PRODUKSI BIODIESEL DARI BIJI MALAPARI (Pongamia pinnata (L.) Pierre)

1

PRODUKSI BIODIESEL DARI BIJI MALAPARI (Pongamia pinnata (L.) Pierre)

Ni Luh Arpiwi

Jurusan Biologi, Fakultas MIPA Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran, Badung , 80361 Telp/Fax : 0361 701954 ext. 235/ 0361 703137, Email: niluharpiwi@ymail.com

Abstrak

Malapari (Pongamia pinnata (L.) Pierre) adalah tanaman penghasil minyak yang berpotensi sebagai bahan baku biodiesel. Tujuan penelitian ini adalah 1) untuk menemukan kombinasi jenis pelarut dan lamanya ekstraksi minyak yang menghasilkan rendemen tertinggi, 2) menguji efektivitas dua macam katalis untuk transesterifikasi dan 3) mengetahui komposisi metil ester asam lemak malapari. Sampel buah malapari diambil dari pantai Lovina dan Nusa Penida. Minyak diekstrak dari biji mengunakan 3 macam pelarut yaitu heksan, petroleum eter dan etanol yang dikombinasikan dengan 3 waktu ekstraksi yaitu 30, 60 dan 90 menit.

Pembuatan biodiesel menggunakan dua macam katalis, yaitu KOH dan abu sekam padi (ASP) dengan rasio metanol : minyak 6:1. Hasil menunjukkan bahwa ekstraksi menggunakan heksan selama 30 menit menghasilkan rendemen minyak tertinggi. Kandungan minyak sangat bervariasi untuk 30 sampel yaitu berkisar 26 – 32% Katalis KOH memberikan tingkat konversi lebih tinggi dibandingkan ASP. Kesimpulan penelitian ini adalah ekstraksi minyak dengan pelarut heksan selama 30 menit menghasilkan rendemen tertinggi. Produksi biodiesel menggunakan katalis KOH menghasilkan konversi yang lebih tinggi dari ASP.

Metil ester asam lemak dari minyak malapari didominasi oleh metil ester oleat.

Kata kunci : biodiesel, Pongamia pinnata, ekstraksi, katalis Abstracts

Malapari (Pongamia pinnata (L.) Pierre) is an oil-producing tree which is potential as a biodiesel feedstock.

The aims of this research are 1) to find the best combination between solvent and time of extraction that result in highest oil yield, 2) to test the effectivity of two catalysts for transesterification, and 3) to find out composition of fatty acid methyl ester of malapari. Fruit samples were taken from Lovina beach and Nusa Penida. Oil was extracted from seed using three solvents, namely hexan, petroleum eter and ethanol which were combined with three extraction time, namely 30, 60 and 90 minutes. Production of biodiesel used two kind of catalysts, namely KOH and rice hull ash (RHA) with metanol to oil ratio of 6:1. Results showed that oil extraction using hexan as a solvent for 30 minutes resulted in the highest oil yield. Production of biodiesel with KOH as a catalyst produced higher conversion of oil to biodiesel than RHA. Fatty acid methyl esters were dominated by oleic acid.

Key words : biodiesel, Pongamia pinnata, extraction, catalyst

Pendahuluan

Produksi minyak dunia mencapai puncaknya pada tahun 2006 yang kemudian terus mengalami penurunan. Penyusutan persediaan bahan bakar fosil yang diiringi dengan peningkatan permintaan menyebabkan meningkatnya harga bahan bakar minyak. Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan emisi gas rumah kaca yang berdampak pada pemanasan global. Hal ini menyebabkan terdorongnya pencarian sumber – sumber energi alternatif terbarukan yang ramah lingkungan di seluruh dunia. Biodiesel adalah salah satu bentuk energi terbarukan yang bisa menggantikan solar baik dalam bentuk murni ataupun campuran dengan solar. Selain itu biodiesel dapat diuraikan oleh lingkungan dan menghasilkan lebih sedikit emisi sehingga mengurangi dampak pemanasan global (International Energy Agency, 2011).

