OPTIMISASI TRANSESTERIFIKASI BIODIESEL KEPUH DAN ANALISIS MUTUNYA SELAMA PENYIMPANAN YOGIE SANTOSO

(1)

OPTIMISASI TRANSESTERIFIKASI BIODIESEL KEPUH

DAN ANALISIS MUTUNYA SELAMA PENYIMPANAN

YOGIE SANTOSO

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2010

(2)

ABSTRAK

YOGIE SANTOSO. Optimisasi Transesterifikasi Biodiesel Kepuh dan

Analisis Mutunya Selama Penyimpanan. Dibimbing oleh SUMINAR S. ACHMADI

dan SUDRADJAT.

Ketersediaan bahan bakar minyak semakin menipis, oleh sebab itu,

dibutuhkan bahan bakar alternatif. Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar

alternatif pengganti solar. Kepuh (Sterculia foetida) memiliki potensi yang besar

untuk dijadikan biodiesel karena inti bijinya memiliki kandungan minyak yang cukup

tinggi, yaitu sebesar 25%. Pada penelitian ini optimisasi transesterifikasi dilakukan

pada minyak kepuh dengan ragam konsentrasi metanol dan KOH, bilangan asam

minyak dan biodiesel kepuh dianalisis untuk mengevaluasi mutunya selama

penyimpanan. Dalam pembuatan biodiesel minyak biji kepuh, biodiesel dengan mutu

yang sesuai dengan SNI dihasilkan menggunakan metanol 20% dan KOH 1% dengan

nilai bilangan asam 0,36 mg KOH/g, viskositas kinematik sebesar 4,28 cSt, dan

densitas 880,7 kg/m

3

. Bilangan asam selama penyimpanan baik minyak mentah,

minyak bebas-gum, maupun biodiesel mengalami kenaikan yang signifikan terutama

pada penyimapan terbuka sehingga penyimpanan biodiesel dan minyak yang baik

adalah dalam wadah tertutup.

ABSTRACT

YOGIE SANTOSO. Transesterifrication Optimization of Sterculia foetida

Biodiesel and Its Quality During Storage. Supervised by SUMINAR S. ACHMADI

dan SUDRADJAT.

The availability of natural oil is decreasing rapidly. Therefore, alternative fuel

is needed. Biodiesel is one of alternative fuel which can replace diesel fuel. Kepuh

(Sterculia foetida) oil can be converted to biodiesel because the kernel of its seeds

contain more than 25% oil. In this study, transesterification optimization is done to

the oil of Kepuh under a variety of methanol and KOH concentration. The acid value

of the oil and the biodiesel were also analyzed during storage. The best quality of

biodiesel was prepared by using 20% methanol and 1% KOH with acid value at 0,36

mg KOH/g, kinematic viscosity at 4,28 cSt, and density at 880,7 kg/m

3

. The acid

value of raw oil, degummed oil, and biodiesel in the storage increased significantly

especially in the open storage therefore oil and biodiesel is better stored in closed

container.

(3)

OPTIMISASI TRANSESTERIFIKASI BIODIESEL KEPUH

DAN ANALISIS MUTUNYA SELAMA PENYIMPANAN

YOGIE SANTOSO

Skripsi

sebagai salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2009

(4)

Judul

: Optimisasi Transesterifikasi Biodiesel Kepuh dan Analisis

Mutunya Selama Penyimpanan

Nama

: Yogie Santoso

NIM

: G44050721

Menyetujui

Pembimbing I,

Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi

NIP 194804271976122.001

Pembimbing II,

Prof. Dr. Ir. H. Sudradjat, MSc

NIP 194805251975011.0001

Mengetahui,

Kepala Departemen

Tanggal Lulus:

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS

NIP

19501227 197603 2 002

(5)

PRAKATA

Bismillahirrahmaanirrahiim...

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala

rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juli hingga September 2009 di Laboratorium Kimia Organik Departemen Kimia, Laboratorium Oleokimia dan Energi Balai Litbang Hasil Hutan, serta Laboratorium Forensik Mabes Polri adalah

Optimisasi Transesterifikasi

Biodiesel Kepuh dan Analisis Mutunya Selama Penyimpanan

.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu

Prof. Dr. Ir. Suminar S. Achmadi

dan Bapak

Prof. Dr. Ir. H. Sudrajat, MS

selaku pembimbing, Bapak Djeni, Bapak Dadang atas bimbingan dan arahannya. Terima kasih yang tak terhingga kepada Papah, Mamah, dan adikku tercinta: Pungki Santoso serta Mutiara Uswah Hasanah yang selalu memberikan cinta, semangat, dorongan, bantuan materi, doa yang tulus, kesabaran, dan kasih sayang tiada henti.

Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Yenny, Bapak Sabur, mba Tuti dan ka Bekti serta seluruh staf Kimia Organik IPB atas fasilitas dan kemudahan yang diberikan; teman-teman di Lab Organik, Rita, Bayu Dwi, Akbar, civitas Kimia 42, Awah, Ired, Fajar, Hafidz, Dedeh, Savitri; keluarga besar BEM KM terutama Kementerian Budaya Olahraga dan Seni (BOS); serta teman-teman PPSDMS dan Yayasan Goodwill Internasional Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Desember 2009

Yogie Santoso

(6)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Subang pada tanggal 26 September 1987. Penulis

adalah anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Edi Santoso dan Yayah

Rokayah.

