Repository FMIPA 1 SINTESIS BIODISEL DARI MINYAK GORENG BEKAS DENGAN VARIASI
PARAMETER TAHAPAN TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS CaO CANGKANG KERANG DARAH KALSINASI 900 oC
Linda1, Nurhayati2, Sofia Anita3
1
Mahasiswa Program S1 Kimia
2
Bidang Kimia Fisik Jurusan Kimia
3
Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau KampusBinaWidyaPekanbaru, 28293, Indonesia
linda_aja@yahoo.com
ABSTRACT
Biodiesel is renewable energy, biodegradable, and environmental friendly for diesel machine. One of the benefit of using biodiesel is reduce of fossil fuel usage. In this study, biodiesel was produced from used cooking oil by two step reactions that are esterification and transesterification reaction. For the esterification reaction used catalyst H2SO4 3% (w/w) weight of catalyst, 70 oC of reaction temperature, 2 hours of
reaction time, 1:18 of oil and methanol mole reaction. While parametrs for transesterification reaction were varied including of the reaction time (1, 2, 3, and 4 hours) dan oil methanol mole ratio (1:6, 1:9, 1:12 and 1:15). Transesterification reaction used heterogenous base catalyst CaO from blood cockle shells calcination 900 oC for 10 hours. The yield of optimum biodiesel was 80.04% with optimum conduction transesterification using 3 hours of reaction time and 1:6 of oil and methanol mole ratio. Keywords : biodiesel, blood cockle shells, esterification, heterogeneous catalysts,
transesterification
ABSTRAK
Biodisel merupakan energi terbarukan, biodegradable, tidak beracundan bahan bakar yang ramah lingkungan untuk mesin diesel. Manfaat utama penggunaan biodisel sebagai bahan bakar mesin adalah mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Pada penelitian ini biodisel diproduksi dari minyak goreng bekas melalui dua tahapan reaksi yaitu reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. Untuk reaksi esterifikasi menggunakan katalis homogen H2SO4 3% (b/b), suhu reaksi 70 oC, waktu reaksi 2 jam,
rasio mol minyak metanol 1:18. Sedangkan parameter untuk reaksi transesterifikasi divariasikan dengan variasi waktu reaksi (1, 2, 3, dan 4 jam) dan rasio mol minyak metanol ( 1:6, 1:9, 1:12 dan 1:15).Reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa heterogen CaO dari cangkang kerang darah kalsinasi 900 oC selama 10 jam. Hasil perolehan biodisel optimum adalah sebesar 80,04% dengan kondisi transesterifikasi optimum pada waktu reaksi selama 3 jam dan rasio mol minyak/metanol 1:6.
Repository FMIPA 2 Kata kunci : biodiesel, cangkang kerang darah , esterifikasi, katalis heterogen,
transesterifikasi
PENDAHULUAN
Bahan bakar minyak bumi merupakan salah satu kebutuhan utama yang banyak digunakan di berbagai negara. Saat ini kebutuhan akan bahan bakar semakin meningkat seiring dengan semakin meningkatnya populasi dan semakin berkembangnya teknologi, akan tetapi cadangan sumber daya minyak bumi yang berasal dari fosil semakin menipis karena sifatnya yang tidak dapat diperbaharui. Keadaan ini dipersulit dengan tidak berhasilnya Indonesia menemukan sumur-sumur minyak baru dalam 12 tahun terakhir sehingga dikhawatirkan cadangan minyak sebesar 3,9 miliar barelakan habis pada tahun 2024 (Kurtubi, 2012).
Ketergantungan terhadap bahan bakar minyak bumi dapat dikurangi dengan cara memanfaatkan bahan bakar biodiesel. Salah satu alternatif sumber energi adalah biodisel Fatty Acid Methyl
Ester (FAME) sebagai produk untuk
menggantikan petroleum diesel dari sumber minyak nabati.
Pemilihan minyak goreng bekas sebagai salah satu sumber minyak nabati yang layak digunakan sebagai bahan baku biodisel karena kandungan asam lemak bebas (ALB) yang terkandung pada minyak goreng bekas cukup tinggi maka perlu dikaji proses produksi yang sesuai untuk dikonversi menjadi biodisel.
