BAB I PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang
Saat ini kebutuhan bahan bakar bagi penduduk di seluruh dunia semakin meningkat, sementara cadangan bahan bakar fosil semakin menipis. Oleh karena itu di banyak negara sudah mulai dilakukan uji coba dan pencarian alternatif bahan bakar yang terbarukan sebagai pengganti atau substitusi bahan bakar fosil.
Salah satu alternatif pengganti atau substitusi bahan bakar fosil adalah menggunakan minyak dari tumbuhan (nabati). Penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar telah diaplikasikan dalam berbagai bentuk, mulai dari minyak nabati murni tanpa modifikasi (biofuel) hingga dalam bentuk metyl atau etyl esternya (biodiesel) yang lebih mendekati karakteristik bahan bakar diesel umumnya. Biodiesel merupakan nama yang diberikan untuk bahan bakar mesin diesel yang berasal dari berbagai minyak tumbuhan atau lemak hewan, biasanya berupa metil ester atau etil ester dari asam lemak (fatty ester).
Berbagai sumber minyak dapat dijadikan sebagai bahan baku biodiesel, antara lain minyak kelapa (Coconut Oil), minyak sawit (CPO), minyak biji jarak (Jathrophacurcas), minyak kedelai, minyak canola (Rapeseed Oil), dan sebagainya. Di Indonesia saat ini sedang dikembangkan alternatif bahan bakar dari minyak biji jarak, minyak sawit (CPO), dan minyak kelapa. Selain itu juga dikembangkan bioetanol yang berasal dari pati ubi kayu.
Penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar mesin diesel sudah sejak lama dicobakan, bahkan penemu mesin diesel sendiri Rudolf Diesel tahun 1895 telah mencoba menggunakan minyak kacang tanah untuk menggerakkan mesin diesel, dan pada tahu 1900 sempat diperlihatkan pada Paris World Exhibition. Namun sampai meninggalnya Rudolf Diesel tahun 1913 visi pengembangan minyak nabati sebagai bahan bakar belum selesai. Seiring dengan perkembangan produksi minyak solar dengan harga yang lebih murah, pengembangan minyak nabati sempat terhenti. Pengembangan minyak nabati kembali marak pada pertengahan tahun 1970-an dan diuji cobakan secara langsung atau dalam bentuk
fatty ester (biodiesel) sebagai alternatif bahan bakar. Terutama di Jerman dan Austria, biodiesel diproduksi dari minyak rapeseed.
1. 2 Tujuan Praktikum
Tujuan dari praktikum bio energi ini adalah :
1. Mengetahui dan memahami proses pembuatan biodiesel menggunakan bahan minyak kelapa.
2. Mengamati perubahan fisik dan kimia minyak kelapa menjadi biodiesel. 3. Mengetahui properties dan uji kualitas biodiesel.
1. 3 Perumusan Masalah
Biodiesel merupakan bagian dari ruang lingkup bio energi. Dalam praktikum ini bagian yang dianalisa adalah proses pembuatan biodiesel dari minyak kelapa, dengan mengamati perubahan fisik dan kimia minyak kelapa beserta uji kualitas produk biodiesel minyak kelapa.
1. 4 Batasan Masalah
Dalam melakukan praktikum Rekayasa Bio Energi ini terdapat beberapa batasan yang diambil guna menjaga alur permasalahan utama agar tidak melenceng dari tujuan yang ada. Adapun batasan masalah yang digunakan antara lain :
1. Kondisi alat telah sesuai dengan standar yang ditetapkan.
2. Bahan dasar yang digunakan dalam praktikum adalah minyak kelapa murni (Virgin Coconut Oil).
3. Praktikum dilakukan pada temperatur ruangan.
1. 5 Manfaat Praktikum
Hasil praktikum ini diharapkan dapat memberi informasi tentang proses pembuatan biodiesel dan memberi masukan data tentang beberapa karakteristik dari biodiesel dengan bahan dasar minyak kelapa, serta dapat memotivasi berkembangnya penggunaan dan penelitian tentang biodiesel.
1. 6 Sistematika Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam mengerjakan laporan praktikum Rekayasa Bio Energi ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi uraian singkat mengenai latar belakang, perumusan masalah, tujuan, batasan masalah, manfaat praktikum dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang tinjauan pustaka yang berhubungan dan mendasari tentang pembuatan biodiesel.
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM
Bab ini berisi tentang metode praktikum, cara pengujian dan langkah proses pengambilan data yang dilakukan.
BAB IV ANALISA DATA
Bab ini menjelaskan hasil praktikum yang berupa perhitungan dan pembahasan dari fenomena hasil perhitungan.