Penulis mengawali pendidikaan pada tahun 1993 di SD Karang Pawiatan

dan menyelesaikaan pendidikan SD pada tahun 1999, kemudian penulis

melanjutkan pendidikan ke SMP N I Ciasem (1999-2002). Penulis melanjutkan

pendidikan SMA di SMA N I Ciasem dan lulus pada tahun 2005. Pada tahun yang

sama, penulis menjadi mahasiswa Tingkat Persiapaan Bersama (TPB) Institiut

Pertanian Bogor (IPB). Setelah melalui TPB, penulis berhasil masuk Departemen

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Sejak tingkat

pertama penulis aktif dalam kegiatan-kegiatan kemahasiswaan, pada tingkat

pertama penulis telah menjadi staf Departemen Pengembangan Minat dan Bakat

Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) TPB, pada tahun kedua penulis aktif sebagai

wakil ketua himpunan profesi Ikatan Mahasiswa Kimia IPB (Imasika), ketua

Organisasi Mahasiswa Daerah Subang dan Staff Riset dan Edukasi Forum For

Scientific Student (Forces). Pada tahun ketiga penulis aktif sebagai Ketua Imasika

dan pada tahun keempat penulis diamanahkan sebagai Menteri Budaya, Olahraga,

dan Seni (BOS) Badan Eksekutif Mahasiswa Keluarga Mahasiswa (BEM KM)

IPB.

Selain aktif pada kegiatan kemahasiswaan, penulis juga aktif dalaam

kegiatan ilmiah, diantaranya adalah penulis pada tahun 2007 dapat menjuarai

Lomba Karya Tulis Mahasiswa Bidang IPA tingkat IPB dan lolos tingkat regional

II, finalis National Innovation Contest ITB, dan menjadi penyaji pada simposium

Internasional di Malaysia pada tahun 2008. Selama mengikuti perkuliahan penulis

juga aktif sebagai Asisten Praktikum Kimia TPB, Kimia Analitik II, Kimia

Polimer, dan Kimia Bahan Alam. Pada bulan Juli sampai dengan Agustus 2008,

penulis melaksanakan praktik lapangan di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi

(BB PADI) di Kabupaten Subang.

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... vii

PENDAHULUAN ... 1

BAHAN DAN LINGKUP KERJA

Alat dan Bahan ... 1

Lingkup Kerja ... 1

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pencirian Minyak Biji Kepuh ... 2

Bilangan Asam ... 3

Transesterifikasi Optimum Biodiesel Kepuh ... 4

SIMPULAN ... 6

SARAN ... 6

DAFTAR PUSTAKA ... 6

(8)

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Kandungan minyak biji kepuh dan kelapa sawit ... 3

2 Ciri fisikokimia minyak biji kepuh ... 3

3 Sifat-sifat biodiesel minyak biji kepuh ... 5

4 Perbandingan mutu biodiesel kepuh dan minyak nabati lainnya ... 5

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Biji kepuh kering ... 2

2 Perubahan bilangan asam minyak pada kondisi berbeda ... 4

3 Reaksi transesterifikasi minyak nabati ... 4

4 Perubahan bilangan asam biodiesel pada kondisi berbeda ... 5

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Bagan alir umum penelitian ... 9

2 Prosedur analisis parameter uji minyak biji kepuh biodiesel ... 10

3 Analisis fisikokimia minyak kepuh ... 11

4 Standar Nasional Indonesia ... 12

5 Data olahan statistik dengan metode ANOVA satu arah dan

uji lanjut Duncan... 13

6 Analisis bilangan asam minyak mentah, minyak bebas-gum, dan biodiesel

secara berkala ... 15

(9)

1

PENDAHULUAN

Peningkatan kebutuhan energi yang sangat tinggi dewasa ini mendorong industri-industri pengeboran dan pengolahan minyak untuk meningkatkan produksinya. Peningkatan ini akan terus terjadi setiap tahunnya seiring dengan pengembangan teknologi yang semakin maju dan jumlah penduduk yang semakin meningkat. Namun, energi yang tetap menjadi tumpuan pemenuhan kebutuhan tersebut merupakan energi tak-terbarukan, terutama minyak bumi. Hal ini berdampak besar bagi ketersediaan energi tersebut di masa depan. Oleh karena itu, penelitian mengenai energi alternatif yang terbarukan serta penerapannya berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir ini.

Biodiesel adalah suatu energi alternatif yang telah dikembangkan secara luas untuk mengurangi konsumsi minyak bumi saat ini. Biodiesel merupakan bahan bakar berupa metil ester asam lemak yang dihasilkan dari proses kimia antara minyak nabati dan alkohol. Sebagai bahan bakar, biodiesel mampu mengurangi emisi hidrokarbon tak terbakar, karbon monoksida, sulfat, hidrokarbon polisiklik aromatik, nitrat hidrokarbon polisiklik aromatik, dan partikel padatan sehingga biodiesel merupakan bahan bakar yang disukai disebabkan oleh sifatnya yang ramah lingkungan (Utami et al. 2007).

Faktor yang paling penting dalam pembuatan biodiesel adalah transesterifikasi. Transesterifikasi bertujuan memecah trigliserida minyak menjadi metil ester dan gliserol sebagai hasil samping. Transesterifikasi akan menurunkan bilangan asam sehingga diharapkan biodiesel yang dihasilkan memiliki bilangan asam yang rendah. Konsentrasi metanol dan katalis basa alkali (KOH atau NaOH) merupakan faktor penting yang menunjang transesterifikasi. Oleh karena itu, perlu dilakukan optimisasi untuk mendapatkan biodiesel dengan mutu terbaik dan sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI). Penyimpanan yang lama akan mengakibatkan mutu biodiesel menurun terutama bilangan asam. sehingga nilai bilangan asam harus dijaga agar biodiesel tersebut tidak rusak selama penyimpanan.

