PRODUKSI BIODIESEL DARI BIJI BUAH MANGROVE XYLOCARPUS
MOLUCCENSIS DENGAN PROSES 2-LANGKAH
Akhmad Dhika S. (2305 100 061), Ajeng Setio W. (2306 100 094) Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng.; Setiyo Gunawan, ST., PhD.
Laboratorium : Teknologi Biokimia Jurusan Teknik Kimia FTI ITS Surabaya PENDAHULUAN
Penelitian pembuatan biodiesel di Indonesia masih terfokus dari minyak kelapa sawit dan minyak jarak pagar. Secara geografis Indonesia memiliki potensi yang tinggi untuk menghasilkan sumber energi alternatif, yaitu dari bahan biji buah mangrove xylocarpus moluccensis.
Penelitian pembuatan biodiesel di Indonesia masih terfokus dari minyak kelapa sawit dan minyak jarak pagar. Lebih lanjut, secara geografis Indonesia memiliki potensi yang tinggi untuk menghasilkan sumber energi alternatif, diantaranya dari bahan biji buah xylocarpus molluccensis.
Sementara itu, menurut Noor dkk. (1999) Indonesia merupakan negara yang mempunyai luas hutan mangrove terluas di dunia dengan keragaman hayati terbesar di dunia dan struktur paling bervariasi di dunia. Menurut Gunarto (2004) luas hutan mangrove di Indonesia pada tahun 1999 diperkirakan mencapai 8,60 juta hektar, akan tetapi sekitar 5,30 juta hektar dalam keadaan rusak. Sedangkan data FAO (2007) luas hutan Mangrove di Indonesia pada tahun 2005 hanya mencapai 3.062.300 ha atau 19% dari luas hutan mangrove di dunia dan yang terbesar di dunia melebihi Australia (10%) dan Brazil (7%).
METODE PENELITIAN Persiapan bahan
Biji buah Xylocarpus moluccensis disuplai dari petani mangrove, buah yang berbentuk
seperti apel ini kemudian dikupas kulitnya, didalamnya biji buah dikupas dulu kulitnya, setelah itu biji buahnya dikeringkan dan dihaluskan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 80
oC sampai berat tetap. Bahan disimpan dalam refrigerator. Ekstraksi minyak mentah
Bahan (10 g) diletakan ke dalam kolom ekstraksi dan dibungkus dengan kertas saring agar tidak tumpah. Lipid murni diekstrak dari bahan menggunakan sokhlet ekstraksi dengan pelarut n-heksane teknis (350 mL) yang telah diletakan dalam labu 500 mL dengan stirer magnetik dan dipanaskan. Setelah ekstraksi selama 4 jam, proses dihentikan. Larutan yang berisi heksane dan minyak kemudian didistilasi sehingga didapatkan heksane kembali. Ekstrak minyak yang tertinggal, yang dinamakan sebagai minyak mentah (Crude Oil / CO) dianalisis dengan TLC dan titrasi (AOCS Ca 5a-40, 1997).
Konversi total minyak mentah ke FAME
CMO (1 g) dan larutan kalium hidroksida (10 mL, 2N) ditambahkan pada botol berukuran 50 mL dengan tutup karet. Botol tersebut kemudian dipanaskan pada suhu 60 oC
dengan strirer magnetik diputar di dalam botol sampai reaksi saponifikasi sempurna (24 jam). Heksane dimasukkan ke dalam campuran hasil saponifikasi untuk mengekstrak bahan yang tidak tersaponifikasi dan dianalisis dengan TLC. Heksane diambil dari botol dan campuran di bagian bawah yang berisi bahan yang tersaponifikasi diasamkan sampai pH=2 dengan menggunakan asam sulfat 1 M, dan reaksi sempurna sekitar 24 jam menghasilkan asam lemak (Fatty Acid) dan garam sulfat (K2SO4). Semua asam lemak diekstrak dari campuran tersebut
dengan menggunakan pelarut heksane berulang kali. Hasilnya dianalisis dengan TLC. Heksane kemudian diuapkan sehingga hanya tertinggal ekstrak heksane yang berisi asam lemak. Kemudian asam lemak dikonversi menjadi Fatty Acid Methyl Ester (FAME) dengan memanaskannya dalam 5%-v asam sulfat (H2SO4 95-97%) dalam metanol pada suhu 60 oC
selama 24 jam. Air digunakan untuk menghilangkan residu H2SO4 dan FAME dipisahkan
dengan ekstraksi menggunakan n-hexane-air. Heksane diambil dari botol dan diuapkan, sehingga tersisa produk berupa FAME. Produk dianalisis dengan TLC dan gas chromatography (GC).
