PENGARUH KATALIS CaO TERHADAP PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK JARAK
DENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI
Nurul Hidayat[1], Abdul Wahab[2], Ena Marlina[3] [1], [2], [3]
Program Studi Teknik Mesin Univesitas Islam Malang Jl. MT. Haryono 193 Malang 65144, Indonesia
ABSTRACK
The need for conventional fuel is increasing. This encourages the development of renewable fuels that can reduce the adverse effects of the combustion process. One substitute for conventional oil fuel is vegetable oil. Biodiesel fuel from vegetable oils in addition to renewable fuels does not have a negative impact on the environment. But fuel from vegetable oils still has a disadvantage when used as fuel, the viscosity in vegetable oils is much higher than diesel. In this study, researchers conducted experiments to determine the effect of certain treatments on other controlled conditions. And to obtain the optimum concentration of CaO catalyst percentage of 5%, 10% and 15% in the reaction of making castor oil biodiesel by transesterification. The results obtained in this study are the characteristics of castor oil indicating that the amount of CaO catalyst mixture can reduce the characteristic value of castor oil during the transesterification process.
Keywords: castor oil, CaO catalyst, characteristics of biodiesel.
PENDAHULUAN
Sejak beberapa tahun terakhir Indonesia mengalami penurunan produksi minyak nasional yang disebabkan menurunnya secara alamiah (natural decline) cadangan minyak pada sumur-sumur yang berproduksi. 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[1]. Produksi biodiesel yang dikembangkan saat ini umumnya dibuat dari minyak tumbuhan (minyak kedelai, minyak sawit mentah, minyak lobak), lemak hewani (lemak ayam, lemak babi), dan bahkan dari minyak goreng bekas. Untuk memproduksi biodiesel, proses reaksi yang digunakan diantaranya adalah transesterifikasi berkatalis basa (NaOH, KOH), esterifikasi berkatalis asam ( , HCI), dan metode supercritical. Proses biodiesel dengan metode dengan metode transesterifikasi berkatalis basa, baik natrium hidroksida maupun natrium metoksida, banyak digunakan secara komersial namun metode ini memiliki laju reaksi yang lambat dan ada kalanya reaksi berhenti sebelum terkonversi sempurna menjadi produk biodiesel[2,3,5].
Transesterifikasi dengan menambahkan
co-solvent menghasilkan kadar metil ester lebih tinggi dibandingkan metode konvensional. Kadar
metil ester tertinggi (98,42%) dicapai pada penambahan THF : metanol = 2:1, molar ratio CPO:metanol = 1:6 dan katalis NaOH 0,5% - berat. Penggunaan katalis NaOH 1,3% - berat memberi kadar metil ester lebih tinggi dibanding penggunaan katalis NaOH 0,5% - berat dengan kenaikan kadar metil ester sebesar 3-4%. Reaksi transesterifikasi dengan penambahan
co-solvent berlangsung lebih cepat dibandingkan reaksi konvensional. Untuk metode dengan penambahan co-solvent kadar metil ester telah mencampai 87,25%-berat dalam 2 menit reaksi sedangkan pada metode konvensional konversi metil ester hanya mencapai 43,30% untuk reaksi yang sama
Penelitian mengenai karakteristik bahan bakar telah banyak diteliti dengan berbagai metode, salah satunya adalah oleh Komariah et al. (2013) yang menggunakan metode pencampuran bahan bakar diesel dengan minyak kelapa sawit memperlihatkan semakin tinggi kandungan biodiesel sawit dalam campuran biodiesel-minyak solar mengakibatkan densitas dan viskositasnya meningkat, sebaliknya kadar air dan nilai kalor campuran cenderung makin rendah seiring dengan penambahan kandungan biodiesel.
Dalam penelitian ini, peneliti melakukan percobaan untuk mengetahui pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain kondisi yang terkendali. Serta untuk mendapatkan konsentrasi optimum prosentasi katalis CaO sebesar 5%, 10% dan 15% dalam reaksi pembuatan biodiesel minyak jarak dengan
proses transesterifkasi. Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini adalah karakteristik dari minyak jarak menunjukkan bahwa besarnya campuran katalis CaO dapat menurunkan nilai karakteristik minyak jarak pada saat proses transesterifikasi.
METODE PENELITIAN
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 1 adalah diagram alir proses penelitian. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik minyak jarak yang meliputi berat jenis, densitas, dan viskositas setelah penambahan variasi katalis CaO 5%, 10%, dan 15% dengan total pencampuran minyak jarak 100%
Instrumen yang di gunakan sebagai penunjang maupun proses pembuatan biodiesel metode katalis dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Gelas beker (Beaker Glass) :
Digunakan untu mengukur volume minyak yang akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. 2. Hotplate : Digunakan untuk
memanaskan campuran.