Di beberapa negara, biodiesel telah diproduksi dan dikonsumsi dalam jumlah banyak. Pada tahun 2008 produksi biodiesel Amerika Serikat mencapai 700 juta galon (NBB 2008). Sebagian besar bahan baku yang digunakan dalam produksi biodiesel di negara-negara tersebut adalah minyak kedelai,

minyak kanola, minyak kelapa sawit, dan minyak biji bunga matahari. Namun, penggunaan bahan baku tersebut menjadi kendala baru bagi pemenuhan kebutuhan pangan. Selain itu, minyak jarak yang telah dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut secara ekonomi belum layak untuk dikembangkan lebih lanjut dalam skala besar disebabkan oleh keberlangsungan bahan baku. Oleh karena itu, pencarian bahan baku biodiesel baru diperlukan untuk menutupi kekurangan-kekurangan tersebut.

Tumbuhan kepuh (Sterculia foetida)

memiliki potensi yang sangat besar untuk dijadikan biodiesel karena inti bijinya memiliki kandungan minyak yang cukup tinggi, yaitu sebesar 40% (Heyne 1987). Selain kandungan minyaknya yang cukup tinggi, minyak biji kepuh juga tidak digunakan sebagai bahan konsumsi seperti halnya minyak kedelai, minyak sawit dan minyak bunga matahari. Tumbuhan kepuh juga mampu tumbuh dengan mudah di lahan kritis dan termasuk tumbuhan yang dapat tumbuh dengan cepat serta tersebar di seluruh nusantara (Heyne 1987). Kelebihan-kelebihan tumbuhan kepuh tersebut merupakan pendorong dilakukannnya penelitian ini.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat analisis yang digunakan pada penelitian ini adalah kromatografi gas-spektrofotometer massa (GC-MS) Agilent

6890 N. Kondisi alat GC-MS menggunakan

fase gerak helium dengan kolom DB-5MS, suhu kolom, volume injeksi 1 µL, suhu injektor, detektor MSD, laju alir 28,6 mL/menit dan tekanan 0,66 psi.

Bahan penelitian ini adalah biji kepuh dari Balai Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Ciomas yang berasal dari daerah Purwokerto, Jawa Tengah.

Lingkup Kerja

Penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan kerja, yaitu ekstraksi dan analisis kandungan minyak biji kepuh serta pembuatan biodiesel. Bagan alir penelitian ditunjukkan dalam Lampiran 1.

(10)

2

Ekstraksi dan analisis kandungan minyak biji kepuh

Ekstraksi minyak

Biji kepuh dikukus selama 1 jam pada suhu 100 oC, lalu dikeringkan hingga kadar airnya di bawah 10%, kemudian digiling hingga halus untuk seterusnya ditekan dengan alat tekan non-kontinu dengan suhu 70 oC selama 1 jam. Penekanan dilakukan dua kali untuk menghasilkan rendemen yang sebanyak-banyaknya. Hasil minyak selanjutnya dicampur dan ditimbang untuk ditetapkan rendemen minyak totalnya.

Umur simpan dari minyak yang dihasilkan diamati dengan cara sejumlah minyak dipisahkan ke dalam dua wadah yang ditempatkan pada tempat terbuka dan tempat tertutup. Selanjutnya, kedua minyak tersebut dianalisis bilangan asamnya tiap minggu selama 5 minggu. Selain itu, kandungan minyak biji kepuh yang diperoleh dianalisis dengan GC-MS.

Pemurnian minyak

Minyak yang dihasilkan dimurnikan melalui proses degumming. Proses

degumming dilakukan untuk memisahkan

minyak dari kotoran-kotoran yang berupa gum, protein, fosfolipid, dan lain-lain. Minyak hasil tekan ditimbang sebanyak 1L kemudian dipanaskan hingga suhu 80 oC sambil diaduk. Larutan asam fosfat teknis ditambahkan sebanyak 0,3% (v/v) minyak dan pengadukan dilanjutkan selama 30 menit. Minyak dimasukkan ke dalam corong pisah dan dicuci dengan air hangat berkali-kali hingga pHnya netral. Analisis yang dilakukan adalah bilangan asam, kadar asam lemak bebas (FFA), kadar air, viskositas kinematik, dan densitas (Lampiran 2).

Umur simpan dari minyak hasil pemurnian dievaluasi dengan cara sejumlah minyak dipisahkan ke dalam dua wadah yang ditempatkan pada tempat terbuka dan tempat tertutup. Selanjutnya, kedua jenis minyak tersebut dianalisis bilangan asamnya tiap minggu selama 5 minggu.

Analisis kandungan minyak

Minyak mentah hasil tekan dianalisis kandungan asam lemak dan metil esternya dengan instrumen GC-MS di Pusat Laboratorium Forensik Markas Besar Polisi RI.

Pembuatan Biodiesel

Proses transesterfikasi dapat langsung dilakukan jika kadar asam lemak bebas (FFA) dalam minyak di bawah 5% (Gerpen 2005). Minyak sebanyak 100 mL dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan dipanaskan sambil diaduk dengan pengaduk magnetik hingga suhunya mencapai 60 oC. Setelah itu, sejumlah campuran metanol dengan KOH ditambahkan dan proses pemanasan dijaga pada suhu 60 oC selama 1 jam. Konsentrasi metanol yang ditambahkan pada minyak ialah 10, 15, dan 20% (v/v) minyak, KOH diragamkan sebanyak 0,5, 1, dan 1,5% (b/v) minyak.