Biodisel diproduksi melalui dua tahapan yaitu tahapan esterifikasi dan transesterifikasi. Tahapan esterifikasi bertujuan untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi metil ester (biodisel). Tahapan transesterifikasi merupakan proses reaksi penyempurnaan
dari pembuatan biodisel dengan menggunakan katalis basa yaitu konversi trigliserida menjadi metil ester (Kurniasih, 2013).
Asam lemak bebas (ALB) yang tinggi pada minyak goreng bekas mengurangi hasil biodisel sehingga biodisel diproduksi melalui dua tahapan reaksi. Sartika (2015) mensintesis biodisel melalui dua tahap reaksi yaitu esterfikasi menggunakan katalis asam dan transesterifikasi menggunakan katalis basa CaO cangkang kerang darah yang telah dikalsinasi 800 oC selama 5 jam dengan bahan baku minyak goreng bekas menghasilkan biodisel sebesar 70,35%.
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan dalam produksi biodisel adalah minyak goreng bekas dan metanol sebagai sumber alkohol. Biodisel dibuat dengan melalui reaksi esterifikasi menggunakan katalis H2SO4
dan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis CaO cangkang kerang darah yang dikalsinasi 900 oC untuk mendapatkan hasil biodisel yang maksimal.
METODE PENELITIAN a. AlatdanBahan
Alat yang digunakanadalah
hotplate magnetic stirrer (RSH-IDR),
neraca analitik(Mettler Toledo AL 204), labu leher tiga, kondensor, pengaduk magnetik,termometer air raksa, pompa air, lumpang, ayakan 200 mesh,
Oven(Haraeus Instrument D-63450),
furnace (Nabertherm tipeL31 R),
desikator, corong pemisah, kertas saring Whatman 42, pH meter dan peralatan gelas yang biasa digunakan.
Repository FMIPA 3 Bahan-bahan yang digunakan
adalah minyak goreng bekas, cangkang kerang darah (Anadara granosa),
metanol (Merck), KOH (Merck), isopropil alkohol, indikator phenolphtalein, potassium hydrogen pthalat (PHP), aseton, akuabides dan akuades.
b. ProsedurKerja (i) Preparasi katalis
CaO yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari limbah Cangkang kerang darah. Cangkang kerang darah dibersihkan menggunakan air untuk membuang kotoran dan pasir yang masih tersisa. Cangkang kerang dicuci menggunakan akuades hingga bersih. Cangkang ditumbuk kasar menggunakan lumpang alu. Cangkang kerang darah dikalsinasi pada suhu 900
o
C selama 10 jam. Setelah dikalsinasi cangkang kerang darah di gerus halus dan diayak menggunakan ayakan yang lolos pada 200 mesh dan disimpan dalam desikator.
(ii) Penentuan kandungan asam lemak bebas (ALB) minyak goreng bekas
Kandungan asam lemak bebas dalam minyak goreng bekas di tentukan dengan cara menimbang Sebanyak 5 g sampel minyak goreng bekas ditimbang di dalam erlenmeyer 25mL. Sampel minyak ditambahkan 12,5 mL isopropil alkohol hangat (50-60 °C). Campuran dikocok dan ditambahkan dengan 2-3 tetes indikator phenolphtalein (pp) dan digoyangkan supaya larut. Campuran dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N (yang telah distandarisasi) sampai terjadi perubahan warna.
𝐴𝐿𝐵 = mlxN KOH x 282
gr sampel x 1000 x 100%
(iii) Penentuan kandungan air
Cawan porselin dibersihkan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105
o
C selama 60 menit.Cawan didinginkan dalam desikator, lalu ditimbang sampai beratnya konstan.Selanjutnya, ditimbang 10 g minyak dan panaskan dalam oven pada suhu 105 oC selama 3 jam. Cawan tersebut kemudian didinginkan dalam desikator pada suhu kamar, lalu ditimbang sampai beratnya konstan.