BAB V PENUTUP
BAB II DASAR TEORI
Biodiesel adalah bahan bakar mesin/motor diesel yang terdiri atas ester alkil dari asam-asam lemak (Soerawidjaja,2006).Secara umum, biodiesel adalah bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkylesterdari rantai panjang asam lemak,yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar darimesindiesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayuratau lemak hewan. Campuran 20% biodiesel dapat digunakan pada hampir semua jenis mesin dan diesel. Penggunaan biodiesel pada mesin diesel akan mengurangi emisi hidrocarbon dan kemunculan gas SOx serta partikel padatan. Hal ini dikarenakan oksigen dalam biodieselakan membantu kesempurnaan pembakaran sehingga dihasilkan CO2.
Tabel 1. Persyaratan kualitas biodiesel ester alkil menurut SNI-04-7182-2006.
Biodiesel dibuat melalui suatu proses kimia yang disebut transesterifikasi dimana gliserin dipisahkan dari minyak nabati. Proses ini menghasilkan dua
produk yaitu metil esters (biodiesel)/mono-alkyl esters dan gliserin yang merupakan produk samping. Bahan baku utama untuk pembuatan biodiesel antara lain minyak nabati, lemak hewani, lemak bekas/lemak daur ulang. Semua bahan baku ini mengandung trigliserida, asam lemak bebas (ALB) dan zat-pencemar dimana tergantung pada pengolahan pendahuluan dari bahan baku tersebut. Sedangkan sebagai bahan baku penunjang yaitu alkohol. Pada ini pembuatan biodiesel dibutuhkan katalis untuk proses esterifikasi, katalis dibutuhkan karena alkohol larut dalam minyak. Minyak nabati kandungan asam lemak bebas lebih rendah dari pada lemak hewani, minyak nabati biasanya selain mengandung ALB juga mengandung phospholipids, phospholipids dapat dihilangkan pada proses degumming dan ALB dihilangkan pada proses refining. Minyak nabati yang digunakan dapat dalam bentuk minyak Produk biodiesel tergantung pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku seta pengolahan pendahuluan dari bahan baku tersebut.
Alkohol yang digunakan sebagai pereaksi untuk minyak nabati adalah methanol, namun dapat pula digunakan ethanol, isopropanol atau butyl, tetapi perlu diperhatikan juga kandungan air dalam alcohol tersebut. Bila kandungan air tinggi akan mempengaruhi hasil biodiesel kualitasnya rendah, karena kandungan sabun, ALB dan trig;iserida tinggi. Disamping itu hasil biodiesel juga dipengaruhi oleh tingginya suhu operasi proses produksi, lamanya waktu pencampuran atau kecepatan pencampuran alkohol.
Katalisator dibutuhkan pula guna meningkatkan daya larut pada saat reaksi berlangsung, umumnya katalis yang digunakan bersifat basa kuat yaitu NaOH atau KOH atau natrium metoksida. Katalis yang akan dipilih tergantung minyak nabati yang digunakan, apabila digunakan minyak mentah dengan kandungan ALB kurang dari 2 %, disamping terbentuk sabun dan juga gliserin. Katalis tersebut pada umumnya sangat higroskopis dan bereaksi membentuk larutan kimia yang akan dihancurkan oleh reaktan alkohol. Jika banyak air yang diserap oleh katalis maka kerja katalis kurang baik sehingga produk biodiesel kurang baik. Setelah reaksi selesai, katalis harus di netralkan dengan penambahan asam mineral kuat. Setelah biodiesel dicuci proses netralisasi juga dapat dilakukan
dengan penambahan air pencuci, HCl juga dapat dipakai untuk proses netralisasi katalis basa, bila digunakan asam phosphate akan menghasil pupuk phosphate (K3PO4) Proses dasar pembuatan biodiesel lihat Gambar 1. Proses transesterifikasi yang umum untuk membuat biodiesel dari minyak nabati (biolipid) ada tiga macam yaitu :
Transesterifikasi dengan Katalis Basa
Transesterifikasi dengan Katalis Asam Langsung
Konversi minyak/lemak nabati menjadi asam lemak dilanjutkan menjadi biodiesel
Gambar 1. Blok Diagram Proses Biodiesel
2.1 Karakteristik minyak biodiesel
Secara umum kualitas biodiesel ditentukan oleh empat faktor yaitu : 1. Kualitas bahan baku,
3. Proses produksi dan material yang digunakan adalam proses produksi, 4. Parameter (karakteristik) pasca produksi.
Proses pembuatan biodiesel sangat sensitive terhadap keberadaan air. Kandungan air dalam bahan baku dipersyaratkan tidak lebih dari 1%. Kandungan air yang tinggi menyebabkan terjadinya reaksi penyabunan. Bahan baku biodiesel juga harus difilter untuk memisahkan partikel agar tidak masuk ke dalam proses produksi. Filter 100 μm akan memberikan yang baik utuk menyaring bahan baku. Meskipun begitu biodiesel produk juga harus disaring menggunakan 5 μm.