Setelah tahap transesterifikasi, terbentuk dua fase, fase bawah merupakaan gliserol dan fase atas merupakan biodiesel dengan sisa metanol dan KOH. Gliserol dipisahkan dengan corong pisah sehingga diperoleh biodiesel kotor. Untuk mengurangi sisa katalis yang terkandung di dalam biodiesel, larutan asam asetat 0,01% (v/v) ditambahkan ke dalam biodiesel kotor dan dilanjutkan dengan pencucian menggunakan air hangat.

Analisis yang dilakukan adalah bilangan asam, viskositas kinematik, densitas, bilangan setana, kadar air, dan rendemen (Lampiran 2). Sejumlah biodiesel dengan nilai bilangan asam terendah dipisahkan ke dalam dua wadah yang masing-masing ditempatkan pada tempat terbuka dan tertutup untuk dianalisis bilangan asamnya setiap minggu selama 5 minggu.

HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri Minyak Biji Kepuh

Biji kepuh kering memiliki kulit yang cukup keras sehingga harus dihancurkan terlebih dahulu sebelum ditekan (Gambar 1). Rendemen minyak yang dihasilkan pada penelitian ini adalah 25,23%.

(11)

3

Tabel 1 menunjukkan kandungan minyak biji kepuh dan minyak kelapa sawit yang dianalisis menggunakan GC-MS. Analisis kandungan komponen penyusun minyak biji kepuh bertujuan mengevaluasi jenis asam lemak dominan dan komponen penyusun lain yang terkandung di dalamnya. Dari enam jenis asam lemak yang terkandung dalam minyak, kandungan asam lemak dominan adalah asam palmitat dan linoleat.

Keberadaan senyawa minor menyebabkan rendemen pada proses degumming menjadi rendah, yaitu sekitar 60% karena senyawa minor tersebut larut air pada saat pencucian. Komposisi komponen mayor minyak ini mirip dengan komposisi komponen mayor minyak kelapa sawit, yaitu didominasi oleh asam palmitat tetapi minyak biji kepuh tidak memiliki asam oleat. Oleh karena itu, minyak biji kepuh diperkirakan mampu dijadikan sebagai bahan baku biodiesel dengan sifat fisikokimia yang sama dengan biodiesel dari minyak kelapa sawit.

Tabel 1 Kandungan minyak mentah biji kepuh dan kelapa sawit

Nama Senyawa Komposisi asam lemak (%) Kepuh Minyak sawit* Asam Nonanoat, C9:0 1,11 - Asam Palmitat, C16:0 26,45 43,5 Asam Linoleat, C18:2 17,98 9,1 Asam Stearat, C18:0 3,34 4,3 Asam Miristat, C14:0 0,52 1,0 Asam Arakidat, C20:0 0,08 - Asam Oleat, C18:1 - 36,6 Skualena 2,21 - γ-Tokoferol 1,35 - Stigmasterol 3,65 - γ –Stigmasterol 10,14 - Stigmasta-5,24(28)-dien-3-ol 1,83 - Metil Ester Heksadekanoat 0,76 - α-Tokoferol 0,81 - Kompesterol 0,72 - *Sumber: Kent 11992

Jumlah total komposisi asam lemak dan komponen minor pada minyak biji kepuh hanya mencapai 71% karena ada sekitar 29% senyawa yang tidak teridentifikasi struktur kimianya oleh detektor GC-MS.

Analisis fisikokimia minyak biji kepuh dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat minyak biji kepuh yang digunakan dalam penelitian, meliputi rendemen, kadar air, bilangan asam, FFA, densitas, asam lemak bebas dan viskositas kinematik (Lampiran 3). Tabel 2 menunjukkan hasil pencirian dan sifat fisikokimia minyak biji kepuh.

Tabel 2 Ciri fisikokimia minyak biji kepuh Parameter Nilai Bilangan Asam (mg KOH/g minyak) 3,15 Kadar Asam Lemak Bebas, FFA (%) 2,01 Densitas (kg/m3) 922,80 Kadar Air (%) 0,31 Viskositas (cSt) 32,91

Bilangan asam adalah jumlah milligram KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan asam-asam lemak bebas dari 1 gram minyak atau lemak sedangkan asam lemak bebas (FFA) merupakan persentasi asam lemak bebas yang terdapat pada minyak. Kadar asam lemak bebas minyak biji kepuh sebesar 2,01%. Gerpen (2005) melaporkan bahwa minyak nabati dengan kadar asam lemak bebas di bawah 5% dapat langsung ditransesterifikasi tanpa harus melewati esterifikasi terlebih dahulu. Kandungan air dalam minyak ini cukup rendah. Hal ini menunjukkan bahwa minyak biji kepuh sangat baik untuk dikonversi menjadi biodiesel. Nilai kadar air minyak nabati yang disyaratkan oleh Ramadhas et al. (2005) adalah kurang dari 2%. Kandungan air yang tinggi dalam minyak nabati akan menyebabkan terjadinya hidrolisis yang akan menaikkan kadar asam lemak bebas dalam minyak nabati. Fukuda et al. (2001) melaporkan bahwa keberadaan air yang berlebihan dapat menyebabkan sebagian reaksi berubah menjadi reaksi saponifikasi antara asam lemak bebas hasil hidrolisis minyak dengan katalis basa yang akan menghasilkan sabun. Sabun akan mengurangi efisiensi katalis sehingga meningkatkan viskositas, terbentuk gel, dan menyulitkan pemisahan gliserol dengan metil ester.

Densitas merupakan salah satu faktor penting bagi biodiesel. Densitas merupakan massa per unit volume dari suatu cairan pada suhu tertentu. Densitas minyak dan biodiesel diperlukan untuk menentukan bilangan setana. Semakin rendah densitas maka bilangan setana akan semakin tinggi (Srivastava dan Prasad 2000).

