PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA
SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 120
0C SELAMA 6 JAM
TESIS
Oleh :
DEDI MARDIANSYAH 107026010
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2012
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA
SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 120
0C SELAMA 6 JAM
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
DEDI MARDIANSYAH 107026010
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2012
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA
SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 120
0C SELAMA 6 JAM
TESIS
Oleh
DEDI MARDIANSYAH 107026010
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2012
PENGESAHAN TESIS
Judul Proposal : PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM
POLISTIRENA SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 1200 C SELAMA 6 JAM
Nama Mahasiswa : DEDI MARDIANSYAH Nomor Induk Mahasiswa : 107026010
Program Studi : Magister Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Menyetujui Komisi Pembimbing
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Nimpan Bangun, M.Sc Dr. Marhaposan Situmorang Ketua Anggota
Ketua Program Studi Dekan
Dr. Nasruddin, MN, M.Eng. Sc Dr. Sutarman, M.Sc NIP 195507061981021002 NIP 196310261991031001
PERNYATAAN ORISINILITAS
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA SULFONAT (PSS)
4 % DAN 8 % PADA SUHU 1200C SELAMA 6 JAM
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juli 2012
Dedi Mardiansyah NIM. 107026010
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai Civitas Akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Dedi Mardiansyah
Nim : 107026010
Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalty Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 1200 C SELAMA 6 JAM
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalti non-eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Medan, Juli 2012
Dedi Mardiansyah
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama : Dedi Mardiansyah, S.Si
Tempat, Tgl Lahir : Pasir Pengaraian, 16 Desember 1987
Agama : Islam
Alamat Lengkap : Komp. Taman Setia Budi Indah Blok B-14 Medan Telp/ HP : 081371188483
Email : [email protected]
Instansi Tempat Bekerja : SMK Swasta Ar-Rahman Medan
Alamat Kantor : Jl. Brigjend. H. Abdul Manaf Lubis No. 58 Medan
DATA PENDIDIKAN
SD : SDN 001 Danau Sati Tamat : 2000
SMP : SMPN 1 Rambah Tamat : 2003
SMA : SMAN 2 Rambah Hilir Tamat : 2006 Strata-1 : FMIPA Fisika Universitas Riau Tamat : 2010 Strata-2 : PSMF PPs FMIPA USU Tamat : 2012
Telah diuji pada Tanggal 23 Juli 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
KETUA : Dr. Nimpan Bangun, M.Sc ANGGOTA : 1. Dr. Marhaposan Situmorang
2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Drs. Herli Ginting, M.S 5. Drs. Adityawarman, M.Si
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I : PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 2
1.3. Perumusan masalah ... 2
1.4. Tujuan Penelitian... 2
1.5. Manfaat Penelitian... 3
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1. Biodiesel ... 4
2.2. Jenis- jenis Bahan Baku Biodiesel ... 5
2.3. Jarak Pagar (Jatropha Carcas) ... 5
2.4. Katalis... 8
2.5. Katalis Asam Polistirena Sulfonat (PSS) ... 9
2.6. Pengaruh Katalisator Terhadap Laju Reaksi ... 10
2.7. Metanol... 10
2.7.1 Sifat - Sifat Metanol ... 11
2.7.2. Kegunaan Metanol ... 12
2.8. Gliserol ... 12
2.9. Pengaruh Peningkatan Suhu Pada Reaksi ... 13
2.10. Reaksi Transesterifikasi ... 13
2.11. Sifat-Sifat Penting dari Bahan Bakar Mesin Diesel ... 15
2.11.1. Viskositas ... 15
2.11.2.Densitas (Rapat Massa) ... 16
2.11.3.Titik Kabut (Clound Point) dan Titik Tuang (Puor Point) 16
2.11.4.Bilangan Iod ... 17
2.11.5.Kadar Air ... 17
2.11.6.Bilangan Cetana ... 17
2.12.Persyaratan Kualitas Biodiesel ... 18
2.13.Persyaratan Mutu Solar ... 18
BAB III : METODE PENELITIAN ... 19
3.1.Tempat dan Waktu Penelitian ... 19
3.2.Proses Pembuatan Biodiesel... 19
3.2.1. Alat dan Bahan ... 19
3.3.Diagram Alir Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar ... 20
3.4.Prosedur Kerja ... 21
3.5.Pengujian Viskositas ... 22
3.6.Pengujian Densitas (Density) ... 23
3.7.Pegujian Titik Nyala... 25
3.8.Pengujian Titik Kabut (Cloud Point) ... 26
3.9. Pengujian Kadar Air. ... 27
3.10.Pengujian Bilangan Iodin ... 28
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29
4.1. Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar (Jatrohpa Curcas Oil) ... 29
4.2. Pengaruh Jumlah katali Terhadap Perolehan Metil Ester ... 34
4.3. Pengaruh Jumlah Metanol dan Minyak Jarak Terhadap Perolehan Metil Ester ... 35
4.4. Pengaruh Perubahan Suhu Pada Reaksi ... 35
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
4.3. Kesimpulan... 37
4.4. Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
LAMPIRAN ... 41
DAFTAR TABEL
Nomor J u d u l Halaman
2.1 Beberapa Sumber Minyak Nabati Sebagai Bahan Baku Biodiesel ... 5
2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar ... 7
2.3 Sifat – Sifat Fisika dan Kimia Metanol... 11
2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI-04-7182-2006 ... 18
2.5 Persyaratan Mutu Solar ... 18
4.1 Kandungan Asam Lemak, Jumlah Trigliserida Dalam Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas Oil) Dalam Basis Hitungan 100 gr ... 29
4.2 Massa FAME Kasar Yang Diperoleh Dari Hasil Transesterifikasi ... 31
4.3 Hasil Reaksi Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar Dan Perbandingan Jumlah Metanol, Jumlah Katalis, Suhu Reaksi Dan Lama Reaksi ... 33
DAFTAR GAMBAR
Nomor J u d u l Halaman
3.1 Diagram Pembuatan FAME (Biodiesel) Dari Minyak Jarak Pagar ... 20 4.1 Grafik Perbandingan Jumlah Katalis Terhadap Persentase Metil
Ester ... 34 4.2 Grafik Perbandingan Pengaruh Jumlah Metanol Terhadap Perolehan
Metil Ester. ... 35 4.3 Grafik Hubungan Antara Konversi Suhu dengan Persentase Metil
Eser. ... 36
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor J u d u l Halaman
A Hasi Uji GC Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas) ... L-1 B Gambar-Gambar Percobaan di Laboratorium ... L-4
KATA PENGANTAR
Bismillahirahmanirrahim,
Syukur Alhamdullah penulis sampaikan atas kehadirat Allah SWT dan limpahan rahmat-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Penelitian ini selesai berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada:
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister Studi Ilmu Fisika.