1) Viskositas
Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi, biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Karakteristik ini sangat penting karena mempe-ngaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor.Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Viskositas yang lebih tingi akan membuat bahan bakar teratomisasi menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki kecenderungan untuk bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin. Hal ini menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit dan emisi mesin. Bahan bakar dengan viskositas lebih rendah memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran, sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan atau lubrikasi dari bahan bakar. Viskositas yang relatif tinggi mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik. Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat.
2) Angka Setana
Angka setana menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri (auto ignition). Skala untuk angka setana biasanya menggunakan referensi berupa campuran antara normal setana (C16H34) dengan alpha methyl naphtalene (C10H7CH3) atau dengan heptamethylnonane (C16H34).
Normal setana memiliki angka setana 100, alpha methyl naphtalene memiliki angka setana 0, dan heptamethylnonane memiliki angka setana 15. Angka setana suatu bahan bakar biasanya didefinisikan sebagai persentase volume dari normal setana dengan campurannya tersebut. Angka setana yang tinggi menunjukkan bahwa bahan bakar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah, dan sebaliknya angka setana rendah menunjukkan bahan bakar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi.
Penggunaan bahan bakar mesin diesel yang mempunyai angka setana yang tinggi dapat mencegah terjadinya knocking karena begitu bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder pembakaran maka bahan bakar akan langsung terbakar dan tidak terakumulasi.
3) Berat Jenis
Berat jenis menunjukkan perbandingan berat per satuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berat jenis bahan bakar diesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D287 atau ASTM D1298 dan mempunyai satuan kilogram per meter kubik (kg/m3).
4) Titik Tuang
Titik tuang adalah titik temperatur terendah dimana mulai terbentuk kristalkristal parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar. Titik tuang ini dipengaruhi oleh derajat ketidakjenuhan (angka iodium),semakin tinggi ketidakjenuhan maka titik tuang semakin rendah. Titik tuang juga dipengaruhi oleh panjang rantai karbon, semakin panjang rantai karbon maka semakin tinggi
titik tuang. Karakteristik ini ditentukan dengan mengguna-kan metoda ASTM D97.
5) Titik Nyala atau Titik Kilat (Flash Point)
Titik nyala adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat menyala. Hal ini berkaitan dengan keamanan dalam penyimpanan dan
penanganan bahan bakar.
6) Nilai Kalor Pembakaran
Nilai kalor pembakaran menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam tiap satuan massa bahan bakar. Nilai kalor dapat diukur dengan bomb kalorimeter kemudian dimasukkan dalam rumus
Nilai kalor H, C, dan O dinyatakan dalam persentase berat setiap unsur yang terkandung dalam satu kilogram bahan bakar.
7) Indeks Diesel
Indeks diesel adalah suatu parameter mutu penyalaan pada bahan bakar mesin diesel selain angka setana. Mutu penyalaan dari bahan bakar diesel dapat diartikan sebagai waktu yang diperlukan untuk bahan bakar agar dapat menyala di ruang pembakaran dan diukur setelah penyalaan terjadi. cara menentukkan indeks diesel dari suatu bahan bakar mesin diesel dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini
Dari rumus di atas dapat diketahui bahwa nilai indeks diesel dipengaruhi oleh titik anilin dan berat jenisnya.
8) Volatilitas
Volatilitas adalah sifat kecenderungan bahan bakar untuk berubah fasa menjadi fasa uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang rendah menandakan tingginya volatilitas.
a. Kadar Residu Karbon
Kadar residu karbon menunjukkan kadar fraksi hidrokarbon yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari range bahan bakar. Adanya fraksi hidrokarbon ini menyebabkan menumpuknya residu karbon dalam ruang pembakaran yang dapat mengurangi kinerja mesin. Pada temperatur tinggi deposit karbon ini dapat membara, sehingga menaikkan temperatur silinder pembakaran.
b. Kadar Air dan Sedimen
Pada negara yang mepunyai musim dingin kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk kristal yang dapat menyumbat aliran bahan bakar. Selain itu, keberadaan air dapat menyebabkan korosi dan pertumbuhan mikro organisme yang juga dapat menyumbat aliran bahan bakar. Sedimen dapat menyebabkan penyumbatan juga dan kerusakan mesin.
9) Titik Embun
Titik embun adalah suhu dimana mulai terlihatnya cahaya yang berwarna suram relatif terhadap cahaya sekitarnya pada permukaan minyak diesel dalam proses pendinginan. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metoda ASTM D97.