Langkah produksi FAME (biodiesel)
Reaktor batch, dilengkapi strirer magnetik dan sistem kondenser dipakai pada penelitian ini. Pada tahap pertama yaitu esterifikasi bahan (1 g) dicampur dengan larutan yang disiapkan dari metanol (2 dan 5 mL) yang mengandung 1%-v asam sulfat 95-97% sebagai katalis asam. Campuran ditaruh dalam 350 mL reaktor batch pada suhu 60oC dan tekanan
atmosfir. Kondenser dipasang di atas reaktor dan air kran digunakan sebagai pendingin. Kondenser memastikan uap metanol terkondensasi dan kembali jatuh ke dalam reaktor. Strirer magnetik diputar di dalam reaktor dan reaksi berakhir pada waktu yang ditentukan yaitu 20 menit.
Selanjutnya dilakukan proses transesterifikasi dengan menambahkan 30% dan 50%-v kalium hidroksida 2N sebagai katalis basa. Suhu pada reaktor tetap yaitu 60oC dengan
variabel waktu 15 menit dan 30 menit.
Di dalam reaktor tersebut terjadi reaksi esterifikasi dan transesterifikasi, secara berturutan digunakan katalis asam yakni Asam Sulfat (H2SO4) sebesar 1 % dan katalis basa
yakni Kalium Hidroksida (KOH) sebesar 30 % dan 50 % dari volume minyak. Sedangkan rasio penambahan metanol terhadap minyak adalah 2mL dan 5mL per 1 g CMO.
Metanol berlebih yang ada di hasil reaksi diuapkan kemudian dilanjutkan dengan proses washing menggunakan n-heksane-air dengan volume 1:1. Heksane yang berisi FAME diambil dan diuapkan sehingga hanya tertinggal produk FAME. Produk dianalisis dengan TLC dan gas chromatography (GC).
Total yield = 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘 ,𝑔 𝑥 𝑘𝑎𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑚𝑢𝑟𝑛𝑖𝑎𝑛 𝐹𝐴𝑀𝐸 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑝𝑟𝑜 𝑑𝑢𝑘 ,%
𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐹𝐴𝑀𝐸 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑏𝑎 ℎ𝑎𝑛 ,𝑔 𝑥100% HASIL DAN PEMBAHASAN
Biji buah mangrove diharapkan dapat digunakan sebagai bahan baku yang murah untuk memproduksi biodiesel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui potensi produksi biodiesel dari biji buah mangrove Xylocarpus moluccensis dengan proses dua-langkah. Biji
buah mangrove yang digunakan adalah biji buah yang sudah tua, dihaluskan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 80 oC sampai massanya tetap. Kandungan air pada biji pada awalnya
64,28 % sedangkan setelah dipanaskan sampai suhu80 oC moisture content-nya menjadi 1,99
% dari berat biji. Setalah itu biji buah xylocarpus moluccensis yang telah dihaluskan
diekstraksi per 10 gram (menghasilkan 0.9789 g CMO) dengan menggunakan solvent
n-heksan teknis untuk diambil Crudenya dan dikumpulkan. Waktu yang digunakan untuk
ekstraksi adalah 4 jam(maulana dan anwar,2010). Dari 1 gram minyak mentah, hasil proses 2-langkah produksi biodiesel yang diperoleh dapat terkonversi menjadi FAME 0,3233 g (32,33%-berat).
Penentuan reaksi pembuatan biodiesel
Setelah dilakukan analisa kandungan FFA menggunakan titrasi dengan metode AOCS
Official Method Ca 5a-40, didapati bahwa kandungan FFA masih tinggi Yaitu 10.39 %
sehingga untuk melakukan transesterifikasi berkatalis basa tidak mungkin dilakukan (Joelianingsih dkk.2006). Selanjutnya perlu dilakukan esterifikasi terlebih dahulu untuk
mengkonversi FFA yang berada dalam minyak mentah untuk menjadi FAME selama 20 menit. Setelah itu dilakukan uji titrasi kembali menggunakan metode AOCS Official Method Ca
5a-40, dan hasilnya kandungan FFA berkurang sampai dibawah 5% yaitu 1.040%. Sehingga memungkinkan untuk dilakukan transesterifikasi basa terhadap kandungan Trigliserida yang terdapat pada minyak mentah.
Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak berkadar FFA tinggi (> 5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan bereaksi dengan katalis membentuk sabun, terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan untuk mengkonversi FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester.