Dekan Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa program Magister Studi Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, Sekretaris Program studi ilmu fisika Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang kepada Bapak Dr. Nimpan Bangun M.Sc selaku pembimbing utama dengan penuh perhatian, telah membimbing dan memberikan arahannya, dan juga kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang yang telah meluangkan waktu dan arahannya dalam membimbing dan mengarahkan sehingga tesis ini selesai.
Kepada Ayahanda (Syaharuddin), Ibunda (Maryam) dan kepada adik-adik tersayang (Delfi Ardiansyah, S.T, Andi Bramudia dan Liliana Saharani) serta seluruh keluarga tercinta yang telah memberi dukungan, doa yang penuh dengan keikhlasan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian.
Teman satu tim, Muhammad Syafii, Mika Agustina Tarigan dan semua teman angkatan 2010 atas segala pengorbanan dan motivasinya. Semua pihak yang telah mendoakan dan membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dengan baik, namun demikian penulis menyadari masih ada beberapa kelemahan dari penelitian ini. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyambut baik kritik dan saran dari pembaca demi kesempurnaan penelitan ini.
Terakhir penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu baik langsung maupun tidak langsung dan selama penyusunan penelitian ini maupun dalam presentasi penelitian ini.
Semoga tesis ini bermanfaat baik bagi penulis maupun pembaca, amin.
Medan, Juli 2012
Dedi Mardiansyah
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha Curcas) DENGAN KATALIS ASAM POLISTIRENA
SULFONAT (PSS) 4 % DAN 8 % PADA SUHU 120
0C SELAMA 6 JAM
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan biodiesel minyak jarak pagar (Jatropha Curcas) melalui proses transesterifikasi. Minyak jarak pagar sebelumnya diuji titrasi diperoleh asam lemak bebas 7,78 %. Proses ini dilakukan dalam autoclave dengan campuran perbandingan minyak jarak pagar dengan metanol adalah 1: 12 mol. Reaksi ini dibantu dengan penggunaan katalis PSS 8 % yang berlangsung dalam waktu 6 jam pada suhu 1200C larutan dinetralkan dengan amoniak, dan diekstraksi dengan n-hexsana. Transesterifikasi ini menghasilkan 2 lapisan, yaitu lapisan atas mengandung metil ester (FAME) dan lapisan bawah mengandung gliserol dan metanol sisa.
Kemudian ke dua lapisan tersebut dipisahkan, lapisan atas dalam corong pisah mengandung FAME ditambahkan n-heksan secukupnya kemudian dicuci dengan aquadest berulang kali.
Fraksi heksan dibubuhi dengan Na2SO4 anhidrus kemudian disaring. Filtrat dimurnikan dengan destilasi biasa, kemudian divakum dan hasilnya ditimbang. FAME yang telah jadi kemudian diuji dengan Gaskromatografi (GC) untuk mengetahui kandungan hasil reaksinya, dengan rincian metil ester = 93,35 %, monogiserida = 0,348 %, digliserida = 0,448 %, triglisrida = 0,685%.
Kata Kunci : Biodiesel, transesterifikasi, minyak jarak pagar, katalis, dan FAME.
MANUFACTURE OF BIODIESEL FROM JATROPHA CURCAS OIL USING 4 % AND 8% POLISTIRENA SULFONAT ACID
(PSS) CATALYST AT A TEMPERATURE OF 120
0C FOR 6 HOURS
ABSTRACT
Production of castor oil biodiesel has been done by transesterification process. The castor oil was previously tested for titration and produced 77,78 % free fatty acid. The process was done in a autoclave by mixing the materials of castor oil to methanol in 1 : 12 mole. The reaction use 8 % of PSS catalyst in 1200C for 6 hours. The solution was neutralized by ammoniac and estracted by n-hexane. The transesterification resulted in 2 layers : upper layer containing methyl ester (FAME) and the lower layer containing residual glycerol and methanol and than separated.
The upper layer of the separating funnel contained FAME added sufficiently by n-hexane, and then washed by aqueous repeatedly. The filtrate was distillated by an usual distillation and than vacuumed and the residue weighted. FAME has finished then tested with Gaskromatografi(GC) to determine the content of the results of the reaction, the breakdown of methyl ester=93.35%, monogiserida=0.348% =0.448% diglycerides, triglisrida=0.685%.
Keywords : Biodiesel, transesterification, castor oil, catalyst and FAME.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sejak beberapa tahun terakhir Indonesia mengalami penurunan produksi minyak nasional yang disebabkan menurunnya secara alamiah (natural decline) cadangan minyak pada sumur-sumur yang berproduksi. Di lain pihak, pertambahan jumlah penduduk telah meningkatkan kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas industri yang berakibat pada peningkatan kebutuhan dan konsumsi Bahan Bakar Minyak (BBM). Jika pola konsumsi bahan bakar fosil masih terus menerus seperti sekarang, cadangan sumber energi bahan bakar fosil khususnya minyak bumi diperkirakan hanya akan cukup untuk 10 tahun lagi. Karena itu diperlukan bahan pengganti yang bersumber dari bahan yang dapat diperbarukan seperti minyak nabati maupun lemak hewani (Alamsyah, A.N., 2006). Selain semakin menipisnya jumlah cadangan bahan bakar fosil, alasan penting lain untuk mengurangi penggunaannya adalah masalah kerusakan lingkungan, harga yang terus melambung, dan beban subsidi yang semakin besar.