Minyak nabati yang boleh digunakan untuk mesin diesel harus memiliki viskositas kinematik di bawah 77,66 cSt (Gubitz et al.

(12)

4

1999). Dengan demikian, minyak ini sudah sesuai dengan persyaratan yang harus dipenuhi. Viskositas merupakan parameter yang penting untuk diketahui. Soerawidjaja et

al. (2005) melaporkan bahwa viskositas

berpengaruh secara langsung pada pola semburan di bilik pembakaran serhingga berpengaruh juga pada atomisasi bahan bakar, efisiensi pembakaran, dan faktor ekonomi lainnya.

Bilangan Asam

Bilangan asam pada minyak mentah penting dianalisis karena walaupun bilangan asam pada minyak dan biodiesel kepuh sudah rendah, tetapi masih ada kemungkinan terbentuknya asam-asam rantai pendek akibat dari proses oksidasi hasil dekomposisi senyawa peroksida dan hidroperoksida. Hal ini tentu saja memengaruhi penyimpanan sehingga pada akhirnya menurunkan mutu biodiesel.

Hasil perubahan bilangan asam minyak biji kepuh selama 5 minggu dalam ruang terbuka dan tertutup ditunjukkan Gambar 2. Bilangan asam minyak yang disimpan pada tempat terbuka cenderung naik secara signifikan. Hal ini disebabkan oksidasi pada minyak dapat dipercepat oleh keberadaan cahaya, faktor lainnya yang memengaruhi stabilitas minyak di antaranya adalah keberadaan udara, panas, unsur logam, peroksida, dan keberadaan ikatan rangkap (Knothe et al. 2005). Nilai bilangan asam tertinggi terdapat pada sampel minyak bebas-gum pada kondisi terbuka, yaitu 4,90 mg KOH/g.

Transesterifikasi Optimum Biodiesel Kepuh

Variabel dalam transesterifikasi minyak biji kepuh adalah konsentrasi katalis basa

KOH dan metanol. Suhu reaksi dan waktu yang digunakan ialah 60 oC selama 60 menit. Penggunaan waktu 60 menit ini didasarkan pada laporan Janulis et al. (2005), bahwa laju reaksi transesterifikasi tercepat terjadi pada 15 menit pertama dan rendemen hampir tidak berubah setelah 30 menit. Reaksi transesterifikasi ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Reaksi transesterifikasi minyak nabati.

Parameter uji yang digunakan adalah bilangan asam, viskositas kinematik, densitas, rendemen, dan kadar air. Semakin rendah bilangan asam biodiesel, semakin baik mutu biodiesel karena keasaman biodiesel dapat menyebabkan korosi dan kerusakan pada mesin diesel. Menurut SNI bahan bakar biodiesel, bilangan asam yang dibolehkan ialah kurang dari 0,8 mg KOH/g biodiesel. Standar biodiesel menurut SNI disajikan pada Lampiran 4.

Berdasarkan percobaan, semua sampel memiliki nilai bilangan asam kurang dari 0,8 mg KOH/g. Nilai bilangan asam, viskositas kinematik, densitas, dan kadar air semua kombinasi reaksi disajikan pada Tabel 3. Untuk mengetahui nilai bilangan asam, viskositas kinematik, dan densitas biodiesel yang terendah dan memenuhi SNI dilakukan uji ragam (anova) dan uji lanjut Duncan (Lampiran 5). Berdasarkan hasil uji statistik tersebut, secara keseluruhan perbedaan kombinasi metanol:KOH berpengaruh secara nyata terhadap parameter-parameter uji. Kombinasi metanol:KOH (%/%) 20:1 merupakan kombinasi terbaik untuk menghasilkan biodiesel berbahan baku minyak biji kepuh yang memenuhi SNI.

Gambar 2 Perubahan bilangan asam minyak pada kondisi berbeda.

KOH

Bilangan Asam (mg KOH/g)

(13)

5

Viskositas biodiesel tinggi karena adanya ikatan hidrogen intermolekular dalam asam di luar gugus karboksil. Nilai viskositas sebanding dengan densitas, semakin tinggi viskositas maka densitas akan semakin tinggi (Demirbas 2008)

Viskositas merupakan sifat biodiesel yang paling penting karena viskositas memengaruhi kerja sistem pembakaran bertekanan, semakin rendah viskositas biodiesel tersebut semakin mudah dipompa dan menghasilkan pola semprotan yang lebih baik (Islam et al. 2004). Menurut SNI, nilai viskositas kinematik biodiesel yang diperbolehkan adalah 1,9–6,0

cSt pada suhu 40 oC. Berdasarkan percobaan, hanya sampel dengan kombinasi 20:1; 15:1,5; dan 20:1,5 yang memenuhi SNI tersebut. Viskositas biodiesel yang lebih tinggi pada kombinasi yang lain dipengaruhi oleh kandungan trigeliserida yang tidak bereaksi dengan metanol, komposisi asam lemak penyusun metil ester, serta senyawa antara seperti monogliserida dan digliserida yang mempunyai polaritas dan bobot molekul yang cukup tinggi. Selain itu, kontaminasi gliserol juga memengaruhi nilai viskositas biodiesel (Bajpai dan Tyagi 2006).