Kandungan air % = a − b
sampel (g)× 100%
(iv) Sintesis Biodisel
Minyak Goreng Bekas (MGB) yang telah murni sebanyak 100 g dipanaskan pada temperatur 105 oC selama ± 1 jam sambil diaduk menggunakan stirer di dalam labu leher tiga. Setelah suhu pada minyak goreng bekas diturunkan, pada tempat terpisahdisiapkan campuran katalis H2SO4p dan metanol direfluks sambil
diaduk menggunakan stirer selama 1 jam. Minyak goreng bekas yang telah didinginkan ditambahkan campuran katalis H2SO4p dan metanol, lalu
direfluks kembali pada suhu 70 oC selama 2 jam (Sartika, 2015). Setelah bereaksi, campuran dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dicuci dengan air hangat. Air cucian bagian bawah dibuang dan bagian atasnya dimasukkan ke dalam labu leher tiga untuk proses transesterifikasi.
Hasil esterifikasi dipanaskan di atas titik didih air pada temperatur 105
o
C selama ± 1 jam. Kemudian suhu hasil esterifikasi diturunkan menjadi 50 oC. Hasil esterifikasi pada suhu 50 oC ditambahkan campuran katalis dan metanol pada suhu 60±2 oC dan diaduk selama 3 jam. Setelah bereaksi,
Repository FMIPA 4 campuran dimasukkan ke dalam corong
pemisah dan dijaga pada suhu kamar selama satu malam sehingga akan terbentuk dua lapisan. Setelah terbentuk dua lapisan yaitu lapisan atas berupa biodisel dan lapisan bawah berupa gliserol, kedua lapisan dipisahkan. Biodisel mentah yang terbentuk dicuci dengan air hangat. Campuran didiamkan kembali selama satu malam dan akan terbentuk tiga lapisan. Selanjutnya biodisel disaring dengan kertas saring Whatman 42 dan beratnya ditimbang. Reaksi transesterifikasi tersebut dilakukan dengan variasi kondisi reaksi yaitu waktu reaksi (1, 2, 3 dan 4 jam) dan rasio mol minyak dan metanol (1:6, 1:9, 1:12 dan1:15).
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Karakteristik minyak goreng bekas Asam lemak bebes yang diperoleh dari minyak goreng bekas pada penelitian adalah sebesar 1,41%. Minyak nabati yang akan digunakan dalam sintesis biodisel harus memiliki nilai asam lemak bebas <1%. Oleh karena itu perlu dilakukan proses esterifikasi. Tahapan esterifikasi bertujuan untuk menurunkan asam lemak bebas pada bahan baku minyak goreng bekas. Pada tahapan esterifikasi asam lemak bebas akan dikonversi menjadi metil ester (biodisel).
Apabila kandungan asam lemak bebas >1% maka akan menyebabkan
reaksi kompetisi antara trigliserida dengan asam lemak bebas tersebut. Trigliserida akan bereaksi dengan metanol membentuk metil ester (biodisel), sedangkan asam lemak bebas yang bereaksi dengan basa (katalis dalam reaksi transesterifikasi) akan membentuk sabun. Sabun tersebut akan mengganggu pada pemisahan biodisel (Kusdiana dan Saka, 2004). Setelah tahapan esterifikasi didapatkan kandungan asam lemak bebas sebesar 0,28%. Hal ini menunjukkan bahwa minyak yang telah melalui tahapan esterifikassi memiliki hasil yang cukup baik digunakan sebagai bahan baku untuk memsintesis biodisel melalui proses transesterifikasi.
Hasil kandungan air sebelum tahapan esterifikasi adalah sebesar 0,28%.Menurut Watanabe (2002) Kandungan air pada bahan baku dapat menghambat proses transesterifikkasi karena akan menghasilkan sabun sehingga menghambat hasil perolehan biodisel. kandungan air harus diturunkan dengan cara mendidihkan hasil esterifikasi pada suhu 105 oC selama ±1 jam.
Hasil penentuan pH awal minyak goreng bekas memiliki kecendrungan pH asam yakni sebesar 3,7 setelah dilakukan tahapan esterifikasi didapatkan pH sebesar 2,1. Setelah tahapan esterifikasi dicuci didapatkan nilai pH sebesar 6,3 dab setelah pemanasan sebesar 6,7 yang mengarah pada pH netral
Repository FMIPA 5 Tabel 1. Hasil analisis asam lemak bebas, kandungan air dan pH pada minyak goreng
bekas sebelum dan setelah esterifikasi
b. Sintesis Biodisel
(i) Pengaruh waktu reaksi
Waktu reaksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1, 2, 3, dan 4 jam. Hasil biodisel optimum yang diperoleh dengan waktu reaksi 3 jam yaitu sebesar 80,04% pada kondisi variabel tetap berat katalis 3% (b/b), temperatur reaksi 60 oC, dan rasio mol minyak/metanol 1:6 (Gambar 1).