Design expert 8
Analisa Hasil kemurnian
Dari respon 1 atau kemurnian dari sampel diperoleh normal plot dimana interaksi normal terhadap %-kemungkinan antara ABC, B, dan AC secara berurutan menunjukkan efek negatif dan C, A, AB, dan BC menunjukkan efek positif terhadap efek standarisasi. Yang berarti efek terhadap data kemurnian, harga ABC atau efek interaksi antara ketiga variabel terhadap kemurnian, B atau efek waktu reaksi terhadap kemurnian, dan AC atau efek interaksi antara methanol dengan KOH terhadap kemurnian menunjukkan efek negatif terhadap data kemurnian, sedangkan C atau efek KOH, A atau efek Methanol, AB atau efek interaksi antara methanol dan waktu reaksi, dan BC yaitu efek interaksi antara waktu reaksi dengan KOH menunjukkan efek positif terhadap data kemurnian. Ini juga menunjukkan bahwa ketika data positif, menujukkan bahwa plot C, A, AB dan BC menunjukkan kualitas data yang bagus, sehingga tidak ada alasan untuk mencurigai validasi data dari kesimpulan atau mendukung hasil analisa data oleh software design expert.
Kemudian dari Analysis of variance table atau ANOVA dengan menggunakan metode mean square diketahui bahwa p-value menunjukkan hubungan kemurnian terhadap variabel
percobaan, yang disini model menunjukkan hasil yang tidak signifikan terhadap respon kemurnian karena menunjukkan angka p-value >0.05, hal ini dikarenakan dalam pencucian atau ekstraksi methanol menggunakan heksan-air (v:v=1:1) belum dapat memurnikan kandungan biodiesel yang dihasilkan dalam percobaan sehingga di dalam kandungan biodiesel masih terdapat pengotor.(Douglas C. Montgomery,2001)
Analisa Hasil recovery
Dari respon 1 atau kemurnian dari sampel diperoleh normal plot dimana interaksi normal terhadap %-kemungkinan antara A, AC, dan ABC secara berurutan menunjukkan efek negatif dan B, AB, BC, dan C menunjukkan efek positif terhadap efek standarisasi. Yang berarti terhadap recovery, harga A atau efek Methanol, AC atau efek interaksi antara
methanol dengan KOH, dan ABC atau efek interaksi antara ketiga variabel menunjukkan efek negatif terhadap hasil recovery, sedangkan B atau efek waktu reaksi, AB atau efek interaksi
antara methanol dan waktu reaksi, dan BC yaitu efek interaksi antara waktu reaksi dengan KOH, C atau efek KOH menunjukkan efek positif terhadap data recovery. Ini juga
menunjukkan bahwa ketika data positif, menujukkan bahwa plot B, AB, BC dan C menunjukkan kualitas data yang bagus, sehingga tidak ada alasan untuk mencurigai validasi data dari kesimpulan atau mendukung hasil analisa data oleh software design expert. (Douglas C. Montgomery,2001)
Kemudian dari Analysis of variance table atau ANOVA dengan menggunakan metode mean square diketahui bahwa value menunjukkan hasil yang signifikan dimana harga
p-value dari model recovery secara model menunjukkan angka di bawah 0.05 yaitu 0.0097,
yang berarti secara umum faktor-faktor percobaan tersebut mempengaruhi hasil recovery dari
percobaan. Selain itu dari data menunjukkan bahwa waktu reaksi (B) memiliki harga p-value yang tidak signifikan dalam hasil, dengan harga P-value 0.6395, yang berarti waktu reaksi tidak memiliki pengaruh signifikan yang mempengaruhi hasil atau respon recovery biodiesel.
ketiganya atau A-B-C secara berturut-turut menunjukkan p-value 0.5078 dan 0.5387 yang menunjukkan pengaruh yang tidak signifikan terhadap respon recovery. Justru interaksi antara
A-C atau methanol-KOH dan B-C atau waktu reaksi-KOH yang menunjukkan p-value signifikan terhadap respon recovery yang berarti keduanya memiliki pengaruh signifikan
terhadap recovery. (Douglas C. Montgomery,2001) Optimisasi purity dan recovery
Dari software design expert 8 ini data-data yang telah diinputkan yaitu data-data
variabel percobaan dan hasil kemurnian serta recovery dari biodiesel dari biji buah mangrove xylocarpus moluccensis dengan proses 2-langkah ini dapat disimulsikan, yaitu jika dengan
harga variabel yang berupa Methanol, waktu reaksi, dan katalis basa (KOH) minimum ingin dihasilkan purity dan recovery maksimum maka didapati kemungkinan terbaik sebagai
berikut :
Methanol = 2mL; Waktu reaksi = 15 menit; KOH = 0.3%-berat CMO yang menghasilkan
purity 3,32% dan recovery sebesar 13,275% dengan desirability sebesar 0.781.