Tabel 3 Sifat-sifat biodiesel minyak biji kepuh Kombinasi Metanol:KOH (%) Bilangan asam (mg KOH/g) Viskositas (mm2/s) Densitas (kg/m3) Rendemen (%) Kadar Air (%) 10:0,5 0,46 92,24 931,0 88 0,12 15:0,5 0,71 36,94 929,2 89 0,20 20:0,5 0,56 68,42 928,9 59 0,18 10:1,0 0,69 27,45 920,0 83 0,10 15:1,0 0,72 7,46 896,1 63 0,09 20:1,0 0,36 4,28 880,7 86 0,05 10:1,5 0,80 9,82 902,2 42 0,08 15:1,5 0,54 4,81 955,1 71 0,04 20:1,5 0,45 4,13 881,6 67 0,06 Tabel 4 Perbandingan mutu biodiesel kepuh dan minyak nabati lainnya

Metil Ester

Viskositas Kinematik (mm2/s)

Densitas (kg/m3) Bilangan Setana Kedelai* 4,0 880 45,7-56

Sawit* 4,3-4,5 872-877 63,4-70 Biji Bunga Matahari* 4,2 882 51-59,7 Kepuh 4,3 880,7 64,0

Solar 3,5-12 830-840 51 *Sumber: Fukuda et al. 2001

Gambar 4 Perubahan bilangan asam biodiesel pada kondisi berbeda.

Bilangan Asam (mg KOH/g)

(14)

6

Secara fisikokimia, biodiesel minyak kepuh memiliki banyak kesamaan dengan biodiesel minyak sawit, viskositas kinematik biodiesel minyak sawit ada pada kisaran 4,3-4,5 mm2/s (Fukuda et al. 2001) sedangkan viskositas rata-rata minyak kepuh sebesar 4,3 mm2/s, selain viskositas, densitas biodiesel minyak sawit juga memiliki kesamaan dengan biodiesel minyak kepuh.

Perbandingan mutu biodiesel kepuh terhadap minyak nabati lainnya serta solar komersil disajikan pada Tabel 4. Untuk bilangan setana biodiesel minyak biji kepuh lebih tinggi daripada solar, hal ini manunjukkan bahwa biodiesel minyak biji kepuh memiliki waktu tunggu (delay time) pembakaran yang lebih baik daripada solar. Bilangan setana merupakan ukuran kualitas pembakaran atau waktu tunggu pembakaran, hal ini berkaitan dengan waktu yang dibutuhkan bahan bakar cair untuk terbakar setelah dipompa ke mesin pembakaran, semakin tinggi bilangn setana, semakin cepat pula waktu tunggu pembakaran, hal ini mengakibatkan pembakaran menjadi lebih efektif dan efisien (Demirbas 2008).

Pada sampel biodiesel yang disimpan pada kondisi terbuka terdapat peningkatan nilai bilangan asam yang signifikan, terutama pada minggu ke-IV menuju minggu ke-V. Hal ini menunjukkan bahwa proses dekomposisi peroksida dari hasil oksidasi berlangsung tanpa hambatan sehingga menghasilkan bilangan asam yang tinggi. Tahap dekomposisi peroksida berlangsung ketika hampir semua lipid telah diubah menjadi radikal lipid maupun peroksida, sehingga peroksida yang terbentuk tersebut akan mulai terdekomposisi menjadi berbagai macam produk seperti radikal bebas, aldehida, keton, dan asam-asam rantai pendek (Gustone 2007). Asam-asam rantai pendek inilah yang jika terakumulasi akan menyebabkan peningkatan bilangan asam. Nilai bilanganasam tertinggi didapat pada sampel biodiesel yang disimpan pada tempat terbuka, yaitu sebesar 1,88 mg KOH/g (Lampiran 6). Gambar 4 menunjukkan bahwa penyimpanan dalam wadah yang tertutup dapat meningkatkan ketahanan biodiesel.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Biodiesel berbahan baku biji kepuh memiliki mutu yang sama dengan biodiesel yang berbahan baku minyak kelapa sawit.

Dalam pembuatan biodiesel minyak biji kepuh, biodiesel dengan mutu yang sesuai dengan SNI dihasilkan menggunakan metanol 20% dan KOH 1%. Penyimpanan biodiesel yang baik adalah dalam wadah tertutup.

Saran

Diperlukan analisis lebih lanjut mengenai pencirian komponen minyak biji kepuh baik dari segi metode maupun instrumen, selain itu perlu penambahan variabel seperti densitas, viskositas kinematik, dan bilangan setana dalam penentuan umur simpan biodiesel sehingga mutu biodiesel dapat teramati secara komprehensif dari biodiesel dari waktu ke waktu.

DAFTAR PUSTAKA

Bajpai D, Tyagi VK. 2006. Biodiesel: Source, Production, Composition, Properties and its Benefits. Journal of Oleochemical Science 10:487-502.

Baranescu RA, Lusco JJ. 1997. Performance, Durability, and Low Temperature Evaluation of Sunflower Oil as Diesel Fuel Extender. American Social of

Agriculturai Engineer Publication:

312-328.

[BSN]. 2006. Biodiesel. SNI 04-7182-2006. Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Demiebas A. 2008. Biodiesel A Realistic Fuel

Alternative for Diesel Fuel. London: Springer-Verlag.

Formo MW. 1979. Physical Properties of Fats and Faatty Acids. Di dalam: John Wiley and sons, editor. Bailey’s

Industrial Oil and Fat Product Vol. I,

Ed ke-4. New York: Wileys.

Fukuda H, Kondo A, Noda H. 2001. Biodiesel Fuel Production by Transesterification of Oil. Journal of Bioscience and

Bioengineering 92:405-416.

Gerpen JV. 2005. Biodiesel Processing and Production. J. Fuel Processing Technology 86: 1097-1107.

(15)

7

Gubitz GM, Mittelbach M, Trabi M. 1999. Exploitation of the Tropical Oil Seed Plant Jathropha curcas, L. Bioresource

Technology 67: 73-78.

Gustone FD, Harword JL, Djikstra AJ. 2007.