Pongamia pinnata (L.) Pierre adalah tanaman tahunan berbentuk pohon dari familia leguminosae yang menghasilkan minyak pada bijinya dengan kandungan beragam (Arpiwi, et al., 2013). Beberapa hasil penelitian di India menunjukkan bahwa kandungan minyak malapari berkisar 10 – 47% berat kering (Divakara et al., 2010; Kaushik et al.,2007; Mukta et al., 2009). Tingginya keragaman kandungan minyak tersebut sangat erat kaitannya dengan faktor genetik, lingkungan

2

dan interaksi keduanya. Kandungan minyak dalam biji merupakan salah satu parameter terpenting dalam produksi biodiesel. Langkah awal dalam pemilihan bahan baku biodiesel adalah ekstraksi minyak dan pengukuran kandungan minyak dari bahan baku yang digunakan.

Dalam proses ekstraksi minyak dari biji, banyaknya rendemen ditentukan pula oleh jenis pelarut yang digunakan dan lamanya waktu ekstraksi.

Ada beberapa jenis pelarut yang digunakan untuk ekstraksi minyak dari biji, misalnya heksan, petroleum eter, etanol, etil asetat dan isopropanol (Kesari et al., 2010; Wildan dkk., 2014). Waktu yang digunakan untuk ekstraksi juga beragam, misalnya 8 jam (Kaushik et al., 2007) dan 1 jam (Sunil et

al., 2009). Perbedaan waktu ekstraksi pada kedua penelitian tersebut disebabkan oleh

kondisi yang berbeda misalnya bobot sampel yang digunakan, volume pelarut dan suhu ekstraksi. Selama ini belum ada penelitian tentang kombinasi jenis pelarut dengan waktu ekstraksi untuk menghasilkan rendemen minyak tertinggi.

Jenis katalis menentukan persentase konversi (Sharma et al., 2008) sehingga penelitian mengenai jenis katalis merupakan salah satu prioritas penting. Ada dua macam katalis, yaitu katalis homogen dan heterogen. K

atalis homogen yang sering digunakan adalah katalis basa seperti kalium hidroksida (KOH). Bahan alami yang bisa digunakan sebagai katalis adalah abu sekam padi (ASP) yang belum dimanfaatkan secara optimal. Selain ketersediaannya melimpah, ASP juga mengandung situs – situs aktif basa yang berpotensi digunakan sebagai katalis. Kandungan bahan – bahan kimia pada abu sekam padi antara lain SiO

2,

Al

₂

O

₃

, Fe

₂

O

₃

, CaO, MgO, K

₂

O dan Na

₂

O (Folleto et al., 2006).

Komposisi metil ester asam lemak penyusun biodiesel perlu dianalisis karena hal tersebut mempengaruhi kualitas biodiesel. Komposisi metil ester mempengaruhi karakter fisikokimia biodiesel, diantaranya viskositas, titik didih, bilangan setana dan stabilitas oksidasi (Knothe, 2005).

Salah satu faktor yang berpengaruh terhadap komposisi metil ester biodiesel adalah bahan baku, dimana metil ester oleat merupkan metil ester ideal untuk kualitas biodiesel (Pinzi et al., 2009).

Tujuan penelitin ini adalah untuk menemukan kombinasi jenis pelarut dan lamanya ekstraksi minyak yang menghasilkan rendemen minyak tertinggi, untuk menguji efektivitas dua macam katalis untuk transesterifikasi, dan untuk mengethui komposisi metil ester asam lemak malapari.

Bahan dan Metode

Pengambilan Sampel

Buah malapari yang telah masak panen dipetik dari pohonnya di dua lokasi di Bali meliputi:

pantai Lovina, Desa Kalibukbuk, Kecamatan Banjar, Kabupaten Buleleng dan Desa Karangsari, Kecamatan Nusa Penida Kabupaten Klungkung, Bali. Tiap - tiap lokasi diambil dua puluh sampel

@ 2 kg kemudian buah dimasukkan dalam kantong plastik dan diberi label. Pohon yang disampel juga diberi label sehingga dapat diketahui asal pohon tiap -tiap sampel. Buah dikeringkan di bawah sinar matahari selama satu minggu.