10) Kadar Sulfur
Kadar sulfur dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan pertama (straight-run) sangat bergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah. Pada umumnya, kadar sulfur dalam bahan bakar diesel adalah 50-60% dari kandungankandungan dalam minyak mentahnya.
Kandungan sulfur yang berlebihan dalam bahan bakar diesel dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran dan dapat
juga disebabkan karena keberadaan oksida belerang seperti SO2 dan SO3. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metode ASTM D1551.
11) Kadar air (Water Content)
Kadar air (Water Content) yang nilainya diatas ketentuan akan menyebabkan reaksi yang terjadi pada konversi minyak lemak tidak sempurna (terjadi penyabunan). Bisa juga terjadi pada hidrolisis pada biodiesel sehingga akan meningkatkan bilangan asam, menurunkan PH dan meningkatkan sifat korosif. Pada temperatur rendah, air dapat mendorong terjadinya pemisahan pada biodiesel murni dan dalam proses blending. Sementara itu, sedimen pada biodiesel dapat menyumbat dan merusak mesin.
12) Gliserol
Gliserol bebas (Free Gliserol) adalah gliserol yang hadir sebagai molekul gliserol dalam bahan bakar biodiesel. Gliserol bebas ada karena proses pemisahan antara ester dan gliserol yang tidak sempurna.
13) Gliserol Total
Gliserol Total (Total Gliserol) adalah jumlah gliserol bebas dan gliserol terikat. Gliserol terikat (bonded glycerol) adalah gliserol yang dalam bentuk molekul mono, di dan trigliserida.
14) Angka Asam Total (Total Acid Number)
Angka Asam Total (Total Acid Number) adalah banyaknya mili gram KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam – asam bebas di dalam satu gram contoh biodiesel. Angka asam yang tinggi merupakan indikator biodiesel masih mengandung asam lemak bebas, berarti biodiesel bersifat korosif dan dapat menimbulkan jelaga atau kerak di injektor mesin diesel.
15) Angka Penyabunan
Angka penyabunan (Saponification Number) adalah banyak mili gram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan satu gram contoh biodiesel.
16) Kadar Ester
Kadar ester (Ester Content) adalah banyak kadar ester dalam persentase pada satu sampel.
17) Angka iodium
Angka iodium adalah ukuran empirik banyaknya ikatan rangkap (dua) di dalam (asam-asam lemak penyusun) biodiesel dan dinyatakan dalam sentigram iodium yang diabsorpsi per gram contoh biodiesel (%-massa iodium terabsorpsi). Satu mol iodium terabsorpsi setara dengan satu mol ikatan rangkap (dua)
18) Uji Halphen
Pengujian untuk mengetahui asam lemak dengan gugus sikloprophenoid di dalam biodiesel.
2.2 Proses Pembuatan biodiesel
Proses pembuatan biodiesel merupakan reaksi alkoholis yang merupakan reaksi setimbang dengan kalor reaksi kecil. Metil ester dari minyak kelapa pagar dapat dihasilkan melalui transesterifikasi trigliserida dari minyak kelapa sehingga menghasilkan biodiesel (metil ester). Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol dari suatu ester denganalkohol, jadi mirip reaksi hidrolisis, tetapi bukan air untuk menghidrolisis tetapi alcohol sehingga dinamakan alkoholisis. Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan untuk menggeser reaksi ke kanan biasanya digunakan alkohol fraksi pendek dengan berlebih atau mengambil salah satu produk campuran, metanol sering digunakan karena lebih murah, boleh jadi dengan alkohol lain seperti etanol.
Bahan-bahan mentah pembuatan biodiesel menurut Mittelbach, 2004 adalah:
a. Trigliserida-trigliserida, yaitu komponen utama aneka lemak dan minyak-lemak, dan
b. Asam-asam lemak, yaitu produk samping industri pemulusan (refining) lemak dan minyak-lemak.
Trigliserida
Trigliserida adalah triester dari gliserol dengan asam-asam lemak, yaitu asam asam karboksilat beratom karbon 6 sampai dengan 30. Trigliserida banyak terkandung dalam minyak dan lemak. Trigliserida merupakan komponen terbesar penyusun minyak nabati. Selain trigliserida, terdapat juga monogliserida dan digliserida. Struktur molekul dari ketiga macam gliserid tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Struktur molekul monogliserida, digliserida, dan trigliserida
Asam Lemak Bebas
Asam lemak bebas adalah asam lemak yang terpisahkan dari trigliserida, digliserida, monogliserida, dan gliserin bebas. Hal ini dapat disebabkan oleh pemanasan dan terdapatnya air sehingga terjadi proses hidrolisis. Oksidasi juga dapat meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati.