Telah dilaporkan berbagai metode untuk pembuatan biodiesel dari minyak nabati, yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif untuk mesin diesel. Secara umum biodiesel dapat diperoleh melalui reaksi transesterifikasi dengan bantuan katalis.
Transestifikasi minyak nabati dengan campuran methanol dikatalis oleh NaOH dan KOH menghasilkan FAME dan gliserol (Marchetti, J.M., 2007).
Sebagai bahan alternatif energi minyak nabati telah dicoba menghasilkan metil ester dalam penggunaannya disebut biodiesel. Namun metil ester yang dihasilkan masih mengandung gliserida, monogliserida, digleserida, dan trigliserida serta gliserol. Oleh karena itu perlu di murnikan lagi. Hasil penelitian sebelumnya telah dilaporkan, dengan kondisi reaksi 4 % polistirena sulfonat (PSS) pada suhu 800 C selama 6 jam telah dianalisa hasil reaksinya. Berat campuran hasil reaksi hanya 36 gr dengan menggunakan 50 gr minyak jarak, dari hasil campuran tersebut ternyata FAME yang dihasilkan 65,6 %, dengan cempuran 19,9
% trigliserida, 8,8 % digliserida dan 1,2 % monogliserida (Sihotang, P., 2011). Dengan alasan tersebut, perlu tindak lanjut untuk memperoleh kondisi dan hasil yang lebih optimum.
Misalnya dengan menaikan rasio katalis menjadi 8 %, suhu reaksi menjadi 1200C dan rasio
metanol menjadi 26 ml sehingga hasil transesterifikasi ini kemudian akan dianalisa secara kimia.
Proses pembuatan biodiesel dimulai dengan pembuatan natrium metoksida dari metanol dan natrium hidroksida (NaOH). Kemudian direaksikan dengan minyak jarak pagar dalam reaktor dan dipanaskan pada suhu sesuai variabel. Hasil dari reaksi ini didiamkan selama 6 jam di dalam corong pemisah sehingga terbentuk dua lapisan dimana lapisan atas adalah biodiesel dan lapisan bawah gliserol. Biodiesel kemudian di lakukan pencucian dengan air (50oC) di dalam corong pemisah untuk menghilangkan pengotor dalam biodiesel.
Selanjutnya, biodiesel di lakukan analisa viskositas kinematik, densitas, bilangan iod, dan titik kabut. Bahan ini akan di buat menjadi B5 (campuran solar 95 % dan 5 % FAME) dan B10 (campuran solar 90 % dan 10 % FAME), yang akan di uji sifat fisis dan uji performan motor dieselnya.
1.2. Perumusan Masalah
1. Apakah Asam Polistirena Sulfonat (PSS) 4 % dan 8 % dapat meningkatkan hasil metil ester yang lebih baik.
2. Apakah ada pengaruh peningkatan persen katalis, metanol dan suhu terhadap jumlah metil ester yang dihasilkan.
1.3. Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi pada pembuatan biodiesel dari minyak jarak pagar menggunakan bantuan katalis sulfonat polistirena (PSS) dengan menaikkan persen katalis dari 4 % ke 8 % , suhu reaksi dari 800C ke 1200C, metanol dari 13 ml ke 26 ml dengan lama reaksi yang dilakukan adalah 6 jam dan hasilnya dianalisis dengan Gaskromatografi (GC) untuk mengetahui kandungan hasil reaksinya.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Meningkatkan kualitas metil ester dari minyak jarak pagar.
2. Mengetahui persentase berkurangnya persen monoglierida, digliserida dan trigliserida.
1.5. Manfaat penelitian
1. Mengetahui pengaruh ditingkatkannya persen katalis, jumlah metanol dan suhu terhadap hasil metil ester.
2. Menurunkan persen monoglierida, digliserida dan trigliserida.
3. Penelitian ini dapat memberi informasi ilmiah tentang bahan polimer asam yang bermanfaat sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi minyak jarak yang memiliki asam lemak bebas 7,78 %.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan. Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas (Sufriyani, T.,2006).
Biodiesel merupakan alternatif yang paling dekat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena ia merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan infrastruktur sekarang ini. Secara konsep, proses pembuatan biodiesel tidaklah rumit. Biodiesel dihasilkan melalui proses yeng disebut reaksi esterifikasi asam lemak bebas atau reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol dan bantuan katalis sehingga dapat menghasilkan metil ester / etil ester asam lemak dengan gilserol.
Biodiesel pertama kali di kenalkan di Afrika Selatan sebelum perang dunia ke II sebagai bahan bakar kendaraan berat. Bahan bakar nabati biodiesel merupakan kandidat kuat sebagai bahan alternatif pengganti bensin dan solar yang selama ini digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. Pemerintah Indonesia telah mencanangkan pengembangan dan implementasi bahan bakar tersebut, bukan hanya untuk menanggulangi krisis energi yang mendera bangsa namun juga sebagai salah satu solusi kebangkitan ekonomi masyarakat.
katalis
Minyak lemak + metanol / alkohol biodiesel + gliserol
2.2. Jenis- jenis Bahan Baku Biodiesel
Biodiesel adalah senyawa methyl ester atau ethyl ester yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan baker minyak bumi. Biodiesel lebih ramah lingkungan karena biodegradable dan non toxic. Pembakaran biodiesel mampu mengurangi emisi sebesar 20%. Biodesel ini diproleh dari tumbuhan dibawah ini ada beberapa jenis tumbuhan yang dapat dijadikan sebagai sumber enrgi alternataif (Hambali, E., 2007).