3. Magnetic Stirrer : Digunakan untuk menghomogenkan suatu larutan dengan pengadukan.
4. Timbangan digital : Digunakan untuk menimbang berat sempel penelitian.
5. Picnometer : Digunakan untuk mengukur massa jenis cairan.
6. Pipet : Digunakan untuk mengambil sempel penelitian untuk di masukan kedalam picnometer.
7. Corong pisah : Untuk memisahkan komponen dalam suatu campuran antara dua fase pelarut dengan densitas berbeda yang tidak tercampur.
8. Thermometer : Untuk mengukur suhu dalam percobaan.
Langkah-langkah penelitian di awali dengan pemilihan minyak jarak. Bahan baku yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah biji jarak yang sudah di keringkan dengan menggunakan oven, lalu biji dipisahkan dari kulit buah dan kulit biji, dan hasilnya adalah biji murni yang kemudian akan di pres menggunakan mesin pengepres. Saat biji di pres, biji tersebut dipanasi dengan suhu , sehingga minyak biji jarak keluar melalui pengaliran pada mesin pres tersebut. Minyak biji jarak yang keluar mengandung getah dan asam lemak bebas yang berkadar tinggi.
Selanjutnya pemilihan CaO. Kulit telur ayam di cuci sampai bersih dan di keringkan kemudian Kulit telur yang sudah kering, lalu dimasukkan kedalam oven dengan suhu selama 60 menit. Kulit telur yang sudah di panaskan kemudian di blander sampai halus. Kulit telur yang sudah di balnder kemudian di ayak untuk memperoleh butiran yang halus. Butiran yang halus di tanur/kalsinasi dengan suhu selama 120 menit dengan tujuan untuk menghilagkan kotoran-kotoran yang ada dalam kulit telur. Hasil tanur/kalsinasi lalu di tumbuk dengan tujuan menghancurkan gumpalan yang terbentuk saat proses tanur/kalsinasi.
Langkah setelah itu adalah proses transesterifikasi. Menyiapkan neraca timbangan untuk menimbang massa CaO. Katalis CaO ditumpu untuk menghaluskan butiran-butiran yang menggumpal. Setelah ditumpu, CaO disaring dengan ayakan teh untuk memisahkan
butiran-butiran yang lebih halus dengan yang kasar. Katalis CaO di timbang sesuai masing-masing perlakuan (5 gram, 10 gram dan 15 gram), dan di larutkan kedalam metanol yang akan di campurkan ketika proses pengadukan dengan berat methanol sebesar 600 ml. Menyiapkan gelas beker dengan ukuran 1000ml untuk wadah pencampuran. Menyiapkan
hotplate dan magnetic stirrer untuk proses pemanasan dan pengadukan. Panaskan
hotplate dengan suhu 65oC. Ambil minyak jarak dengan gelas ukur 100ml kemudian tuangkan bersamaan CaO (dengan variasi masing-masing perlakuan yang berbeda-beda yaitu 5gram, 10gram, dan 15gram) dan methanol kedalam gelas beker. Letakkan gelas beker diatas
hotplate yang sudah dipanaskan dengan suhu 65oC. Masukkan magnetic stirrer ke dalam gelas
beker. Putar magnetic stirrer dengan kecepatan putaran 200rpm. Menyiapkan thermometer untuk mengetahui suhu selama pengadukan.
Pengadukan tersebut dilakukan selama 120 menit. Setelah itu, campuran didingingkan, dan didiamkan selama 24 jam. Kemudian diodiesel terbentuk pada lapisan bagian atas dan gliserol pada lapisan bagian bawah lalu dipisahkan dengan corong pisah. Selanjutnya dilakukan proses pencucian biodiesel dengan mencampurkan aquades dan di aduk selama 15 menit dengan suhu 75 oC. Setalah itu pisahkan lagi antara biodiesel dengan aquades. Selanjutnya dilakukan proses pemurnian biodiesel dengan cara memasukkan biodiesel pada suhu 110oC hingga diperoleh berat yang konstan. Langkah tersebut dilakukan untuk variasi perlakuan sehingga diperoleh biodiesel
.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Variasi CaO terhadap Kadar Air
Gambar 2. Grafik Pengaruh Variasi CaO Terhadap Kadar Air Biodiesel
Terlihat pada gambar 2 pengaruh variasi Cao terhadap kadar air biodesel, ketika prosentasinya ditambahkan sampai 15% terlihat mengalami penurunan. Penurunan kadar air biodiesel ini disebabkan katalis CaO, yang semakin banyak penambahan prosentasinya maka semakin cepat proses pembakarannya, dan kadar air juga dipengaruhi adanya akumulasi air pada minyak jarak pada proses transesterifikasi. Penurunan kadar air ini dapat mendorong terjadinya proses hidrolisis antara trigliserida dan molekul air sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebas.