Ekstraksi Minyak

Biji kering dihaluskan dengan menggunakan blender kemudian diayak supaya homogen.

Sebanyak 10 gram bubuk halus dikemas dalam thimble kemudian diletakkan dalam alat soxhlet.

Ujung alat soklet dihubungkan dengan labu didih yang diisi 170 ml salah satu pelarut (heksan, petroleum eter atau etanol). Alat soxhlet dihubungkan dengan pipa kondenser yang dialiri air masuk dan keluar, kemudian dipanaskan dengan mantel pemanas pada suhu 60^oC. Lamanya ekstraksi adalah 30, 60 dan 120 menit masing masing diulang 3 kali. Setelah waktu ekstraksi tercapai diperoleh minyak bercampur pelarut. Campuran tersebut dipisahkan dengan cara destilasi sehingga pelarut diperoleh kembali dan bisa digunakan untuk ekstraksi berikutnya. Banyaknya minyak yang dihasilkan (rendemen) dihitung dalam satuan persen (%) berat kering.

3

Pembuatan Katalis Abu Sekam Padi (ASP)

Produksi biodiesel diawali dengan penyiapan katalis abu sekam padi (ASP). Sekam padi yang diambil dari limbah penggilingan padi di Desa Batubulan, Gianyar dibersihkan dari tanah, kerikil dan kotoran lainnya, kemudian dicuci dengan air dan dibilas dengan akuades lalu dikeringkan pada suhu 110 - 120^oC dalam oven. Sekam padi bersih dan kering tersebut dibakar dalam nyala api hingga diperoleh arang sekam yang berwarna hitam. Arang tersebut diabukan (dikalsinasi) dalam tanur pada suhu 700^oC selama 4 jam. Abu sekam berwarna putih yang diperoleh, selanjutnya digerus dan diayak sehingga diperoleh abu yang lolos pada ayakan 250 μm.

Transesterifikasi Minyak Malapari

Biodiesel dibuat dengan reaksi transesterifikasi menggunakan ASP dan KOH sebagai katalis dengan rasio molar metanol : minyak adalah 6:1 dengan konsentrasi katalis 1% dari berat minyak.

Metoksida dibuat dengan mencampurkan KOH dengan metanol, yang ditampung dalam labu leher dua. Metoksida dalam labu leher dua dipanaskan dengan hot plate stirrer pada suhu 60^oC selama 15 menit. Minyak malapari ditambahkan ke dalam labu sambil terus dipanaskan, diaduk dan di reflux selama 90 menit (gambar 3). Campuran tersebut dimasukan dalam corong pisah pada suhu kamar dan setelah 8 jam terbentuk dua lapisan, yaitu lapisan atas berupa metil ester (biodiesel) dan lapisan bawah adalah gliserol. Kedua lapisan dipisahkan dan biodiesel yang terbentuk didestilasi pada suhu 65^oC untuk menghilangkan sisa metanol.

Analisis Metil Ester Asam Lemak dengan GC-MS

Komposisi metil ester asam lemak penyusun biodiesel dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrophotometry (GC-MS) menurut metode oleh Mukta et al. (2009).

Kolom yang digunakan adalah BPX 70 dengan ukuran panjang 50 m, diameter 0.22 mm dan ketebalan film 0.25 µm. Helium digunakan sebagai gas pembawa.Temperatur awal oven adalah 200^oC selama 15 menit kemudian ditingkatkan 5^oC secara bertahap sampai mencapai 220^oC Hasil

Ekstraksi dan Kandungan Minyak

Hasil uji statistik dengan menggunakan general linear model menunjukkan adanya interaksi yang signifikan (P<0,05) antara jenis pelarut dengan waktu ekstraksi (Tabel 1). Kombinasi pelarut heksan dengan waktu ekstraksi 30 menit menghasilkan rendemen tertinggi yaitu sebanyak 31,6%

(Tabel 2). Peningkatan waktu ekstraki menjadi 60 menit dengan pelarut yang sama menurunkan rendemen menjadi 23,0%. Demikian pula dengan peningkatan waktu menjadi 120 menit menurunkan rendemen menjadi 20,7%.