Tabel. 2.1. Beberapa sumber minyak nabati sebagai bahan baku Biodiesel
Nama Lokal Nama Latin Sumber
Minyak
Isi
% Berat Kering
Jarak Pagar Jatropha Curcas Inti biji 40-60
Jarak Kaliki Riccinus Communis Biji 45-50
Kacang Suuk Arachis Hypogea Biji 35-55
Kapok / Randu Ceiba Pantandra Biji 24-40
Karet Hevea Brasiliensis Biji 40-50
Kecipir Psophocarpus Tetrag Biji 15-20
Kelapa Cocos Nucifera Inti biji 60-70
Kelor Moringa Oleifera Biji 30-49
Kemiri Aleurites Moluccana Inti biji 57-69
Kusambi Sleichera Trijuga Sabut 55-70
Nimba Azadiruchta Indica Inti biji 40-50
Saga Utan Adenanthera Pavonina Inti biji 14-28
Sawit Elais Suincencis Sabut dan biji 45-70 + 46-54
Nyamplung Callophyllum Lanceatum Inti biji 40-73
Randu Alas Bombax Malabaricum Biji 18-26
Sirsak Annona Muricata Inti biji 20-30
Srikaya Annona Squosa Biji 15-20
Sumber ( Badan Mesin Kejuruan Persatuan Insinyur Indonesia : 2011)
2.3. Jarak Pagar (Jatropha Curcas)
Jarak Pagar juga dikenal dengan nama jarak budeg, jarak gundul, atau jarak cina.
Tanaman yang berasal dari daerah tropis di Amerika Tengah ini tahan kekeringan dan tumbuh dengan cepat. Jarak Pagar berbeda dengan Jarak kaliki atau Jarak kepyar atau Jarak kosta (Ricinus communis), yang mempunyai ciri seperti tanaman singkong racun, buahnya berbulu seperti rambutan. Jarak kepyar juga menghasilkan minyak dan digunakan sebagai bahan baku atau bahan tambahan industri cat vernis, plastik, farmasi, dan kosmetika, sehingga sudah lama dibudidayakan secara komersial di Indonesia. Akan tetapi, minyak jarak
kepyar tidak cocok digunakan sebagai bahan bakar biofuel karena terlalu kental, jadi hanya bisa digunakan sebagai pelumas.
Jarak kaliki (Ricinus communis), merupakan tanaman tahunan berumur pendek (bianual), berbuah setahun sekali ( terminal ), sedangkan jarak pagar ( Jatropha curcas ) mampu berbuah terus menerus apabila Agroklimatnya mendukung. Jarak pagar mempunyai sosok yang kekar, batang berkayu bulat dan mengandung banyak getah. Tinggi mencapai 5 meter dan mampu hidup sampai 50 tahun. Daun tunggal, lebar, menjari dengan sisi berlekuk- lekuk sebanyak 3 – 5 buah., bunga berwarna kuning kehijauan, berupa bunga majemuk berbentuk malai, berumah satu dan uniseksual, kadang-kadang ditemukan bunga hermaprodit. Jumlah bunga betina 4 – 5 kali lebih banyak daripada bunga jantan. Buah berbentuk buah kendaga, oval atau bulat telur, berupa buah kotak berdiameter 2 – 4 cm dengan permukaan tidak berbulu dan berwarna hijau ketika masih muda dan setelah tua kuning kecoklatan. Apabila ditoreh, batang mengeluarkan getah seperti lateks, berwarna putih atau kekuning-kuningan (Nurcholis, M., 2007). Buah jarak tidak masak serentak Buah jarak pagar terbagi menjadi 3 ruangan, masing-masing ruangan 1 biji. Biji berbentuk bulat lonjong berwarna cokelat kehitaman dengan ukuran panjang 2 cm, tebal 1 cm, dan berat 0,4 – 0,6 gram/biji. Jarak pagar termasuk dalam familia Euphorbiaceae satu famili dengan tanaman karet dan ubikayu.
Adapun kelasifikasi Jarak pagar sebagai berikut : Divisi : Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledonae Ordo : Euphorbiales Famili : Euphorbiaceae Genus : Jatropha
Spesies : Jatropha curcas L.
Jarak Pagar dapat ditemukan tumbuh subur di berbagai tempat di Indonesia.
Umumnya terdapat di pagar-pagar rumah dan kebun atau sepanjang tepi jalan, tapi jarang ditemui berupa hamparan. Tanaman Jarak pagar berbentuk pohon kecil maupun belukar besar yang tingginya mencapai lima meter. Cabang-cabang pohon ini bergetah dan dapat diperbanyak dengan biji, setek atau kultur jaringan dan mulai berbuah delapan bulan setelah ditanam dengan produktivitas 0,5 – 1,0 ton biji kering/ha/tahun. Selanjutnya akan meningkat
secara bertahap dan akan stabil sekitar 5 ton pada tahun ke lima setelah tanam (Brasmato, Y.,2003).
Tabel 2.2. Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar
Karakteristik % Kadar
Asam lemak palmitat Asam lemak Stearat Asam lemak Oleat Asam lemaklinoleat Asam lemak Miristat Asam lemak Arakhidrat
14,5 5,5
50 29,6 0,26 0,15
(Soerawidjaja., T.H., 2003)
Asam lemak jenuh banyak dijumpai pada minyak atau lemak adalah asam palmitat dan assam stearat. Sedangkan asam oleat adalah asam lemak tak jenuh yang banyak dijumpai pada minyak atau lemak. Lemak adalah trigliserida berbentuk padat pada suhu ruang akibat tingginya kandungan asam lemak jenuh sehingga memiliki titik leleh tinggi. Sedangkan minyak dalah trigliserida dengan asam lemak tak jenuh tinggi sehingga titik lelehnya lebih rendah dan berbentuk cair pada suhu kamar (Solomon,G., 1992).
Secara umum terdapat dua tantangan dalam pengembangan proses produksi biodiesel dari minyak jarak yaitu :
1. Reaksi transesterifikasi yang bersifat reversibel dan ketidaklarutan antara minyak dan alkohol reaksi reversibel harus dijaga agar kesetimbangan reaksi bergeser ke arah produk sehingga perolehan biodiesel tinggi. Untuk mencapai hal tersebut, biodiesel atau gliserol harus dipisahkan selama reaksi agar kesetimbangan reaksi bergeser ke arah produk. Reaksi yang tidak sempurna dapat menyebabkan rendahnya kualitas biodiesel karena terdapat zat- zat pengotor seperti Trigliserida, Digliserida, Monogliserida dan kehilangan reaktan.