Jumlah katalis berpengaruh terhadap prosentase kadar air biodiesel. Kadar air tertinggi diperoleh pada penggunaan CaO 5% dengan persentase 0,1%. Penurunan kadar air biodiesel disebabkan adanya akumulasi air pada minyak jarak pada proses transesterifikasi. Peningkatan kadar air ini dapat mendorong terjadinya proses hidrolisis antara trigliserida dan molekul air sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebas. Serupa dengan pendapat Prihandana et al., 2006. Bila kadar airnya diatas ketentuan akan menyebabkan reaksi yang terjadi pada konversi minyak sempurna seperti terjadi reaksi penyabunan, sabun tersebut akan bereaksi dengan basa dan mengurangi efesiensi katalis.
Pengaruh Variasi CaO terhadap Berat Jenis
Gambar 3. Grafik Pengaruh Variasi CaO Terhadap Berat Jenis Biodiesel
Pada grafik 4.2 terlihat pengaruh variasi Cao terhadap berat jenis biodiesel, ketika penambahan prosentasinya sampai 15% terlihat mengalami penurunan, ini mengidentifikasikan 0.1 0.09 0.04 0 0.2 5% 10% 15% Kad ar Air (% )
Prosentase Katalis terhadap Minyak Jarak
Grafik Pengaruh Variasi CaO
terhadap Kadar Air
Biodiesel
0.9232 0.9172 0.9109 0.9 0.92 0.94 5% 10% 15% Be ra t Je n is (g/ m l)Prosentase Katalis terhadap Minyak Jarak
Grafik Pengaruh Variasi CaO
terhadap Berat Jenis
bahwa penambahan prosentasi katalis CaO dapat menurunkan berat jenis biodiesel, namun tidak begitu segnifikan. Mungkin pengaruh dari proses yang kurang sempurna. Hasil ini menunjukkan tidak sesuai standar yang ditentukan SNI No. 04-7182-2006.
Penggunaan variasi katalis CaO tidak terlalu berpengaruh terhadap berat jenis biodiesel. Berdasarkan data di atas tidak ada satupun yang sesuai dengan SNI No. 04-7182-2006 yang menyatakan bahwa berat jenis biodiesel adalah 0,85-0.89 g/mL. Hasil dari laboratorium berat jenis yang paling tinggi yaitu pada campuran katalis CaO 5% yaitu 0,9232g/mL, dan nilai terendah pada campuran katalis CaO 15% yaitu 0,9109 g/mL. Jika biodiesel mempunyai berat jenis lebih dari 0,9 g/ml kemungkinan hasil dari proses reaksi yang tidak sempurna.
Pengaruh Variasi CaO terhadap Viskositas
Gambar 3. Grafik Pengaruh Variasi CaO Terhadap Berat Jenis Biodiesel
Pada grafik 4.3 terlihat pengaruh variasi CaO terhadap viskositas biodiesel, ketika penambahan prosentasinya sampai 15% terlihat mengalami penurunan. Penambahan variasi CaO berpengaruh terhadap viskositas biodeiesel. CaO berperan sebagai pemercepat reaksi saat proses transesterifikasi Semakin tinggi variasi penambahan CaO maka nilai viskositas semakin rendah yang semakin baik untuk mesin karena tidak memberatkan beban pompa dan tidak menyebabkan pengkabutan.
Berdasarkan data di atas variasi CaO berpengaruh terhadap viskositas biodeiesel. CaO berperan sebagai pemercepat reaksi saat proses transesterifikasi Semakin tinggi variasi penambahan CaO maka nilai viskositas semakin
rendah yang semakin baik untuk mesin karena tidak memberatkan beban pompa dan tidak menyebabkan pengkabutan, tetapi apabila terlalu encer akan menyulitkan penyebaran bahan bakar sehingga sulit terbakar dan menyebabkan kebocoran dalam pipa. Kandungan viskositas biodiesel pada proses trasesterifikasi yang dilakukan sesuai dengan SNI No. 04-7182-2006, yaitu viskositas paling rendah terdapat pada penambahan campuran katalis CaO 15% dengan nilai 3,1440 cP, dan viskositas yang paling tinggi terdapat pada penambahan campuran katalis CaO 5% dengan nilai 4,8097 cP
Hasil Data Dari Keseluruhan Variasi CaO
Gambar 4 Grafik Data dari Keseluruhan
Variasi CaO
Terlihat pada grafik 4.4 pengaruh variasi CaO terhadap kadar air, berat jenis, dan viskositas biodesel, ketika prosentasinya ditambahkan sampai 15% terlihat semua hasil keseluruhan mengalami penurunan. Katalis CaO dalam hal ini dapat disimpulkan mempercepat semua proses transesterifikasi.
