Pemanfaatan Abu Tulang Ayam sebagai Katalis Heterogen (CaO) dalam Proses Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Pelarut Metanol dari CPO

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Crude Palm Oil (CPO)

Minyak sawit mentah (CPO) adalah produk baku dasar yang diperoleh melalui ekstraksi buah kelapa sawit. Minyak kelapa sawit, sebagai minyak nabati. Minyak mentah ini tidak jarang digunakan sebagai bahan awal untuk produksi biodiesel karena tingginya kandungan asam lemak jenuh dan tak jenuh tunggal [8].

Crude Palm Oil (CPO) digunakan sebagai bahan baku industri untuk produksi

biodiesel karena merupakan produk dari pabrik penggilingan. Setelah proses penggilingan CPO termasuk minyak non-nabati karena memiliki kadar FFA tinggi dan memiliki kandungan impuritis. Oleh karena itu, CPO biasanya dikirim ke kilang untuk diproses dan dimurnikan secara lebih lanjut. CPO secara konvensional biasanya digunakan sebagai bahan baku untuk produksi biodiesel [9] memiliki beberapa properti seperti yang disajikan di tabel 1 dan komposisi CPO disajikan pada tabel 2.

Untuk mencapai konversi yang baik dari Mixed Crude Palm Oil (MCPO) atau campuran minyak sawit mentah ke ester, FFA tidak boleh melebihi 1 wt.%. Jika nilai asam melebihi level ini, maka minyak ini akan bereaksi dengan basa, untuk menghasilkan sabun (saponifikasi proses). Akibatnya, konversi ester akan menurun seiring dengan pembentukan sabun [10].

Perhitungan analisa FFA telah dilakukan menggunakan MPOB titration standard [45] yang dideskripsikan sebagai berikut,

FFA = , % (2.1)

Property Analysis Method Value Acid value (mgKOH/g) UNE-EN ISO 660:2000 21.45

Metals (mg/kg) ASTM DS185-05

Na 15.7

K n.d.

Mg 4.9

Ca 5.3

Phosporous (mg/kg) ASTM D5185-05 13.1

Fatty acid profile (wt) UNE-EN 5508-1996 and UNE-EN 5509-2000

Water (mg/kg) UNE-EN ISO 12937:2001 687

Unsaponifiables (wt%) Method reported by Plank 2.5 and Lorber, 1994

Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan dan alternatif yang diakui secara luas untuk mesin diesel yang memenuhi persyaratan pendaftaran US Environmental Protection Agency (EPA) untuk bahan bakar. Penggunaan dan produksi biodiesel Tabel 2.1 Properti dari CPO yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan FAME [17]

telah berkembang selama beberapa dekade terakhir ini dan itu diprogramkan untuk melanjutkan tren sebagai program pemerintah dan peraturan dengan mempromosikan penggunaan biofuel yang sedang meningkat di sektor transportasi untuk mengurangi emisi gas rumah kaca (dianggap siklus karbon lengkap) [12].

Transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewan dengan alkohol dengan adanya katalis adalah proses utama untuk produksi biodiesel [16]. Namun, biodiesel tidak kompetitif secara ekonomi dengan bahan bakar diesel fosil di pasar karena biayanya yang tinggi. Sebuah cara yang efektif untuk mengurangi biaya biodiesel yaitu dengan menggunakan bahan baku murah, seperti limbah minyak goreng dan nabati atau hewani sulingan minyak, tapi sebagai bahan baku minyak murah biasanya mengandung sejumlah besar kadar asam lemak bebas (FFA) [15]

Berdasarkan Artificial Neural Network (ANN) dan European Biodiesel Standards, terdapat beberapa standard kompisisi biodiesel yang disajikan di table berikut;

Input values Limit values Units

Ester Content 96,5 % [51]

Temperatur (T) 288.15-373.15 K

Composition of fatty acid 0-1 Mass Fraction (w) methyl ester (FAME)

Number of carbon atoms (NC) 9-25 Dimensionless Number of hydrogen atoms (NH) 18-50 Dimensionless

Output values

Density (ρ) 0.719-0.906 g/cm3

Dynamic viscosity (µ) 0.365-15.8 mPa s

Cetane number (CN) 20.4-87 Dimensionless

2.3 Transesterifikasi

Transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewan dengan alkohol dengan adanya katalis adalah proses utama untuk produksi biodiesel [16,25]. Adapun proses transesterifikasi secara umum dapat dilihat dalam gambar berikut:

Gambar 2.1 Skema proses transesterifikasi [22]

Proses transesterifikasi ini terdiri dari tiga urutan reaksi berturut-turut dan reversibel mengubah trigliserida menjadi digliserida, kemudian menjadi monogliserida, dan akhirnya menjadi gliserin dan metil ester asam lemak [24]. Minyak dari sumber nabati dapat dikonversi menjadi ester dari alkohol dengan reaksi transesterifikasi. Ester dari rantai pendek alkohol seperti metanol dan etanol dapat digunakan sebagai biodiesel [30].

(National Biodiesel Board) NBB mendeskripsikan keuntungan produksi biodiesesl dari segi produsen ialah yakni [31]:

• Produsen biodiesel sudah menyediakan bahan bakar yang sangat berkelanjutan, dan prinsip-prinsip ini lain cara kita memastikan bahwa, sebagai industri kita tumbuh, terus meningkatkan kualitas hidup, menjaga lingkungan, dan memperkuat ekonomi.