Gambar 3. Struktur molekul asam lemak bebas
Tabel 2. Karakteristik biodiesel dari berbagai biji-biji dengan diesel minyak. KARAKTER SAWIT KELAPA KAPUK JARAK
KEPYAR KACANG-KACANGAN DIESEL Densitas 0,92 – 0,95 0,92 – 0,94 0,93 0,92 0,92 – 0,98 0,80 – 0,86 Visco. 20OC (cst) 88,6 51,9 -- 293 150 – 160 2 – 8 H. value (MJ/kg) 39,5 37,5 37 18.822 -- 45,2 Flame point C 314 270-300 -- 150 -- > 55 Cetane Number 42 -- -- 53,9 -- > 45 Melting point C 25 – 30 22 – 26 -- 17 -- -- Water cont. 0,1 < 0,25 -- < 0,25 -- < 0,2 Sulfur cont. -- -- -- -- -- < 0,3
Tabel 3. Beberapa sumber minyak nabati yang potensial sebagai bahan baku Biodiesel.
Langkah awal pembuatan biodiesel adalah pembuatan minyak nabati. Untuk biodiesel dari biji jarak minyak dapat diperoleh seperti pada diagram alir di bawah ini:
2.3 Tahapan reaksi dalam pembuatan biodiesel
1. Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 1200C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk yang ikut reaksi, harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu satu sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi, yaitu:
Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka asam = 5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterifikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu.
2. Transesterifikasi
Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/ pemasok gugus alkyl,
metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Jadi, di sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME). Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam lemak. Terdapat beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu :
a. Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi b. Memisahkan gliserol
c. Menurunkan temperatur reaksi (transesterifikasi merupakan reaksi eksoterm)
Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5%-b minyak nabati. Jumlah katalis yang efektif untuk reaksi adalah 0,5%-b minyak nabati untuk natrium metoksida dan 1%-b minyak nabati untuk natrium hidroksida
Tahap-tahap reaksi pembuatan biodiesel berasal dari minyak kelapa yang dihidrolisis dengan alkohol adalah sebagai berikut :
Minyak kelapa Alkali Gliserol MeOH Mixer Alkali MeOH MeOH Separator Metil Ester Crude M eO H re co ve ry to we r Kol o m Est er ifik as i Gliserin H2O
Diagram alir proses pembuatan biodiesel dalam industri adalah sebagai berikut :
Gambar 5. Diagram Alir Proses Pembuatan Biodiesel
Beberapa faktor utama yang mempengaruhi reaksi alkoholisis, terutama untuk meningkatkan hasil/rendamen adalah :
1. Waktu reaksi, makin panjang waktu reaksi, maka kesempatan molekul-molekul reaktan bertumbukan makin banyak sehingga konversi makin besar. Jika kesetimbangan reaksi telah tercapai, bertambahnya waktu reaksi tidak akan memperbesar hasil konversi.
2. Konsentrasi, kecepatan reaksi sebanding dengan konsentrasi reaktan. Yaitu rasio molar antara trigliserida dan alkohol, makin tinggi konsentrasi pereaksi, makin banyak pula kesempatan molekul reaktan untuk saling bertumbukan sehingga semakin tinggi pula keceaptan reaksinya.
3. Katalisator, katalis berfungsi mempercepat reaksi dengan menurunkan energi aktivasi, namun tidak mempengaruhi letak kesetimbangan. Katalis juga menyediakan situs-situs aktif tempat terjadinya reaksi. Katalis yang biasa
digunakan umumnya basa (NaOH, KOH), atau asam (HCl), natrium metilat, penukar ion zeolit, dll.
4. Kandungan air, dalam bahan baku.
5. Kandungan asam lemak bebas pada bahan baku (akan menghambat reaksi yang diharapkan).
6. Kandungan gliserol, pada bahan baku minyak, karena dapat menghambat reaksi akibat terjadi penggumpalan/emulsi.
7. Kandungan sabun, sama seperti kandungan gliserol jika bahan baku banyak mengandung gliserol dan sabun akan menghambat terbentuknya metil ester. 8. Temperatur, semakin tinggi temperatur, kecepatan reaksi makin meningkat. 9. Pengadukan, agar reaksi berjalan lebih cepat, diperlukan pencampuran
sebaik-baiknya dengan jalan pengadukan. Pengadukan mempengaruhi besarnya faktor frekuensi sehingga kecepatan reaksi akan bertambah besar. 10. Perbandingan reaksi, reaksi alkoholisis minyak nabati memerlukan alkohol
berlebih, selain untuk meningkatkan kosentrasi pereaktan, alkohol berfungsi sebagai pelarut terhadap minyak itu sendiri.