Kandungan minyak pada biji malapari yang diekstrak dengan heksan selama 30 menit disajikan pada tabel 3. Kandungan minyak seluruh sampel berkisar 26% - 32% dimana kandungan tertinggi berasal dari sampel pantai Lovina.

4

Tabel 1. Univariate analysis of variance menggunakan tiga macam pelarut (heksan, petroleum eter dan etanol) dan 3 waktu ekstraksi (30, 60 dan 120 menit)

Tests of Between-Subjects Effects Dependent Variable: Y

Source

Type III Sum

of Squares df Mean Square F Sig.

Corrected Model 594.741^a 8 74.343 20.482 .000

Intercept 11697.926 1 11697.926 3222.898 .000

Pelarut 299.185 2 149.593 41.214 .000

Waktu 243.852 2 121.926 33.592 .000

Pelarut * Waktu 51.704 4 12.926 3.561 .026

Error 65.333 18 3.630

Total 12358.000 27

Corrected Total 660.074 26 a. R Squared = .901 (Adjusted R Squared = .857)

Tabel 2. Rendemen minyak (%) yang dihasilkan dari penggunaan tiga pelarut (heksan, petroleum eter, etanol) yang dikombinasikan dengan waktu ekstraksi (30, 60 dan 120 menit)

Pelarut Waktu

Rendemen (%)

Standar deviasi

(SD) N

Heksan 30 31,6 1,52 3

60 23,0 1,73 3

120 20,7 1,15 3

Petroleum

eter 30 23,0 2,64 3

60 21,0 1,73 3

120 17,0 2,00 3

Etanol 30 19,3 1,15 3

60 17,3 3,21 3

120 14.00 0,57 3

Total 30 24,66 5,72 3

60 20,44 3,20 3

120 17,33 3,0 3

5

Tabel 3. Kandungan minyak dari 30 sampel yang diambil dari Pantai Lovina dan Nusa Penida Sampel Lokasi Kandungan minyak

(%) berat kering

1 Pantai Lovina 31

2 Pantai Lovina 32

3 Pantai Lovina 28

4 Pantai Lovina 29.5

5 Pantai Lovina 27.5

6 Pantai Lovina 29

7 Pantai Lovina 28

8 Pantai Lovina 30

9 Pantai Lovina 30

10 Pantai Lovina 32

11 Pantai Lovina 28

12 Pantai Lovina 29

13 Pantai Lovina 31

14 Pantai Lovina 30

15 Pantai Lovina 27

16 Pantai Lovina 28

17 Pantai Lovina 29

18 Pantai Lovina 26

19 Pantai Lovina 30

20 Pantai Lovina 29

Rata - rata 29.2

Standar Deviasi 1.60

21 Nusa Penida 28

22 Nusa Penida 28

23 Nusa Penida 27

24 Nusa Penida 28

25 Nusa Penida 29

26 Nusa Penida 27.5

27 Nusa Penida 28.5

28 Nusa Penida 29

29 Nusa Penida 27.8

30 Nusa Penida 28

Rata - rata 28.08

Standar Deviasi 0.59

Transesterifikasi

Transesterifikasi menggunakan katalis KOH dan ASP menghasilkan konversi yang berbeda nyata (P<0,05). Katalis KOH menghasilkan konversi minyak menjadi biodiesel sebanyak 90%

sedangkan ASP sebanyak 37%.