2. Menggunakan membran reaktor. Membran reaktor memadukan proses reaksi dan proses pemisahan produk dalam satu tahap yang simultan sehingga terjadi pengadukan bahan baku secara kontinu dan menjaga proses perpindahan massa yang besar antara fasa yang saling tidak larut, Membran reaktor dapat melakukan
pemisahan reaktan yang tidak bereaksi dan produk yang dihasilkan secara kontinu sehingga kesetimbangan reaksi bergeser ke arah produk dan perolehan produk biodiesel tinggi. Minyak jarak pagak sebelum dimasukkan kedalam reaktor terlebih dahulu ditambahkan katalis dalam lartan metanol, sedangkan hasil produksi dari reaktor tersebut adalah biodesel yang memenuhi syarat sebagai bahan bakar.
2.4. Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama:
1. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan katalis homogen berada dalam fase yang sama.
Satu contoh sederhana untuk katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap.
Ikatan dalam substrat-substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. katan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas. Keuntungan menggunakan katalis ini adalah : mempunyai aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang ringan, masa hidup katalis yang panjang, biaya katalis yang rendah, tidak korosif, ramah lingkungan dan menghasilkan sedikit masalah pembuangan dapat dipisahkan dari larutan produksi sehingga dapat digunakan kembali (Bangun, N., 2008).
2. Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Katalis homogen yang banyak digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa seperti kalium hidrosida (KOH) dan natrium hidrosida (NaOH) (Darnoko, D., 2000). Berikut ini merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya:
A + C → AC (1) B + AC → AB + C (2)
Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi
A + B + C → AB + C
2.5. Katalis Asam Polistirena Sulfonat (PSS)
Katalis yang umum digunakan adalah katalis asam dan basa, asam lebih banyak digunakan sebagai katalis esterifikasi asam-asam lemak bebas (ALB) atau Free Fatty Acid (FFA). Namun katalis ini mempunyai kendala dimana waktu reaksi cendrung berjalan lambat. Agar proses berjalan sedikit lancar maka dapat digunakan asam Polistiren Tersulfonasi Sulfonat karena asam ini dapat membeikan efisiensi dan perpindahan panas yang baik.
Polistiren Tersulfonasi Sulfonat (PSS) merupakan suatu senyawa organik dengan rumus molekul C6H5CH=CH2. Stiren dapat mengalami reaksi adisi kontinyu sehingga akan terbentuk polimer yang tersusun dari monomer-monomer stiren. Prepolimerizer merupakan awal proses dimulainya polimerisasi stiren. Melalui proses tersebut, stiren akan dipolimerisasi (biasanya dengan menggunakan peroksida sebagai oksidator) diaduk hingga campuran reaksi terkonsentrasi menjadi polimer akibat adanya proses pencampuran yang efisien dan perpindahan panas yang baik. Sulfonasi merupakan suatu reaksi substitusi yang bertujuan untuk mensubstitusi atom H dengan gugus -SO3H pada molekul organik melalui ikatan kimia pada atom karbonnya. Polistiren bersifat impermeabel terhadap proton, akan tetapi polistiren yang telah tersulfonasi akan permeabel terhadap proton karena memiliki gugus sulfonat (-SO3H). Gugus ini terbentuk akibat reaksi sulfonasi antara polistiren dengan asetil sulfonat.
Asam Polistirena Sulfonat (PSS) adalah asam yang berbentuk polimer. Keunggulan Polimer ini lebih bercampur homogen terhadap minyak sehingga lebih efektif sebagai katalis transesterifikasi. Pemisahan katalis Asam Polistirena Sulfonat (PSS) lebih mudah dari asam sulfat karena bobot molekulnya lebih besar dan sifat liophilitas lebih tinggi dari asam sulfat dan dapat dipakai kembali sehingga tidak mencemari lingkungan.
2.6. Pengaruh Katalisator Terhadap Laju Reaksi
Peningkatan produksi hasil reaksi yang dilakukan melalui peningkatan temperatur, kadang-kadang tidak efektif, karena mungkin saja hasil yang diharapkan tidak stabil pada temperaturt inggi. Beberapa penemuan pada awal abad 19 menunjukkan ada sejumlah reaksi yang kecepatan reaksinya dipengaruhi oleh adanya substani yang tidak mengalami perubahan sampai akhir proses.
Katalis didefinisikan sebagai suatu substansi yang mengubah laju suatu reaksi kimia tanpa terdapat sebaga produk akhir reaksi. Walaupun menurut definisi jumlah katalisator tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi tidak berlaku anggapan bahwa katalisator tidak mengawali jalannya reaksi selama reaksi berlangsung. Katalisator akan mengawali penggabungan senyawa kimia akan terbentuk suatu kompleks antara substansi tersebut dengan katalisator. Kompleksnya yang terbentuk hanya merupakan bentuk hasil antara yang akan terurai kembali menjadi produk reaksi dan molekul katalisator.
Katalisator tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak Memberikan energi kedalam sistem, tetapi katalis akan memberikan mekanisme reaksi alternatif dengan energi pengaktifan yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis, sehingga adanya katalis akan meningkatkan laju reaksi.
2.7. Metanol
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.
Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.
Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:
2 CH3OH + 3 O2→ 2 CO2 + 4 H2O
Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang tak terlihat.
Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan additif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan industri penambahan "racun" ini akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). Metanol kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu merupakan produk samping dari distilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melului proses multi tahap. Secara singkat, gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida kemudian gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol. Tahap pembentukannya adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah eksotermik.