Gelatinisasi
Gelatin membentuk larutan koloid dengan air, sehingga secara teknologi, glatin adalah hidrokolid. Yang termasuk dalam hidrolkoloid selain gelatin adalah pectin, karaginan, gum arab, xanthan, guar gum, locust bean gum dan sebagainya.Hidrokoloid digunakan dalam industry pangan bukan karena nilai nutrisinya namun karena multifungsinya. Namun demikian, hidrokoloid tunggal tidak mampu memenuhi semua keinginan termasuk juga gelatin sehingga sering dipakai lebih dari satu hidrokoloid. Sifat fungsional dari gelatin dapat dibagi dalam dua kelompok. Pertama adalah sifat yang berkait dengan gelatinisasi yaitu: kekuatan gel, waktu gelatinisasi, suhu didih dan viskositas. Kedua yang berkait dengan sifat permukaan gelatin misalnya pembentukan dan stabilitas buih dan emulsi, sifat adesif dan ketidaklarutannya.
Sifat-sifat yang penting bagi gelatin adalah: 1) Sifat yang berkait dengan gelatinisasi:
Gel formation Texturizing Thickening Water binding
2) Pengaruh-pengaruh permukaan :
Emulsion formation and stabilization Protective colloid function
Foam formation and stabilization Film formation
Adhesion/cohesion
Pembentukan gel, viskositas dan tekstur adalah yang paling berkait dengan struktur, ukuran molekul dan suhu sistem. Gelatin adalah campuran polimer dengan panjang rantai yang berbeda-beda. Jadi, larutan yang sejati tidak terbentuk, jelasnya adalah sebagai larutan koloidal atau bentuk sol. Pada keadaan dingin, sol akan berubah menjadi gel dan dalam keadaan hangat akan kembali menjadi sol. Sifat dapat balik ini disebut proses gelatinisasi dan merupakan teknologi yang paling penting dari gelatin.
2.4 Analisis Biodiesel
Prinsip analisis biodiesel dapat dilakukan dengan pengujian secara asidimetri. Pengujian secara asidimetri dilakukan untuk menentukan bilangan asam, bilangan penyabunan, bilangan ester, asam lemak bebas, jumlah asam lemak total dan asam lemak yang terikat sebagai ester.
Bilangan asam adalah ukuran jumlah asam lemak bebas, dihitung berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam lemak. Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram KOH yang digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1 gram minyak atau lemak.
biodiesel gram KOH mg M N V 1 , 56 asam Bilangan Dengan :
V : volume KOH yang dibutuhkan pada titrasi (ml) N : normalitas KOH
M : berat sampel biodiesel (gram) 56,1 : berat molekul KOH
Bilangan penyabunan adalah jumlah alkali yang dibutuhkan untuk menyabunkan sejumlah contoh minyak. Bilangan penyabunan dinyatakan dengan jumlah miligram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan 1 gram minyak atau lemak. biodiesel gram KOH mg M N ) C B ( 1 , 56 penyabunan Bilangan Dengan :
B : volume HCl 0,5 pada titrasi blangko (ml) C : volume HCl 0,5 pada titrasi contoh (ml)
Bilangan ester adalah jumlah asam organik yang bersenyawa sebagai ester, dan mempunyai hubungan dengan bilangan asam dan bilangan penyabunan.
Bilangan ester (Ae) = [ Bilangan penyabunan (As) – Bilangan asam (Aa) ]
2.5 Metode Uji
Tabel 4 Metode uji mutu biodiesel ester alkil
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini sebagai berikut : Kompor elektrik
Labu reaksi 1 leher Labu reaksi 3 leher
Labu reaksi untuk pengendapan TImbangan elektrik
Alat ukur flash point
Toples kaca ( wadah penampung minyak ) Gelas ukur 100 ml dan 1000 ml
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini sebagai berikut : Minyak kelapa 1 liter
Methanol Asam phospat Katalis ( KOH )
3.2 Langkah percobaan dalam pembuatan biodiesel dari minyak kelapa 3.2.1 Proses Gelatinisasi
1. Bersihkan labu reaksi dengan menggunakan methanol 2. Tuang minyak kelapa kedalam gelas ukur sebanyak 700 ml 3. Siapkan labu reaksi diatas kompor elektrik
4. Tuang minyak kelapa ke dalam labu reaksi
5. Nyalakan kompor elektrik dan panaskan minyak kelapa sampai temperature 60 0 C
6. Setelah temperature mencapai 60 0 C, campur asam phospat sebanyak 8 % dari jumlah minyak kelapa
7. Panaskan sampai temperature 80 0 C selama 1 jam 8. Pindahkan minyak kelapa ke dalam labu pengendapan
9. Endapkan selama 1 jam, kemudian buang endapan dan ambil minyak kelapa
3.2.2 Proses Transesterifikasi
1. Tuangkan minyak kelapa hasil dari proses gelatinisasi ke dalam labu reaksi 3 leher sebanyak 350 ml
2. Panaskan minyak kelapa sampai pada temperature 55 0 C
3. Larutkan katalis pada ethanol dengan komposisi katalis sebanyak 5 % dari jumlah minyak kelapa dan 20 % methanol sebanyak 20 % dari jumlah minyak kelapa.
