Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji Kapas dengan Menggunakan Metode Transesterifikasi

(1)

National Conference on

Chemical Engineering Science and Applications (ChESA) 2010

Banda Aceh, 22 Desember 2010 418

Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji Kapas dengan Menggunakan Metode Transesterifikasi

Farid Mulana^1*, Cut Aisyah Z. Jamil¹

1Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Unsyiah, Universitas Syiah Kuala Jl. Syech Abdurrauf No.7, Darussalam Banda Aceh

*E-mail: faridmln@yahoo.com

Abstrak

Penelitian yang menggunakan minyak biji kapas untuk menghasilkan biodiesel belum banyak dilakukan sebelumnya. Oleh karena itu dalam penelitian ini dipelajari bagaimana pengaruh temperatur reaksi, rasio minyak biji kapas terhadap metanol dan jumlah kalium hidroksida katalis terhadap proses pembuatan biodiesel. Pembuatan biodiesel dari bahan baku minyak kapas dilakukan dengan proses transesterifikasi dengan katalis basa pada tekanan atmosfir dalam suatu reaktor berpengaduk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biodiesel dapat dihasilkan dari minyak kapas melalui proses transesterifikasi pada temperatur dan tekanan rendah. Perolehan biodiesel yang maksimal dapat diperoleh pada perbandingan mol minyak biji kapas terhadap metanol sebesar 1:16 dengan konsentrasi katalis 1,25%. Karakteristik biodiesel yang dihasilkan hampir memenuhi karakteristik biodiesel menurut standar SNI.

Kata kunci: minyak biji kapas, biodiesel, transesterifikasi, metil ester

Abstract

The research that utilizes cotton seed oil to produce biodiesel is not conducted yet intensively. The purpose of this research is to study the effect of reaction temperature, ratio of cotton seed oil to methanol and the amount of kalium hydroxide catalyst toward biodiesel production process. The production of biodiesel of cotton seed oil can be conducted by transesterification process using base catalyst at atmospheric pressure in a stirred reactor. The results of research indicate that biodiesel can be produced from transesterification of cotton seed oil at low temperature and low pressure. The highest yield of biodiesel production was obtained at mole ratio of cotton seed oil to methanol as much as 1:16 with catalyst concentration of 1.25%. The characterization of produced biodiesel almost fulfills the characterization of biodiesel per SNI standard.

Keywords: cotton seed oil, biodiesel, transesterification, metyl ester

1. Pendahuluan

Konsumsi minyak solar dan diesel semakin meningkat, seiring dengan peningkatan penggunaan motor diesel di bidang transportasi dan industri. Hal tersebut telah menimbulkan beberapa masalah, antara lain meningkatnya pemakaian bahan bakar solar, yang selanjutnya menyebabkan menipisnya

(2)

cadangan minyak bumi. Jika dugaan cadangan minyak Indonesia habis pada tahun 2020 menjadi kenyataan, maka sumber-sumber bahan bakar alternatif yang potensial termasuk tanaman perlu dikembangkan (Balitro, 2002).

Minyak nabati merupakan salah satu sumber energi yang dapat diperbaharui, mempunyai potensi untuk mengatasi krisis bahan bakar mineral dan mengurangi kerusakan lingkungan serta dapat dihasilkan secara periodik dan mudah memproduksinya.

Penelitian tentang penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar motor diesel sudah dilakukan oleh beberapa peneliti terdahulu diantaranya : Rudolp Diesel (1900) menciptakan motor diesel yang bahan bakarnya menggunakan minyak kacang tanah. Namun penggunaan minyak nabati secara langsung sebagai bahan bakar motor diesel masih mengalami kendala karena viskositas minyak nabati lebih tinggi dibanding fraksi minyak bumi, karena adanya percabangan pada rantai karbonnya yang cenderung panjang. Beberapa minyak nabati seperti, minyak biji canola, minyak biji bunga matahari, minyak sawit, minyak kedelai, minyak jelantah dan lain-lain dapat digunakan sebagai bahan baku bidiesel (Prihandana dkk, 2006).