The Lipid Handbook. Ed ke-3. New

York: CRC.

Hamilton RJ. 1983. The Chemistry of Rancidity in Foods. Di dalam: Allen JC, Hamilton RJ, editor. Rancidity in

Foods hlm. 1-20. London: Applied

Science Pub.

Islam MN, Beg MRA. 2004. The Fuel Properties of Pyrolysis Liquid Derived from Urban Solid Wastes in Bangladesh. Bioresources Technology 92:181-186.

Janulis P, Sendzikiene E, Makareviciene V, Kazancev K. 2005. Usage of Fatty Waste for Production of Biodiesel. [Terhubung berkala].

www.apini.lt/includes/getfile.php?id=1 48. [11 Juli 2009].

Kent JA. 1992. Riegel’s Handbook of

Industrial Chemistry. Ed ke-9. New

York: Chapman & Hall.

Knothe G, Gerpen JV, Krahl J. 2005. The

Biodiesel Handbook. Illinois: AOCS

Press.

[NBB]. 2008. Estimated US Biodiesel Production. [Terhubung Berkala]. http://www.biodiesel.org/pdf_files/fuel factsheets/Production_Graph_Slide.pdf .[14 November 2009].

Ramadhas AS, Mulareedharan C, Jayaraj S. 2005. Performance and Emission Evaluation of Diesel Engine Fueled With Methyl Esters of Rubber Seed Oil. Journal of Renewable Energy 30: 1789-1800.

Srivastava and Prasad P. 2000. Triglycerides-based diesel fuels. Journal of Renewable Sustainability Energy

4:111-133.

Soerawidjaja TH, Brodjonegoro TP, Reksowardoyo IK. 2005. Memobilisasi Upaya Penegakkan Indutri Biodiesel di indonesia. Pusat Penelitian Pendayagunaan Sumber Daya Alam dan Pelestarian Lingkungan ITB. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Utami TS, Arbianti R, Nurhasman D. 2007.

Kinetika Reaksi Transesterifikasi CPO terhadap Produk Metil Palmitat dalam Reaktor Tumpak. Di dalam Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi Teknik Kimia; Surabaya, 15 November 2007. Hlm KR2-1-KR2-6.

(16)

8

(17)

9

Lampiran 1 Bagan alir umum penelitian

Keterangan *) dilakukan selama 5 minggu dengan interval analisis setiap 7 hari sekali dengan dua kondisi penyimpanan (terbuka dan tertutup), Biji Kering

Kukus _{1 jam 100}o

C Biji Kukus Basah

Pengeringan

Biji kukus kering

2 jam oven 100 oC Tekan Minyak mentah Degumming Penyaringan Minyak bebas-gum Terbuka Tertutup - Densitas - Viskositas kinematik - Bilangan asam* - GC-MS Kadar air Transesterifikasi Biodiesel kotor Pemurnian Biodiesel - Viskositas kinematik - Densitas - Bilangan setana - Air - Rendemen - GC-MS Terbuka Tertutup Bilangan asam* Terbuka Tertutup Bilangan asam*

(18)

10

Lampiran 2 Prosedur analisis parameter uji minyak biji kepuh biodiesel 1. Kadar Air (Metode oven, SNI 01-3555-1998)

Cawan alumunium dipanaskan di dalam oven pada suhu 105 oC selama 1 jam, kemudian didinginkan dalam desikator selama 30 menit, bobot cawan kemudian ditimbang. 5 gram sampel dimasukkan ke dalam cawan alumunium yang telah diketahui bobotnya kemudian dipanaskan di dalam oven suhu 105 oC selama 1-2 jam hingga bobotnya konstan, cawan kemudian didinginkan di desikator kemudian ditimbang,

Kadar air (%) = (m1 – m2) ×100% m1

m1 = Bobot sampel (g)

m2 = Bobot sampel setelah pemanasan (g) 2. Bilangan asam dan FFA (SNI 01-3555-1998)

Sampel yang akan diuji, ditimbang sebanyak 2-5 gram di dalam elenmeyer 250 mL, kemudian ke dalam sampel ditambahkan etanol netral 95% sebanyak 50mL dan dipanaskan 10 menit, larutan ditambahkan 3-5 tetes PP, kemudian dititrasi dengan larutan standar KOH 0,1 N hingga berwarna merah muda (konstan selama 15 detik),

Bilangan asam = A × N × B G Kadar FFA (%) = M × A × N 10G A = Volume KOH (mL) N = Normalitas KOH (N) B = Bobot molekul KOH (56,1) G = Massa contoh (g)

M = Bobot molekul asam lemak dominan (asam Sterkulat, 294) 3. Viskositas Kinematik (ASTM D-445)

Viskosimeter dbersihkan dengan cairan pembersih, kemudian dibilas dengan air suling dan dikeringkan dengan aseton di udara terbuka, ke dalam viskosimeter dimasukkan air sebanyak 20 mL, kemudian diukur waktu (Tair) untuk melewati batas atas sampai batas bawah pada alat, Viskositas air pada suhu yang telah ditentukan dapat dilihat pada tabel viskositas air, sampel diukur viskositasnya pada suhu dan volume yang sama dengan air, kemudian dihitung waktu sampel untuk bergerak dari batas atas hingga batas bawah pada viskosimeter (Tminyak),

Viskositas Minyak (cSt) = Tminyak × Viskositas air Tair

cSt = Centistokes (mm2/s) 4. Densitas (SNI 01-3555-1998)