KESIMPULAN
1. Hasil pengamatan data terhadap karakteristik minyak jarak menunjukkan bahwa besarnya campuran katalis CaO dapat menurunkan nilai karakteristik minyak jarak pada saat proses transesterifikasi. 4.8097 3.763 3.144 0 5 10 5% 10% 15% Vis k o sitas ( cP )
Prosentase Katalis terhadap Minyak Jarak
Grafik Pengaruh Variasi
CaO terhadap Viskositas
Biodiesel
0.1 0.09 0.04 0.9232 0.9172 0.9109 4.8097 3.763 3.144 0 0.450.9 1.351.8 2.252.7 3.153.6 4.054.5 4.955.4 5.85 5% 10% 15%Grafik Hasil Data dari
Keseluruhan Variasi CaO
2. Hasil pengamatan data terhadap kadar air biodiesel menunjukkan campuran katalis CaO dengan variasi sebesar 15% telah memenuhi SNI (2006) dengan kadar air 0,04%.
3. Hasil pengamatan data terhadap berat jenis biodiesel menunjukkan campuran katalis CaO tidak terlalu berpengaruh secara segnifikan saat proses transesterifikasi.
4. Hasil pengamatan data terhadap viskositas biodiesel menunjukkan katalis CaO berpengaruh dan mampu menurunkan karakteristik viskositas minyak jarak yang mulanya 52,4806 cP menjadi 4,8097-3,1440 cP, dan telah memenuhi SNI (2006).
DAFTAR PUSTAKA
[1.] Zhang, Y., Dube, M. A., McLean, D. D. L., & Kates, M. (2003). Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment. Bioresource
technology, 89(1), 1-16.
[2.] Alamsyah, A. N. (2006). Mengenal Biodiesel Crude Palm Oil. Warta Pertamina Edisi No, 5
[3.] Baidawi, A., Latif, I., & Rachmaniah, O. (2008). Transesterifikasi dengan Co-Solvent sebagai salah satu alternatif Peningkatan Yield Metil Ester pada Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO). In Chemical National Seminar (Vol. 26).
[4.] Sari, T. I., Said, M., & Sari, A. K. (2011). Katalis Basa Heterogen Campuran CaO & SrO Pada Reaksi Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit.
[5.] Alamsyah, R., & Lubis, E. H. (2011). Esterifikasi-Transesterifikasi dan Karakterisasi Mutu Biodiesel Dari Biji Jarak Pagar (Jatropha Curcas Linn). Jurnal Kimia dan Kemasan, 33(1), 124-130.
[6.] Zhang, Y., Dube, M. A., McLean, D. D. L., & Kates, M. (2003). Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment. Bioresource
technology, 89(1), 1-16.
[7.] Mohadi, R., Lesbani, A., & Susie, Y. (2013). Preparasi dan Karakterisasi
Kalsium Oksida (CaO) dari Tulang Ayam. Chemistry Progress, 6(2).
[8.] An, X., Jimmy, C. Y., Wang, Y., Hu, Y., Yu, X., & Zhang, G. (2012). WO 3 nanorods/graphene nanocomposites for high-efficiency visible-light-driven photocatalysis and NO 2 gas sensing. Journal of Materials Chemistry, 22(17), 8525-8531.
[9.] Tiwari, A. K., Kumar, A., & Raheman, H. (2007). Biodiesel production from jatropha oil (Jatropha curcas) with high free fatty acids: an optimized
process. Biomass and bioenergy, 31(8), 569-575.
[10.] USU, D. T. P. (2005). Proses Pembuatan Minyak Jarak Sebagai Bahan Bakar Alternatif. Kerjasama Antara Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU dengan Balai Penelitian dan Pengembangan Propinsi Sumatera Utara Medan.
[11.] Prihandana, R., Hendroko, R., & Nuramin, M. (2006). Menghasilkan biodiesel murah. AgroMedia.
[12.] Dewi, D. C. (2015). Produksi Biodiesel dari Minyak Jarak (Ricinus communis) dengan Microwave (Doctoral dissertation, UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG).
[13.] APRIADI, M. A. (2014). KAPUR
TOHOR SEBAGAI KATALIS
PEMBUATAN BIODIESEL DARI
MINYAK JELANTAH (PENGARUH
JUMLAH KATALIS DAN
TEMPERATUR (Doctoral dissertation, Politeknik Negeri Sriwijaya).
[14.] Muyassaroh, M., Dwi Daryono, E., & Hudha, M. I. (2017). BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR DENGAN
VARIASI PENAMBAHAN
CO-SOLVENT DAN WAKTU
REAKSI. Biodisel dari Minyak jarak Pagar dengan Variasi Penambahan Co-Solvent dan Waktu Reaksi, 7(1).