Bila diinginkan hasil maksimal seperti pada software design expert maka dalam
optimisasi data, data variabel methanol maksimal, waktu reaksi dalam range 15-30 min karena waktu tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap terhadap recovery dan KOH
berharga maksimal. (Douglas C. Montgomery,2001) Selanjutnya didapati :
Methanol 5 mL, waktu reaksi 30 min, dan KOH sebesar 0.5 g menghasilkan recovery sebesar
14,22 % dan purity sebesar 3.375%. KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Jenis mangrove xylocarpus moluccensis berpotensi menghasilkan biodiesel, buah
mangrove xylocarpus moluccensis tersebar di berbagai pulau di Indonesia, contohnya di
Pulau Jawa, Pesisir Pantai Timur, Sumatera Selatan dan Kalimantan sehingga sangat berpotensi menjadi alternative bahan baku pembuatan biodiesel.
2. Dari 1 gram crude mangrove oil menghasilkan 0,3233 gram biodiesel.
3. Dengan menggunakan software design expert 8 dengan menggunakan variabel methanol, waktu reaksi dan katalis KOH minimum dan mendapatkan purity dan recovery
maksimum, maka didapati kemungkinan terbaik Methanol = 2mL; Waktu reaksi = 15 menit; KOH = 0.3%-berat CMO yang menghasilkan purity 3,32% dan recovery sebesar
13,275% dengan desirability sebesar 0.781. DAFTAR PUSTAKA
Gerpen, J.V. dan G. Knothe. 2005. Basics of Transesterification Reaction. In : Knothe, G., J.V. Gerpen, dan J. Krahl, (ed). The Biodiesel Handbook. AOCS PRESS, Champaign, Illinois.
Goffman, F.D., Pinson S., and Bergman C. 2003. Genetic Diversity for Lipid Content and Fatty Acid Profile in Rice Bran. J. Am. Oil Chem. Soc., pp. 485-490.
Gunarto. 2004. Konservasi Mangrove Sebagai Pendukung Sumber Hayati Perikanan Pantai. Jurnal Litbang Pertanian, 23 (1). 15-21.
Gunawan, Setiyo., Syahrizal Maulana, Khairiel Anwar, Raden Darmawan, Tri Widjaja, and Achmad Roesyadi . 2010. Biodiesel Production from Rice Bran by in-situ Esterification: The Effect of Methanol Concentration and Reaction Time. ISFAChE 2010.
Gunawan, Setiyo., Syahrizal Maulana, Khairiel Anwar, Mulyanto, Arief Widjaja, and Tri Widjaja. 2010. The Effect of Acid Catalyst Concentration on The Purity and Yield of Biodiesel Produced from in-situ Esterification of Rice Bran. ISFAChE 2010.
Haryanto, Bode. 2002. Bahan Bakar Alternatif Biodiesel (Bagian I. Pengenalan). Sumatera Utara: Universitas Sumatera Utara.
Joelianingsih,, dkk. 2006. Perkembangan Proses Pembuatan Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Nabati (BBN). Jurnal Keteknikan Pertanian Vol. 20 No. 3 Desember 2006.
Mangrove Information Center (MIC). 2009. Xylocarpus Moluccensis. Bali: Denpasar. www.mangrovecentre.or.id. (Diakses 28 Juli 2010).
Maulana, Syahrizal dan Anwar, Khaeril. 2010. Alternatif pembuatan biodiesel daru dedak padi dan biji buah mangrove dengan proses in situ esterifikasi. Undergraduated final project-ITS.
Montgomery. Douglas C. 2001. Design and analysis of experiments, 5th ed. John Willey & Sons, Inc.
Plantamor:: situs dunia tumbuhan. Nyiri Batu (Xylocarpus Moluccensis). www.plantamor.com (Diakses 29 Juli 2010).
Rahmania, O. 2004. Transesterifikasi Minyak Dedak Padi Menjadi Biodiesel dengan Katalis Asam. Surabaya: Thesis Program Pasca Sarjana, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Sarin, Rakesh., Meeta Sharma, Arif Ali Khan. 2010. Terminalia belerica Roxb. Seed oil: A potential biodiesel resource. Bioresource technology vol.101 2010 page.1380-1384. Salunkhe, D.K., Chavan J.K., Adsule R.N., dan Kadam S.S. 1992. World Oilseeds:
Chemistry, Technology, and Utilization. New York: Van Nostrand Reinhold.
Shiu, P.J., Setiyo Gunawan, Wen-Hao Hsieh, Novy S. Kasim, Yi-Hsu Ju. 2010. Biodiesel production from rice bran by a two-step in-situ process. Bioresource Technology 101 (2010) 984–989.
Wetlands Iternational Indonesia Programme.
www.wetlands.or.id/mangrove.htm (Diakses 29 Juli 2010) Wildfactsheets website @ 2008.
www.wildsingapore.com/wildfacts/plants/mangrove/xylocarpus/moluccensis.htm. (diakses 20 desember 2010)
Zullaikah Siti, Chao-Chao Lai, Shaik Ramjan Vali, Yi Hsu-Ju. 2005. A two-step Acid-catalyzed process for the production of biodiesel from rice bran oil. Bioresource Technology. 96:1889-1896.