2.7.1 Sifat - Sifat Metanol
Sifat – sifat fisik dan kimia metanol ditunjukkan pada tabel 2.3 berikut :
Tabel 2.3 Sifat – Sifat Fisika dan Kimia Metanol (Perry, 1984)
Massa molar 32.04 g/mol
Wujud cairan tidak berwarna
Specific gravity 0.7918
Titik leleh –97 °C, -142.9 °F (176 K)
Titik didih 64.7 °C, 148.4 °F (337.8 K)
Kelarutan dalam air sangat larut
Keasaman (pKa) ~ 15.5
2.7.2 Kegunaan Metanol
Metanol digunakan secara terbatas dalam mesin pembakaran dalam, dikarenakan metanol tidak mudah terbakar dibandingkan dengan bensin. Metanol campuran merupakan
bahan bakar dalam model radio kontrol. Salah satu kelemahan metanol sebagai bahan bakar adalah sifat korosi terhadap beberapa logam, termasuk aluminium. Metanol, merupakan asam lemah, menyerang lapisan oksida yang biasanya melindungi aluminium dari korosi:
6 CH3OH + Al2O3 L 2 Al(OCH3)3 + 3 H2O
Ketika diproduksi dari kayu atau bahan oganik lainnya, metanol organik tersebut merupakan bahan bakar terbarui yang dapat menggantikan hidrokarbon. Namun mobil modern pun masih tidak bisa menggunakan BA100 (100% bioalkohol) sebagai bahan bakar tanpa modifikasi. Metanol juga digunakan sebagai solven dan sebagai antifreeze, dan fluida pencuci kaca depan mobil. Penggunaan metanol terbanyak adalah sebagai bahan pembuat bahan kimia lainnya. Sekitar 40% metanol diubah menjadi formaldehyde, dan dari sana menjadi berbagai macam produk seperti plastik, plywood, cat, peledak, dan tekstil.
Dalam beberapa pabrik pengolahan air limbah, sejumlah kecil metanol digunakan ke air limbah sebagai bahan makanan karbon untuk denitrifikasi bakteri, yang mengubah nitrat menjadi nitrogen. Bahan bakar direct- methanol unik karena suhunya yang rendah dan beroperasi pada tekanan atmosfer, ditambah lagi dengan penyimpanan dan penanganan yang mudah dan aman membuat methanol dapat digunakan dalam perlengkapan elektronik.
2.8. Gliserol
Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas 3 atom karbon. Jadi tiap atom karbon mempunyai gugus –OH. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua, tiga molekul asam lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida.
Sifat fisik dari gliserol merupakan cairan tidak berwarna, tidak berbau, cairan kental dengan rasa yang manis, densitas 1,261, titik lebur 18,20C, titik didih 2900C dan gliserol juga digunakan sebagai penghalus pada krim cukur, sabun, dalam obat batuk dan syrup atau untuk pelembab. Gliserol disebut juga dengan gliserin yang merupakan hasil samping dari reaksi pembentukan biodesel. Gliserol dapat didegredasi secara biologis, tidak beracn dan tidak berbahaya.
2.9. Pengaruh Peningkatan Suhu Pada Reaksi
Temperatur dalam reaksi merupakan hal yang penting untuk diperhatikan, karena semakin tinggi temperature maka konversi reaksi semakin tinggi karena molekul yang bergerak di dalam larutan memiliki sejumlah tertentu energi potensial dalam ikatan-ikatan atomnya dan sejumlah energi kinetik dalam gerakan atom-atomnya. Dengan pemanasan atau menaikkan suhu, molekul memperoleh tambahan energi kinetik, lebih sering terjadi tumbukan dan lebih bertenaga, dan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial.
Agar bereaksi, molekul-molekul yang bertumbukan itu harus mengandung cukup energi potensial untuk mencapai keadaan transisi pada saat bertumbukan dan terjadi pematahan ikatan. Energi yang harus dimiliki molekul untuk melewati keadaan transisi ini merupakan energi aktivasi, sehingga semakin besar energi potensial yang dimiliki molekul akibat pemanasan atau kenaikan suhu, semakin mudah molekul melewati keadaan transisi dan reaksi yang terjadi semakin cepat.
2.10. Reaksi Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi antara trigliserida dengan alkohol membentuk metil ester asam lemak (FAME) dan gliserol sebagai produk samping.
Persamaan umum Reaksi transesterifikasi ditunjukkan seperti di bawah ini :
C H2
C H
C H2
O
O
O
C
C
C
R
R
R O
O
O
C H3 OH
+
C H2
C H
C H2
OH
OH
OH
+ R C
O
O CH3
Trigliserida
Katalis
Glisrol
Metil ester asam lemak ( FAME )
Metode transesterifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam. Katalis asam yang digunakan antara lain seperti asam klorida anhidrat, asam sulfat, maupun turunan sulfonat.
Asam sulfat dalam metanol secara umum sudah banyak dilakukan. Minyak nabati mengalami reaksi transesterifikasi dikatalisis dengan campuran 10% asam sulfat dalam
metanol sambil dipanaskan. Kemampuan katalisis asam sulfat metanol 1-2% setara dengan sifat asam klorida – metanol 5% dan katalis asam sulfat ini mudah dibuat. Transesterifikasi dengan katalis ini menghasikan alkil ester berjumlah banyak, tetapi berjalan lambat. Faktor perbandingan jumlah alkohol dengan minyak adalah penting. Kelebihan alkohol membuat glisrol sulit untuk diperoleh. Karena itu perbandingan pemakaian alkohol dengan minyak harus dibuat dengan tepat. Dengan prinsip kesetimbangan, maka pemakaian alkohol yang berlebih akan menggeser kesetimbangan kearah kanan sehingga berpengaruh pada peningkatan jumlah ester yang terbentuk.
Mekanisme transesterifikasi dengan katalis asam dapat dilihat pada gambar dibawah ini
R C O O R1
H+
R C O O+ H
R1
R2OH
R C
O
O+ O H
R2 H
R1
R C O
O+ H
R2
R C
O
O R2
HOR1
H+ Ester / Lemak
( alkohol)
Alkil Ester
Reaksi ini akan berlangsung dengan menggunakan katalis alkali pada tekanan atmosfir dan temperatur antara 60 – 70°C dengan menggunakan alkohol. Proses transesterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor penting antara lain :
1. Lama Reaksi
Semakin lama waktu reaksi semakin banyak produk yang dihasilkan karena keadaan ini akan memberikan kesempatan terhadap molekul-molekul reaktan untuk bertumbukan satu sama lain. Namun setelah kesetimbangan tercapai tambahan waktu reaksi tidak mempengaruhi reaksi.