Penelitian yang memanfaatkan minyak biji kapas sebagai bahan bakar untuk menghasilkan biodiesel untuk menggantikan solar belum pernah dilakukan sebelumnya karena sampai saat ini biji kapas sebagai hasil samping dari produksi serat kapas masih belum dimanfaatkan secara maksimal. Minyak biji kapas merupakan minyak yang tidak tergolong minyak pangan sehingga pemanfaatannya sebagai bahan bakar dibandingkan dengan minyak nabati lain yang sebagian besar merupakan minyak pangan mempunyai resiko yang kecil terhadap gejolak yang terjadi pada masyarakat dan secara etis tidak berfungsi sebagai produk bahan pangan.

Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan proses alternatif menghasilkan biodiesel melalui proses transesterifikasi minyak biji kapas dengan katalis kalium hidroksida. Tujuan khusus yang ingin dicapai adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur reaksi, rasio minyak biji kapas terhadap methanol dan jumlah katalis kalium hidroksida terhadap proses produksi biodiesel.

Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bahwa biji kapas yang selama ini merupakan hasil samping yang belum sepenuhnya dimanfaatkan oleh masyarakat dapat menghasilkan biodiesel yang merupakan barang komersil bernilai lebih tinggi.

2. Metodelogi 2.1 Bahan dan Alat a. Bahan

Minyak biji kapas, Metanol, Asam Sulfat, Asam Klorida, Kalium Hidroksida, Indikator Phenolftalein, Kertas Saring, Aquadest dan N-heksana.

b. Alat

Reaktor Berpengaduk, Neraca Listrik, Buret, Oven, Desikator, Inkubator, Labu Erlenmeyer, Labu Ekstraksi, Labu Takar, Gelas Ukur, Penangas Air, Pendingin Beker gelas, Pipet Volume, Botol Timbang, Gelas Ukur dan Statip dan klem.

(3)

2.2 Prosedur Ektraksi

Tahap awal sebelum memperoleh biodiesel dari minyak biji kapas, yang dilakukan adalah proses ekstraksi biji kapas untuk memperoleh minyak biji kapas.

Biji kapas dihaluskan dengan blender kemudian dibungkus dengan kertas saring dan ditempatkan dalam soklet. Selanjutnya n-heksane sebanyak 300 ml dimasukkan ke dalam labu pemanas dan dilakukan proses pemisahan dengan cara ekstraksi sehingga minyak terpisah dari biji kapas (yang telah dihaluskan) serta terekstraksi ke dalam n-heksana. Minyak yang telah diekstraksi ke dalam n- heksana dipisahkan dengan cara distilasi (single effect rotary evaporator), sehingga diperoleh minyak biji kapas yang diinginkan dan pelarut yang dapat digunakan kembali.

2.3 Prosedur Produksi Biodiesel

Tiga proses dilakukan dalam memproduksi biodiesel yaitu (1) tahap transesterifikasi, (2) tahap pemisahan, dan (3) tahap pencucian. Setelah reaksi transesterifikasi selesai, produksi reaksi dipisahkan menjadi dua lapisan, yaitu produk ester (biodiesel) berada pada lapisan atas dan produk samping gliserol yang berada pada lapisan bawah. Sisa metanol terdistribusi pada kedua lapisan.

Setelah pemisahan, metanol yang terikut lapisan ester dicuci dengan air sehingga akhirnya diperoleh biodiesel.

2.4 Analisa Karakteristik Sampel 2.4.1 Densitas

Untuk perhitungannya digunakan rumus sebagai berikut:

2.4.2 Viskositas

Untuk menghitung viskositas minyak biji kapas dan biodiesel digunakan viscometer Ostwald. Percobaan ini diulang beberapa kali untuk mendapat data yang akurat.

