
KESIMPULAN
1. Abu batang pisang yang digunakan sebagai katalis mempunyai kandungan kalium sebesar 19,94% (w/w) dan berada dalam bentuk senyawa karbonat. Abu batang pisang mempunyai potensi untuk digunakan sebagai sumber katalis basa dalam pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak jelantah.
2. Peningkatan berat katalis abu batang pisang dalam reaksi transesterifikasi dapat meningkatkan konversi biodiesel yang diperoleh. Untuk berat katalis abu batang pisang pada berat katalis 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% diperoleh persentase konversi biodiesel berturut-turut adalah 53,6%; 60%; 72%; 76,8% dan 68,8% (w/w). 3. Berdasarkan uji kimia dan fisik,
biodiesel pada variasi berat katalis 8% memiliki kualitas yang baik sesuai dengan standar mutu biodiesel SNI-0407182-2006, dimana nilai kadar ALB, bilangan iod, bilangan penyabunan, gliserol total, kadar metil ester, densitas, viskositas dan kadar air berturut-turut adalah 0,3971%; 56,0987 gr iod/100 gr minyak; 106,4451 mg KOH/gr minyak; 0,1718%; 96,3060%; 0,8810 gr/mL; 2,7795 mm2/s ; dan 0,0387%.
DAFTAR PUSTAKA
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi
Minyak dan Lemak Pangan. UI
Press, Jakarta
Mardina, Primata, Ajang Gunawan & M. Imam Nugraha. 2012. Penentuan Koefisien Transfer Massa Ekstraksi Kalium Dari Abu Batang Pisang.
konversi, 1(1): 39-44
Murniasih, D. 2009. Kajian Proses Produksi Biodiesel dari Minyak
Biji Nyamplung (Calophyllum
inophyllum L.).skripsi, Departemen
Teknologi Industry Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor: Bogor
2 2.5 3 3.5
2 4 6 8 10
2.9863 2.9136 2.8851 2.7795 2.8065
20 Pasaribu, S. P. Panggabean, A. S.
Hamdani, D. Horale, M. Muhardian, Z. & Ramadhani, S. 2012. Pengaruh Berat Abu Tandan Kosong Kelapa Sawit dalam Pemanfaatannya sebagai Katalis pada Sintesis Biodiesel Minyak Biji Jarak Pagar (Jatropa curcas L) di Kalimantan Timur. Mulawarman
Scientifie, 11(1): 125-126.
Prihandana, R., R. Hendroko dan M. Nuramin. 2006. Menghasilkan Biodiesel Murah, Mengatasi Polusi
dan Kelangkaan BBM. Agromedia
Pustaka, Jakarta
Smith, R., 2005. Chemical Process Design and Integration. New York: John Wiley & Sons SBP Board of Consultant and Engineers.1998. SBP Handbook of Oil Seeds, Oils,
Fats and Derivatives. New Delhi:
Everest Press, Okhla
Yitnowati, U. Yoeswono. Wahyuningsih, D.T. dan Iqmal, T. 2008.
Pemanfaatan Abu Tandan Kosong Sawit sebagai Sumber Katalis
Basa (K2CO3) pada Pembuatan
Biodiesel Minyak Jarak (Ricinus
communis.) Universitas Gadjah