2. Rasio perbandingan alkohol dengan minyak
Rasio molar antara alkohol dengan minyak nabati sangat mempengaruhi dengan metil ester yang dihasilkan. Semakin banyak jumlah alkohol yang dugunakan maka
konversi ester yang dihasilkan akan bertambah banyak. Perbandingan molar antara alkohol dan minyak nabati yang biasa digunakan dalam proses industri untuk mendapatkan produksi metil ester yang lebih besar dari 98% berat adalah 6 : 1 (Freedman, B. 1984).
3. Jenis katalis
Katalis berfungsi untuk memepercepat reaksi dan menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu kamar sedangkan tanpa katalis reaksi dapat berlangsung pada suhu 250°C, katalis yang biasa digunakan dalam reaksi transesterifikasi adalah katalis basa seperti kalium hidroksida (KOH) dan natrium hidroksida (NaOH).
Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa akan menghasilkan konversi minyak nabati menjadi metil ester yang optimum (94% - 99%)dengan jumlah katalis 0,5% – 1,5% bb minyak nabati. Jumlah katalis KOH yang efektif untuk menghasilkan konversi yang optimum pada reaksi transesterifikasi adalah 1% bb minyak nabati (Darnoko, D., 2000).
2.11. Sifat-Sifat Penting dari Bahan Bakar Mesin Diesel
2.11.1 Viskositas
Viskositas (kekentalan) merupakan sifat intrinsik fluida yang menunjukkan resistensi fluida terhadap alirannya, karena gesekan di dalam bagian cairan yang berpindah dari suatu tempat ke tempat yang lain mempengaruhi pengatoman bahan bakar dengan injeksi kepada ruang pembakaran, akibatnya terbentuk pengendapan pada mesin. Viskositas yang tinggi atau fluida yang masih lebih kental akan mengakibatkan kecepatan aliran akan lebih lambat sehingga proses derajat atomisasi bahan bakar akan terlambat pada ruang bakar. Untuk mengatasi hal ini perlu dilakukan proses kimia yaitu proses transesterifikasi untuk menurunkan nilai viskositas minyak nabati itu sampai mendekati viskositas biodiesel Standar Nasional Indonesia (SNI) dan standar Solar.
Pada umumnya viskositas minyak nabati jauh lebih tinggi dibandingkan viskositas solar, sehingga biodiesel turunan minyak nabati masih mempunyai hambatan untuk dijadikan sebagai bahan bakar pengganti solar.
Viskositas dapat dibedakan atas viskositas dinamik (μ) dan viskositas kinematik (v).
Viskositas kinematik merupakan perbandingan antara viskositas dinamik (absolute) dengan densitas (rapat massa) fluida.
Viskositas kinematik dapat diukur dengan alat Viskometer Oswald. Persamaan untuk menentukan viskositas kinematik dengan menggunakan Viskometer Oswald :
μ = K x t ….….(2.1)
dimana μ = viscositas kinematik (centi stokes atau cSt) K = konstanta viscometer Oswald
t = waktu mengalir fluida didalam pipa viscometer (detik)
2.11.2 Densitas (Rapat Massa)
Massa jenis menunjukkan perbandingan massa persatuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel persatuan volume bahan bakar.
Kerapatan suatu fluida (ρ) dapat didefenisikan sebagai massa per satuan volume.
ρ = (2.3) dimana : ρ adalah densitas (kg/m3)
m adalah msasa ( kg) v adalah volume (m3)
2.11.3 Titik Kabut (Cloud Point) dan Titik Tuang (Puor Point)
Titik kabut adalah temperatur saat bahan bakar mulai tampak berkeruh bagaikan kabut (berawan = cloudy). Hali ini terjadi karena munculnya kristal-kristal (padatan) di dalam bahan bakar. Meski bahan bakar masih dapat meng-alir pada suhu ini, keberadaan Kristal dalam bahan bakar dapat mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa dan injektor. Titik kabut dipengaruhi oleh bahan baku biodiesel.
Titik tuang adalah temperatur terendah yang masih memungkinkan bahan bakar masih dapat mengalir atau temperatur dimana bahan bakar mulai membeku atau mulai berhenti mengalir, di bawah titik tuang bahan bakar tidak dapat lagi mengalir karena terbentuknya kristal yang menyumbat aliran bahan bakar. Titik tuang ini depengaruhi oleh derajat
…………(2.2)
ketidakjenuhan (angka iodium), jika semakin tinggi ketidak jenuhan maka titik tuang akan semakin rendah dan juga dipengaruhi oleh panjangnya rantai karbon, jika semakin panjang rantai karbon maka titik tuang akan semakin tinggi.
2.11.4 Bilangan Iod
Bilangan Iod menunjukkan tingkat ketidak jenuhan atau banyaknya ikatan rangkap asam asam lemak penyusun biodiesel. Kandungan senyawa asam lemak takjenuh meningkatkan ferpormansi biodiesel pada temperatur rendah karena senyawa ini memiliki titik leleh (Melting Point) yang lebih rendah (Knote, G., 1997), sehingga berkorelasi terhadap clout point dan puor point yang rendah. Namun disilain banyaknya senyawa lemak tak jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi dengan oksigen di atmosfer.
Biodiesel dengan kandungan bilangan iod yang tinggi akan mengakibatkan tendensi polimerisasi dan pembentukan deposit pada injector noozle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran (Panjaitan, F., 2005).
Nilai maksimum harga angka Iod yang diperbolehkan untuk biodiesel yaitu 115 (g I2/100 g) berdasarkan Standart Biodiesel indonesia.
2.11.5 Kadar Air
Kadar air dalam minyak merupakan salah satu tolak ukur mutu minyak. Makin kecil kadar air dalam minyak maka mutunya makin baik, hal ini dapat memperkecil kemungkinan terjadinya reaksi hidrolisis yang dapat menyebabkan kenaikan kadar asam lemak bebas, kandungan air dalam bahan bakar dapat juga menyebabkan turunnya panas pembakaran, berbusa dan bersifat korosif jika bereaksi dengan sulfur karena akan membentuk asam.