2.4.3 Penentuan Bilangan Asam

Bilangan asam adalah ukuran dari jumlah asam lemak bebas, serta dihitung berdasarkan berat molekul asam lemak atau campuran asam lemak.

Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah milligram KOH 0,1 N yang digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1 gram minyak atau lemak.

2.4.4 Yield

Yield adalah perbandingan terhadap banyaknya biodiesel yang diperoleh dengan jumlah minyak biji kapas yang digunakan. Yield dapat dihitung dengan rumus:

Yield =

(4)

3. Hasil dan Pembahasan

3.1 Pengaruh Suhu dan Konsentrasi Katalis KOH pada Berbagai Perbandingan Mol Minyak Biji Kapas dengan Metanol

Suhu reaksi untuk menghasilkan biodiesel dicoba pada suhu 30, 40, 50, 60 dan 70ôC dengan waktu reaksi selama 90 menit. Gambar 3.1, Gambar 3.2 dan Gambar 3.3 menunjukkan bahwa biodiesel telah mulai dihasilkan pada suhu operasi 30ôC, namun yield yang diperoleh masih sedikit dibandingkan peroleh biodiesel pada suhu 40, 50, 60 dan 70ôC.

Laju reaksi cepat pada awal pereaksian, kemudian terjadi peningkatan laju reaksi yang tajam dan setelah mencapai kesetimbangan laju reaksinya cenderung konstan. Menurut Agarwal (2001), yang menyebabkan terjadinya laju reaksi cepat pada permulaan reaksi disebabkan karena pada awal reaksi trigliserida terlebih dahulu diubah menjadi digliserida dan kemudian digliserida diubah menjadi monogliserida. Energi aktivasi untuk pengubahan trigliserida menjadi digliserida dan dilanjutkan menjadi monogliserida nilainya lebih besar daripada pengubahan monogliserida menjadi gliserin dan metil ester. Dengan tingginya nilai energi aktivasi maka laju reaksinya menjadi cepat. Proses pembuatan biodiesel dari minyak biji kapas sudah dapat dihasilkan pada perbandingan mol minyak kapas terhadap metanol pada 1:12. Pada penelitian ini variasi perbandingan mol minyak biji kapas terhadap metanol yang divariasikan yaitu pada perbandingan 1:12, 1:14 dan 1:16.

Gambar 3.1 Perolehan biodiesel pada berbagai suhu dan konsentrasi katalis KOH pada perbandingan mol minyak biji kapas terhadap methanol 1:12.

(5)

Pada ketiga gambar tersebut terlihat bahwa perbandingan mol minyak biji kapas dengan metanol 1:16 merupakan perbandingan mol reaktan-reaktan yang baik untuk menghasilkan hasil biodiesel yang maksimum. Hal ini terjadi karena pada perbandingan mol minyak biji kapas terhadap metanol 1:16, volume metanolnya banyak sehingga kemungkinan terjadinya reaksi transesterifikasi antara minyak biji kapas dan metanol untuk menghasilkan metil ester lebih mudah terjadi, sehingga perolehan hasilnya menjadi maksimal. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak-balik. Sehingga untuk menggeser kesetimbangan ke arah produk maka perlu dinaikkan jumlah mol reaktannya yaitu jumlah metanolnya.

Sebagaimana diketahui bahwa katalis KOH dapat mempercepat pemutusan ikatan trigliserida menjadi metil ester walaupun pada temperatur dan tekanan rendah. Dari penelitian yang dilakukan, terlihat bahwa konsentrasi KOH yang tinggi sangat bagus untuk menghasilkan yield yang tinggi.

3.2 Karakteristik Biodiesel

Pada penelitian ini perolehan biodieselnya dibandingkan dengan standar biodiesel yang dikeluarkan oleh SNI-04-7182-2006, yang telah disahkan dan diterbitkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) tanggal 22 Februari 2006 (Soerawidjaja, 2006). Adapun karakteristik yang akan dibandingkan dengan standar biodiesel menurut SNI adalah densitas, viskositas, dan flash point. Data- data karakteristik biodiesel hasil penelitian dan standar SNI tersebut dapat dilihat pada Tabe1 3.1.