4. Kocok campuran katalis dengan methanol sampai tercampur dengan sempurna dan temperaturnya naik.
5. Setelah katalis tercampur sempurna dengan methanol, tuangkan kedalam minyak kelapa yang ada didalam labu 3 leher
Catatan : Temperatur campuran katalis dengan methanol tidak boleh lebih tinggi dari pada temperature minyak yang dipanaskan (55 0 C ) 6. Panaskan sampai pada temperature 70 0 C dan tunggu selama 1 jam 7. Setelah selesai dipanaskan, pindahkan minyak kelapa ke dalam labu
pengendapan selama 5 jam
8. Pisahkan minyak hasil transesterifikasi dan buang endapan.
3.2.3 Proses Saponifikasi
1. Tuangkan minyak kelapa hasil dari proses transesterifikasi ke dalam labu reaksi
2. Tuangkan aquades ke dalam labu reaksi dan campur dengan minyak kelapa
3. Kocok campuran tersebut dan endapkan selama beberapa saat 4. Buang busa yang timbul dari hasil kocokan tersebut.
6. Buang busa yang timbul dari hasil kocokan tersebut.
7. Kocok ulang campuran tersebut dan endapkan selama beberapa saat 8. Buang busa yang timbul dari hasil kocokan tersebut.
9. Pisahkan minyak hasil saponifikasi dan tuang kedalam labu reaksi 10. Panaskan sampai pada temperature 100 0C
3.2.4 Proses Uji Flash Point
1. Tuangkan minyak kelapa hasil dari proses saponifikasi kedalam alat uji flash point
2. Buka katup gas dan nyalakan nipel sampai nyala api terlihat stabil 3. Nyalakan heater dan panaskan sampai pada temperature 90 0 C 4. Setiap kenaikan temperature sebesar 5 0 C, buka katuip yang ada
pada alat uji flah point
5. Amati saat terjadi ledakan api
6. Catat temperature pada saat ledakan api
7. Pilih dan catat temperature pada saat terjadi ledakan yang paling besar
3.2.5 Proses Uji Densitas
1. Ukur dan catat berat tabung reaksi ukuran 100 ml
2. Tuangkan minyak kelapa sebesar 100 ml kedalam tabung reaksi 3. Ukur dan catat berat total antara tabung reaksi dengan minyak kelapa
100 ml
4. Hitung berat biodiesel dengan cara berat total ( berat tabung + minyak kelapa 100 ml ) dikurangi berat tabung
5. Hitung densitas dengan cara membagi hasil dari berat biodiesel dengan volume biodiesel ( 100 ml )
3.3. Flowchart Percobaan
3.3.1 Flowchart percobaan proses gelatinisasi
Siapkan alat dan bahan:
- Minyak kelapa - Kompor elektrik - Methanol - Labu reaksi - Asam phospat - Gelas ukur
-Bersihkan labu reaksi dengan methanol
Tuang minyak kelapa kedalam gelas ukur ( 700 ml )
Siapkan labu reaksi diatas kompor elektrik
Tuang minyak kelapa kedalam labu reaksi
Panaskan minyak kelapa sampai dengan suhu 600C
Campur asam phospat sebanyak 8 % dari jumlah minyak kelapa
A
Panaskan minyak kelapa sampai dengan suhu 800C selama 1 jam
Pindahkan minyak kelapa kedalam tabung pengendapan
Endapkan selama 1 jam
Pisahkan minyak kelapa dan buang endapan
3.3.2 Flowchart percobaan proses Transesterifikasi
Siapkan alat dan bahan:
- Minyak kelapa hasil dari gelatinisasi - Labu rekasi 3 leher
- Methanol - Katalis ( KOH )
Tuang minyak kedalam labu reaksi 3leher sebanyak 300ml
Panaskan minyak kelapa sampai dengan suhu 550C
Campur katalis dengan methanol
Kocok campuran katalis dengan methanol
Tuang methanol ke dalam minnyak kelapa
A
Apakah sudah tercampur sempurna dan temperaturnya naik
Ya
A
Panaskan minyak kelapa sampai dengan suhu 700C selama 1 jam
Endapkan selama 5 jam
Pisahkan minyak dengan endapan dan buang endapan
3.3.3 Flowchart percobaan proses Saponifikasi
Siapkan alat dan bahan:
- Minyak kelapa hasil transesterifikasi - Aquades
- Labu reaksi
Tuang minyak kelapa kedalam labu reaksi
Campur aquades kedalam minyak kelapa
Kocok campuran tersebut dan endapkan selama 5 menit