2.11.6 Bilangan Cetana
Bilangan cetana menunjukkan seberapa cepat bahan bakar mesin diesel yang dapat diinjeksikan keruang bahan bakar agar terbakar secara spontan. Bilangan cetana dari minyak diesel konvensional dipengaruhi oleh struktur hidrokarbon penyusun. Semakin rendah bilangan cetana maka semakin rendah pula kualitas penyalaan karena memerlukan. suhu penyalaan yang lebih tinggi (Hendartono, T., 2005).
2.12. Persyaratan Kualitas Biodiesel
Tabel 2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI-04-7182-2006
Parameter dan Satuannya Batas Nilai Metode Uji Metode Setara
Massa jenis pada 40°C, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675
Viskositas kinematik pada 40°C, mm2/s (cSt) 2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104
Angka setana min. 51 ASTMD 613 ISO 5165
Titik nyala (mangkok tertutup),°C min. 100 ASTM D 93 ISO 2710
Titik kabut,°C maks. 18 ASTM D 2500 -
Korosi bilah tembaga (3 jam, 50°C) maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160 Residu karbon,%-berat,
- dalam contoh asli
- dalam 10% ampas distilasi
Maks. 0,05 (maks 0,03)
ASTM D 4530 ISO 10370
Air dan sedimen,%-vol. maks. 0,05 ASTM D 2709 -
Temperatur distilasi 90%, °C maks. 360 ASTM D 1160 -
Abu tersulfatkan,%-berat maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987
Belerang, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 prEN ISO 20884
Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03
Angka asam, mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03
Gliserol bebas,%-berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Gliserol total,%-berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03
Kadar ester alkil,%-berat min. 96,5 Dihitung*) FBI-A03-03
Angka iodium, g-I2/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03
Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03
Sumber : Forum Biodiesel Indonesia
2.13. Persyaratan Mutu Solar
Tabel 2.5. Persyaratan Mutu Solar
Sumber: www.pertamina.com
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik USU untuk Proses Transesterifikasi dan untuk Uji sifat Fisika dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan.
3.2. Proses Pembuatan Biodiesel 3.2.1. Alat dan Bahan
1. Alat yang Dibutuhkan a. Beaker Glass 250 ml b. Pipet Tetes
c. Autoclave (Reaktor) d. Hotplate Stirrer e. Magnetic Stirrer f. Corong Pisah g. Neraca Analitia h. Thermometer 1000C i. Indiator Universal
j. Labu Leher Tiga k. Kertas Saring l. Alat Vakum m. Thermostat n. Alat Destilasi
2 Bahan yang Dibutuhkan
a. Minyak Jarak Pagar b. Katalis PSS
c. Methanol Kering d. Eter
e. Aquadest
f. N-heksana (C6H14) g. Na2SO4 anhidrus
h. Aerosol i. Amoniak
3.3 Diagram Alir Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar
Gambar 3.1 Diagram Pembuatan FAME (Biodiesel) Dari Minyak Jarak Pagar Minyak jarak pagar
Yang sudah diketahui kandungan asam lemak Bebasnya 7,78 %
Larutan dicuci dengan aquadest
Larutan diektrksi dengan n-heksana
Larutan dinetralkan dengan amoniak
Ditambahkan katalis PSS Tabung reaktor
Transesterifikasi Metanol kering dan eter
Lapisan bawah Pemisahan lapisan
Lapisan atas
Lapisan didestilisasi Lapisan disaring Ditambahkan Na2SO4
anhidrous
Hasil (FAME murni) Larutan divakum dan hasilnya
ditimbang
Larutan diaduk dan dipanaskan hingga suhu tetap 1200C dalam waktu 6 jam
3.4 Prosedur Kerja
1. Reaksi transesterifikasi
a. Minyak Jarak Pagar dimasukkan kedalam reaktor steinless ALB 7,78 %, dengan tambahan 8 % katalis sulfonat polistirena (PSS), metanol 26 ml pada suhu 1200C dengan lama reaksi yang dilakukan adalah 6 jam.
b. Penentukan jumlah minyak jarak pagar, metanol, katalis PSS, eter dan aerosol.
Perbandingan molar minyak jarak pagar terhadap metanol 1 : 12 dan konsentrasi katalis PSS 8 %. Massa minyak jarak pagar ditimbang dengan neraca sebanyak 50 gr (0,053 mol), massa methanol 10,172 gr (0,318 mol), massa katalis PSS 8 %
= 50 gr, eter sebanyak 5 ml dan aerosol 0,5 gr. Kemudian bahan-bahan dimasukkan kedalam autoclave (reaktor), selanjutnya autoclave dipanaskan didalam oilbath pada suhu tetap 1200C dan diaduk dengan menggunakan hotplate stirrer selama 6 jam.
2. Proses penetralan
a. Setelah diaduk 6 jam, campuran dikeluarkan dari autoclave dan isinya dimasukkan kedalam gelas ukur, lalu pH campuran diukur dengan menggunakan kertas lakmus didapat pH = 2 (campuran bersifat asam).
b. Sifat asam ini harus dinetralkan dengan memasukkan larutan ammonium kedalam campuran diaduk hingga merata sehingga diperoleh pH campuran = 7, berarti reaksi sudah netral.
c. Setelah pH = 7 (netral), maka untuk memisahkan metil ester dari komponen- komponen lainnya, maka pada campuran diekstraksi dengan n-hexana. Maka terjadi dua lapisan yaitu lapisan atas dan bawah, kemudian lapisan bawah dipisahkan.
3. Proses pencucian
Kedalam reaksi dimasukkan aquades secukupnya, sehingga terjadi 2 lapisan yaitu lapisan atas merupakan metil ester (FAME) dan lapisan bawah merupakan gliserol ditambah air. Lapisan atas dan lapisan bawah dapat.
4. Proses pemisahan biodiesel dengan gliserol
a. Pada pemisahan, semuanya dimasukkan kedalam corong pisah lalu ditambah n- Hexana dengan tujuan agar zat-zat yang terlarut dan gliserol berpisah secara sempurna dengan biodiesel.