Komposisi Metil Ester Asam Lemak

Hasil analisis GC-MS menunjukkan bahwa biodiesel dari minyak malapari terdiri dari 10 jenis senyawa berupa metil ester asam lemak yang ditunjukkan oleh puncak – puncak spektra pada

6

kromatogram dengan waktu retensi yang berbeda – beda (Gambar 1). Komponen utama biodiesel dari minyak malapari adalah metil ester oleat (55,10%), diikuti oleh metil ester linoleat (14.48%) metil ester palmitat (9,44%), metil ester strearat (6,86%) dan metil ester lainnya masing - masing dibawah 5%.

Gambar 1. Kromatogram biodiesel hasil analisis GC-MS

Pembahasan

Penggunaan heksan, petroleum eter dan etanol didasarkan pada perbedaan polaritas ketiga pelarut tersebut. Kesesuain polaritas antara pelarut dan bahan yang dilarutkan mempengaruhi kemampuan pelarut dalam menarik bahan yang dilarutkan. Heksan adalah pelarut non-polar dan minyak adalah bahan non-polar juga sehingga penggunaan heksan menghasilkan rendemen tertinggi dibandingkan petroleum eter dan etanol. Hal yang sama juga dilaporkan oleh Wildan dkk.

(2014) yang mengesktrak minyak dari limbah padat biji karet menggunakan tiga macam pelarut, yaitu heksan, etil asetat dan etanol, dimana heksan menghasilkan rendemen terbanyak.

Katalis ASP menghasilkan konversi 37% sedangkan katalis KOH 90%. Rendahnya konversi minyak menjadi biodiesel oleh katalis ASP mungkin karena sifat fisikokimia situs aktif basa pada katalis tersebut tidak cukup untuk mempercepat laju reaksi transesterifikasi. Hal ini masih memerlukan pembuktian melalui penelitian lebih lanjut tentang sifat – sifat fisikokimia ASP, misalnya: porositas, konsentrasi situs aktif, luas permukaan dan kebasaan permukaan.

Katalis KOH merupakan katalis yang sangat efektif dan terbukti menghasilkan konversi minyak mejadi biodiesel sebanyak 90% pada penelitian ini. Menurut Srivastava dan Prasad (2000) KOH merupakan katalis basa homogen yang tidak memerlukan suhu dan tekanan tinggi dalam reaksi. Pada penelitian ini suhu yang digunakan untuk transesterifikasi relatif rendah, yaitu 60^oC.

Komponen utama biodiesel dari minyak malapari adalah metil ester oleat (55,10%), diikuti oleh metil ester linoleat (14.48%) metil ester palmitat (9,44%), metil ester strearat (6,86%) dan metil ester lainnya masing masing dibawah 5%. Menurut Pinzi et al. (2009) kandungan metil ester oleat yang tingi pada biodiesel mengindikasikan kualitas yang baik. Penelitian di India oleh Bala et al. (2011) juga melaporkan 10 macam asam lemak pada minyak malapari dimana asam oleat merupakan asam lemak terbanyak (52%) penyusun minyak tersebut. Keunggulan metil ester oleat sebagai komponen utama biodiesel adalah tahan terhadap oksidasi dan wujudnya cair pada suhu rendah sehingga bisa digunakan di negara – negara yang mengalami musim dingin (Knothe, 2005;

Moser, 2009).

7

Kesimpulan

Jenis pelarut heksan yang dikombinasikan dengan waktu ekstraksi selama 30 menit adalah kombinasi terbaik untuk ekstraksi minyak dari biji malapari. Katalis KOH menghasilkan konversi minyak menjadi biodiesel sebanyak 90% dan nilai ini lebih tinggi dari pada katalis ASP sebanyak 37%. Komposisi asam lemak biodiesel dari minyak malapari terdiri dari metil ester palmitat, stearat, oleat, linoleat, linolenat, arakhidat, 11-eikosanoat, behenat dan lignoserat dimana metil ester oleat merupakan komponen utama (52%).

Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terimakasih yang mendalam kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi atas dana hibah desentralisasi melalui Penelitian Hibah Bersaing yang diberikan sehingga penulis bisa menyelesaikan penelitian ini. Terimakasih juga penulis haturkan kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM) Universitas Udayana selaku pelaksana kegiatan penelitian Hibah Bersaing yang telah memfasilitasi komunikasi mulai dari pembuatan proposal, monev, pelaporan dan deseminasi melalui Seminar Nasional Sains dan Teknologi (SENASTEK) 2015. Semoga kerjasama yang harmonis ini tetap terjaga sehingga penelitian – penelitian di tahun yang akan datang dapat berjalan lancar.

Daftar Pustaka

Arpiwi, N.L., Yan,G., Barbour, E.L and Plummer, J.A. (2013) ‘Genetic Diversity, Seed Traits and Salinity Tolerance of Millettia pinnata (L.) Panigrahi, a Biodiesel Tree’, Genetic Resources & Crop Evolution, 60, pp.677–692.

Bala, M., Nag, T.N., Kumar, S., Vyas, M., Kumar, A. and Bhogal, N.S. (2011) ‘Proximate Composition and Fatty Acid Profile of Pongamia pinnata, a Potential Biodiesel Crop’, Journal of American Oil Chemistry Society, 88, pp. 559-562.

Divakara, B.N., Alur, A.S. and Tripati, S. (2010) ‘Genetic Variability and Relationship of Pod and Seed Traits in Pongamia pinnata (L.) Pierre., a Potential Agroforestry Tree’, International Journal of Plant Production, 4, pp. 129-141.

Folleto, E.L., Ederson, G., Leonardo, H.O. and Sergio, J. (2006) ‘Conversion of Rice Hull Ash Into Sodium Silicate’. Material Research, 9, pp. 335-338.

International Energy Agency. (2011). Renewable energy policy considerations for

deploying renewables. OECD/IEA: Paris.

Kaushik, N., Kumar, S., Kumar, K., Beniwal, R.S., Kaushik, N. and Roy, S. (2007) ‘Genetic Variability and Association Studies in Pod and Seed traits of Pongamia pinnata (L.) Pierre in Harayana, India’, Genetic Resources & Crop Evololution, 54, pp. 1827-1832.

Kesari, V., Das, A. and Rangan, L. (2010) ‘Physico-Chemical Characterization and Antimicrobial Activity from Seed Oil of Pongamia pinnata, a Potential Biofuel Crop’,

Biomass And Bioenergy, 34, pp. 108-115

Knothe, G. (2005) Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Process Technol, 86, pp. 1059-1070.

Moser, B.R. (2009) ‘Biodiesel Producton, Properties, and Feedstock’, In Vitro Cell Devision Biology Plant, 45, pp. 229-266.

Mukta, N., Murthy, I.Y.L.N. and Sripal, P. (2009) ‘Variability Assessment in Pongamia pinnata (L.) Pierre Germplasm for Biodiesel Traits’, Industrial Crops and Products, 29, pp. 536-540.

Sharma , Y.C., Singh, B. and Upadhyay, S.N. (2008) ‘Advancements in Development and Characterization of Biodiesel : a Review’, Fuel , 87, pp. 2355-2373.

Sunil, N., Kumar, V., Sivaraj, N., Lavanya, C., Prasad, R.B.N., Rao, B.V.S.K. and Varaprasad, K.S. (2009)

‘Variability and Divergence in Pongamia pinnata (L.) Pierre Germplasm – a Candidate Tree for Biodiesel’, GCB Bioenergy, 1, pp. 382-391.

Pinzi, S., Garcia, I.L., Lopez-Gimenez, F.J., de Castro, M.D.L., Dorado, G. and Dorado, M.P. (2009) ‘The Ideal Vegetable Oil-Based Biodiesel Composition: a Review of Social, Economical and Technical Implications’, Energy Fuel, 23, pp. 2325-2341.

8

Wildan, A., Hartati, I. dan Widayat. (2014) ‘Proses Ekstraksi Minyak dari Limbah Padat

Biji Karet Berbantu Gelombang Mikro’, Momentum, 10, pp. 1-5.