Tabel 3.1 Karakteristik biodiesel hasil penelitian dan standar SNI

No Jenis Pemeriksaan

Hasil Pemeriksaan

Standar SNI Metil Ester

1 Density at 15^oC gr/ml 0,9914 0,85-0,89

2 Flash Point P.M, CC, ^oF 190 > 100

3 Viscosity kinematic at 40^oC, Cst 5,30 2,3 – 6

4 Angka asam, mg-KOH/g 7,6 Maks 8

(6)

3.3 Analisa Kandungan Asam Lemak pada Biodiesel Minyak Biji Kapas

Gambar 3.4 Hasil analisa GC terhadap biodisel biji kapas

Dari hasil yang diperoleh menggunakan Gas Chromatografi untuk analisa biodiesel dari biji kapas rasio 1 :16 katalis 1,5% terkandung 33,73% asam palmitat, 16,57 % asam oleat dan selebihnya terdiri dari asam stearat dan asam linoleat.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian laboratorium dan pengolahan data terhadap biodiesel biji kapas, maka dapat diambil kesimpulan dan saran sebagai berikut : 4.1 Kesimpulan

1. Biodiesel dapat dihasilkan dari minyak kapas melalui proses transesterifikasi pada temperatur dan tekanan rendah.

2. Perolehan hasil biodiesel yang maksimal pada perbandingan mol minyak biji kapas terhadap metanol adalah 1:16.

3. Konsentrasi katalis mempengaruhi perolehan biodiesel. Konsentrasi katalis 1,25% menghasilkan yield biodiesel yang tinggi.

4. Karakteristik biodiesel yang dihasilkan hampir memenuhi karakteristik biodiesel menurut standar SNI.

Saran

Penelitian ini perlu dilanjutkan dengan menggunakan katalis-katalis lain yang akan mempercepat perolehan biodiesel.

(7)

Daftar Pustaka

Agarwal AK, Das LM., 2001, Biodiesel Development and Characterization for use as a Fuel in Compression Ignition Engines. Journal of Engineering for Gas Turbines & Power, 123, 440-447

Anonim, 2002, Biji Kapas Sumber Bahan Baku Minyak Diesel Nabati, WARTA Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat (BALITRO), Bogor

Korus, R.A., Hofmann, D.S., Bam, N., Peterson, C.L., dan Drown, D.C. 2001.

Transesterification process to manufacture ethyl ester of rape oil, Appl. Eng. in Agricul.

Ma, F., dan Hanna, M.A., 1999. Biodiesel production: a review, Biosource Tech.,70

Prihandana, R., Hendroko, R., dan Nuramin, M., 2006, Menghasilkan Biodiesel Murah, Agromedia Pustaka. Jakarta

Soerawidjaja, Tatang H.( 2006), “Fondasi-Fondasi Ilmiah dan Keteknikan dari Teknologi Pembuatan Biodiesel”. Handout Seminar Nasional

“Biodiesel Sebagai Energi Alternatif Masa Depan” UGM Yogyakarta Thoyib, S., 1992, Cara Menanam dan Mengolah Biji Kapas, Aneka Ilmu,

Semarang

Wang, Y., Ou, S., Liu, P., Xue, F., dan Tang, S., 2006 Comparison of two different processes to synthesize biodiesel by waste cooking oil. J of Molecular Catalysis A: Chemical, 252,107-112

Zheng, S., M. Kates, M.A. Dube , dan D.D. McLean, 2006, Acid-catalyzed production of biodiesel from waste frying oil, Biomass and Bioenergy, 30, 267-272

Zhang Y, Dube M.A., 2003, Biodiesel Production from waste cooking oil: 1 Process design and technological assessment. Bioresource Technology 28, 1-26

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)