• Biodiesel meningkatkan kualitas udara, sifatnya dapat terbarukan, pembuatan biodiesel ini menciptakan lapangan pekerjaan masyarakat. The (National Biodiesel Board) NBB berkomitmen untuk menjaga biodiesel pada pemotongan-tepi keberlanjutan.

• Biodiesel memiliki "keseimbangan energi" yang sangat tinggi

Sayangnya, pemanfaatannya di transesterifikasi minyak nabati memiliki masalah besar karena membentuk sabun sebagai produk sampingan yang tidak diinginkan, di mana besar jumlah limbah yang dihasilkan, korosif, dan membutuhkan waktu lebih lama untuk proses pemisahan [29].

2.4 Katalis Heterogen CaO Tulang Ayam

Beberapa penelitian telah diteliti untuk memproduksi biodiesel dengan berbagai jenis minyak nabati, seperti minyak sawit, minyak kedelai, minyak rapeseed, minyak biji jarak dan minyak goreng, sebagai bahan baku oleh proses transesterifikasi. Proses transesterifikasi dikatalisasi oleh katalis homogen (asam atau basa), enzim, dan katalis heterogen (asam padat atau dasar yang kuat) [13].

Katalis heterogen memberikan keuntungan yang lebih seperti pemisahan katalis sederhana, konsumsi energi dan biaya yang sedikit, serta mudah dalam pemisahan dengan gliserol. Dengan demikian, katalisis heterogen dianggap sebagai proses yang ramah lingkungan. Namun demikian, katalis ini juga menimbulkan beberapa kelemahan seperti laju reaksi lambat, larut dalam metanol, dan peka terhadap kelembaban [14].

Menurut penenlitian Phirpinyo, P dkk (2006), untuk tulang hewan seperti sapi dan mamalia lainnya, kandungan kalsium dalam kisaran 37% w/w dan 35,6-36,3% w/w. Namun, kandungan kalsium dalam tulang masing-masing dapat bervariasi tergantung pada usia, jenis dan nutrisi makanan. Semua sampel kalsium terkandung dalam bentuk karbonat yang proses selanjutnya yang akan diubah menjadi CaO [20].

Katalis basa yang solid seperti zeolit, oksida transisi baris pertama logam seperti ZnO, CuO, polimer dasar dan senyawa kelompok IIA elemen, khususnya oksida dan karbonat seperti CaO, MgO, SrO, BaO, CaCO3, MgCO3, SrCO3 dan BaCO3 telah menarik perhatian sebagai katalis transesterifikasi heterogen [21].

Di antara oksida logam alkali tanah, adalah CaO yang paling banyak digunakan sebagai katalis untuk transesterifikasi dan laporan mengatakan setinggi 98% (Fatty Acid Metil Ester) FAME hasil yang mungkin selama siklus pertama reaksi [22].

Tulang ayam mengandung kalsium tinggi dan tersedia sebagai produk sampingan dari pemotongan ayam peliharaan. Perlakuan terhadap alkali ditemukan untuk menjadi yang terbaik dan paling murah cara untuk mempersiapkan ekstrak tulang ayam bubuk (BEP) dengan kualitas tinggi dan kalsium yang tepat [27].

Tabel 2.4 Komposisi Kalsium Dalam Bubuk Tulang Ayam [27] Calcium sources

Tracalcium Phosphate (CaP) 0.68 58.7 ± 2.1

Calcium Lactate (CaL) 1.81 _{45.3 ± 1.1}

Calcium citrate (CaCi) 2.89 _{47.6 ± 1.1}

Calcium lactogluconate _{10.00 39.5 ± 1.1}

(CaLG)

NB : setiap konten sudah terdapat 240 mg

2.5 Metanol

Metanol adalah cairan yang mudah menguap tidak berwarna dengan bau yang menyengat samar manis mirip dengan etil alkohol. Senyawa ini sepenuhnya larut dalam air. Uap metanol sedikit lebih berat daripada udara dan bisa bergerak atau berpindah dengan jarak tertentu ke sumber api. Akumulasi uap di ruang terbatas seperti gedung atau saluran pembuangan dapat meledak jika dinyalakan. Ada potensi untuk kontainer cairan pecah keras jika terkena api atau panas yang berlebihan untuk jangka waktu yang cukup. Metanol terdaftar sebagai "Poison-Class B". itu adalah berbahaya jika tertelan atau terserap melalui kulit. Menelan sesedikit saja menyebabkan cedera permanen pada sistem saraf, kebutaan, atau kematian. Jika kontak dengan mata dan iritasi sistem dan dapat menyebabkan iritasi kulit [34].

Metanol merupakan sebuah reaktan yang dipakai untuk pembuatan biodiesel dalam skala komersial, karena sifatnya yang murah secara umum. Namun, metanol mencakup sebagian besar dari harga keseluruhan proses transesterifikasi sebab pelarut ini dibutuhkan dalam jumlah yang besar pula. Sebagai tambahan, agen transesterifikasi ini hanya dapat diperoleh dari turunan bahan bakar fosil, seperti petroleum dan gas alam, sehingga membuat biodiesel tidak sepenuhnya membuat minyak yang daur ulang [19].