Buang busa hasil kocokan
Kocok campuran tersebut dan endapkan selama 5 menit
Buang busa hasil kocokan
A
Kocok campuran tersebut dan endapkan selama 5 menit
Buang busa hasil kocokan
Tuang minyak kelapa hasil kocokan kedalam labu reaksi
Panaskan minyak kelapa sampai dengan suhu 1000C
3.3.4 Flowchart percobaan proses uji flash point
Siapkan alat dan bahan:
- Minyak kelapa hasil dari saponifikasi - Heater
- Alat uji flash point
Buka katup gas dan nyalakan nipel
Panaskan sampai dengan suhu 900C
Catat data temperature setiap ledakan dan cari temperature saat ledakan paling besar
Selesai Apakah sudah terjadi
ledakan api
Ya
Tidak Apakah api terlihat stabil
atau tidak
Ya
Tidak
Setiap kenaikan temperature sebesar 50C buka katup flash point
3.3.5 Flowchart percobaan proses uji densitas
Siapkan alat dan bahan:
- Minyak kelapahasil saponifikasi 100ml - Labu reaksi 100ml
- Timbangan elektrik
-Timbang tabung reaksi dan catat data
Tuang minyak kelapa kedalam tabung reaksi
Timbang dan catat data
Hitung berat molekul ( berat total – berat labu reaksi )
Hitung densitas
( Berat biodiesel / volume biodiesel )
BAB IV
ANALISA PEMBAHASAN
Percobaan ini bertujuan untuk membuat biodiesel dari minyak nabati salah satunya adalah minyak kelapa, dengan proses gelatinisasi, transesterifikasi, dan saponofikasi. Dalam proses transesterifikasi senyawa trigliserida dalam minyak diubah menjadi alkali ester dan gliserol. Sedangkan pada proses saponofikasi, gliserol akan dieliminasi sehingga dihasilkan alkali ester.
Dalam percobaan ini digunakan 700 ml minyak kelapa untuk proses glatinisasi. Kemudian dari hasilnya diambil 350 ml untuk dilakukan proses transesterifikasi, dan setelah proses saponofikasi dihasilkan 220 ml biodiesel, sehingga %wt adalah:
Persentase ini tidak terlalu besar, hal ini dimungkinkan karena terlalu banyak yang berubah menjadi gliserol sehingga banyak yang tereliminasi pada saat proses saponofikasi atau dapat dikarenakan kandungan dari minyak kelapa terlalu sedikit. Setelah dilakukan proses tersebut dilakukan pengujian densitas dan flash point dan didadapatkan :
Properties SNI 04-7182-2006 Hasil Percobaan
Densitas 850-890 kg/m3 864.69
Flash point Min 100oC 100
Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa densitas dan Flash point dari hasil percobaan memenuhi Standard Nasional Indonesia sehingga hasil percobaan dapat digunakan untuk campuran dengan solar
BAB V KESIMPULAN
Dari percobaan dapat diketahui bahwa :
1. Proses Glatinifikasi digunakan untuk mengeliminasi pengotor pada bahan baku dengan menambahkan asam fosfat pada bahan baku
2. Proses Transesterifikasi digunakan untuk memecah senyawa trygliserida pada minyak nabati sehingga didapatkan senyawa alkali ester dan gliserol, dengan cara menambahkan methanol dan katalis (KOH).
3. Proses Saponofikasi digunakan untuk mengeliminasi gliserol, dengan menambahkan aquades yang akan mengikat gliserol.
4. Biodiesel yang dihasilkan memiliki densitas 864 kg/m3 dan temperature flash point pada 100oC. Dan bio diesel yang dihasilkan 63.85% dari bahan baku
LAMPIRAN
Alat dan Bahan
No Nama Gambar 1 Labu reaksi 3 leher 2 Labu reaksi 1 leher 3 Asam phospat, Methanol. Ethanol
4 Gelas Ukur 1000 ml 5 Gelas ukur 100 ml 6 Toples 7 Timbangan elektrik
8 Alat uji flash point
9 Kompor elektrik
10 Labu reaksi untuk pengendapan
11 Minyak kelapa 1000 ml
Proses Gelatinisasi Proses Pemanasan
Prose pengendapan
Proses Esterifikasi Proses Pemanasan
Proses Pengendapan
Proses Saponofikasi/ Pencucian Penambahan aquades
Proses Pengendapan
Proses Pemanasan