Bobot jenis ditentukan dengan menggunakan piknometer yang terlebih dahulu dibersihkan dengan alkohol, kemudian dibilas dengan eter, Setelah kering, piknometer ditimbang dan diisi dengan aquades sampai tanda tera, ditutup dan diusahakan agar tidak ada gelembung udara di dalamnya, piknometer didiamkan pada suhu kamar Selama 30 menit, kemudian dikeringkan dan ditimbang, pengukuran terhadap bobot jenis sampel dilakukan dengan cara yang sama,

Densitas (t oC) = Wpo – Wp × D Wpa – Wp

Wpo = Bobot piknometer dan minyak (g) Wp = Bobot piknometer kosong (g) Wpa = Bobot piknometer dan air (g) D = Densitas air (g/ml)

5. Rendemen Biodiesel

Rendemen Biodiesel = Volume akhir metil ester (mL) × 100% Volume awal minyak (mL)

(19)

11

Lampiran 3 Analisis fisikokimia minyak kepuh

Viskositas Kinematik Minyak Mentah Biji Kepuh

Kadar Air Sampel 1

Ulangan Bobot Minyak Bobot minyak kering Kadar air (%)

1 5,01 4,99 0,39

2 5,03 5,01 0,42

3 5,02 5,01 0,27

Rataan: 0,33

Sampel 2

Ulangan Bobot Minyak Bobot minyak kering Kadar air (%)

1 5,01 5,01 0,27

2 5,01 4,99 0,39

3 5,08 5,07 0,20

Rataan : 0,29 Biji Kering

Ulangan Bobot Biji Bobot Biji kering Kadar air (%)

1 4,81 4,35 9,61

2 4,44 4,09 7,87

3 4,35 4,09 5,92

Rataan : 7,80 Densitas Minyak Biji Kepuh

Sampel Bobot Pikno

Pikno +

minyak Pikno + air Densitas Minyak

Minyak I 14,64 19,09 19,46 0,92

Minyak II 14,22 19,98 20,43 0,92

Rendemen minyak Sampel

Bobot Biji Awal

(g) Volume Minyak (mL) Rendemen (%)

Minyak I 5000 1454 26,79

Minyak II 5000 1335 24,68

Ulangan Tair (s) Tminyak (s) Viskositas Air (cSt)

Viskositas Minyak (cSt) 1 0,8 29,2 0,8904 32,4996 2 0,8 29,6 0,8904 32,9448 3 0,8 29,9 0,8904 33,2787 Rataan : 32,9077

(20)

12

Lampiran 4 Standar Nasional Indonesia

Sumber: Badan Standarisasi Nasional 2006

No

Parameter dan Satuan

Batas Nilai

1,

Massa jenis pada suhu 40

o

C

(kg/m

3

)

850-890

2,

Viskositas Kinematik pada suhu

40

o

C (cSt)

2,3-6,0

3,

Angka setana

Min. 51

4,

Titik nyala (mangkok tertutup)

o

C

Min. 100

5,

Titik kabut (

o

C)

Maks. 18

6,

Korosi bilah tembaga (3 jam, 50

o

C)

Maks. No, 3

7,

Residu karbon

- Dalam contoh asli

- Dalam 10% ampas distilasi

Maks. 0,05

8,

Air dan sedimen (% v/v)

Maks.0,05

9,

Suhu distilasi , 90% (

o

C)

Maks.360

10, Abu tersulfaktan (% b/b)

Maks. 0,02

11, Belerang, ppm-b (mg/kg)

Maks. 100

12, Fosfor, ppm-b (mg/kg)

Maks. 10

13, Angka asam (mg KOH/g)

Maks. 0,8

14, Gliserol bebas (%b/b)

Maks. 0,02

15, Gliserol total (%b/b)

Maks. 0,24

16, Kadar ester alkir (%b/b)

Maks. 96,5

17, Angka iodium (%b/b) (g-12/100g)

Maks. 115

(21)

13

Lampiran 5 Data hasil statistik dengan metode Anova satu arah dan uji lanjut Duncan

ANOVA

Sum of Square df Mean Square F Sig. Asam Diantara grup .368 8 .045 314.104 .000

Dalam grup .001 9 .000 Total .361 17

Viskositas Diantara grup 16524.659 8 2065.582 8915.171 .000 Dalam grup 2.085 9 .232

Total 16526.744 17

Densitas Diantara grup 10177.241 8 1272.155 84.351 .000 Dalam grup 135.735 9 15.082

Total 10312.976

Uji Homogenitas

Levene Statistik df1 df2 sig.

Asam . 8 . . Viskositas . 8 . . Densitas 2E+017 8 9 .000

Asam

Duncan

a Sampel N alfa = .05 1 2 3 4 5 6 R6 2 .356850 R9 2 .448550 R1 2 .464950 R8 2 .540600 R3 2 .557900 R4 2 .686850 R2 2 .713500 .713500 R5 2 .719650 R7 2 .802650 Sig. 1.000 .204 .182 .053 .620 1.000

Viskositas

Duncans

a Sampel N Alfa = .05 1 2 3 4 5 6 7 R9 2 4.130750 R6 2 4.280550 R8 2 4.807250 R5 2 7.458500 R7 2 9.817550 R4 2 27.45520 R2 2 36.937050 R3 2 68.422900 R1 2 92.239700 Sig. .212 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

(22)

14

Lanjutan Lampiran 5 Data hasil statistik dengan metode Anova satu arah dan uji

lanjut Duncan

Densitas

Duncan

a Sampel N Alfa = .05 1 2 3 4 5 R6 2 880.6500 R9 2 881.5500 R5 2 896.0500 R7 2 902.1500 R4 2 919.9500 R3 2 928.9000 R2 2 929.1500 R1 2 931.0000 R8 2 955.0500 Sig. .822 .151 .1.000 .617 .1000