Gambar 1. Pengaruh waktu reaksi terhadap hasil biodisel Hasil biodisel optimum diperoleh pada waktu reaksi 3 jam dan terjadi penurunan untuk waktu yang lebih lama. Menurut Huaping dkk. (2006) waktu reaksi yang terlalu lama akan menghasilkan pembentukan gliserol dan
emulsi dalam produk, sehingga meningkatkan viskositas dan mempengaruhi perolehan biodisel. Pada tahap awal reaksi transesterifikasi, produksi biodisel adalah cepat, dan kemudian kecepatan menurun dan akhirnya mencapai kesetimbangan di sekitar waktu 3 jam. Hal ini dapat dijelaskan bahwa reaksi transesterifikasi antara minyak dan alkohol adalah reversibel, ketika waktu reaksi cukup lama (Buasri dkk., 2013).
(ii) Pengaruh rasio mol minyak: metanol
Sintesis biodisel dilakukan dengan variasi rasio mol minyak/metanol yaitu dari 1:6, 1:9, 1:12 dan 1:15. Hasil optimum yang diperoleh yaitu pada rasio mol minyak metanol 1:6 sebesar 80,04% dengan kondisi variabel tetap berat katalis 3% (b/b), suhu reaksi 60 oC, dan waktu reaksi 3 jam.
Tingginya jumlah metanol menghasilkan pembentukan spesies metoksi pada permukaan CaO, yang mengarah ke pergeseran kesetimbangan ke arah produk, sehingga meningkatkan kecepatan konversi hingga 80,04%. Namun, peningkatan lebih lanjut dalam rasio mol metanol/minyak tidak mempengaruhi reaksi dapat dilihat terjadi penurunan hasil biodisel sebesar
68,09 76,37 80,04 27,46 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 H asi l b io d ise l ( % )
waktu reaksi (jam)
No Parameter Sebelum Esterifikasi Setelah Esterifikasi sebelum dicuci (%) setelah dicuci (%) sebelum dicuci (%) setelah dicuci (%) setelah dipanaskan (%) 1 Kandungan ALB 1,41 1,39 0,28 0,23 0,33 2 3 Kandungan air pH 0,09 3,7 0,28 3,5 0,07 2,1 0,18 6,3 0,03 6,7
Repository FMIPA 6 76,36% pada rasio mol minyak/metanol
1:9. Hal ini disebabkan bahwa gliserol akan larut lebih banyak dalam kelebihan metanol dan kemudian menghambat reaksi metanol pada reaktan dan katalis, sehingga mengganggu pemisahan gliserol, yang akan menurunkan konversi dengan menggeser kesetimbangan ke arah sebaliknya (Buasri dkk., 2015).
Gambar 2. Pengaruh rasio nol minyak metanol terhadap hasil biodisel
KESIMPULAN
Biodisel optimum yang dihasilkan dari bahan baku minyak goreng bekas pada penelitian ini sebesar 80,04% dengan waktu reaksi 3 jam dan rasio mol minyak dan metanol 1:6. UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terima kasih diberikan kepada Ibu Dr. Nurhayati, M.Sc dan Ibu Dr. Hj. Sofia Anita, M.Sc yang telah memberikan motivasi, bimbingan, arahan, waktu dan saran atas keberhasilan penelitian ini. Ucapan terima kasih juga diberikan kepada DIKTI melalui LEMLIT Universitas Riau dengan bantuan dana melalui
SKIM Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi (PUPT) tahun 2014.
DAFTAR PUSTAKA
Buasri, A., Chaiyut, N., Loryuenyong, V., Worawanitchaphong, P., dan Trongyong, V. 2013. Calcium Oxide Derived from Waste Shells of Mussel, Cockle, and Scallop as the heterogeneous Catalyst for Biodisel Production.
The Scientific World Journal,
Article ID 460923.
Buasri, A., Rattanapan, A., Boonrin, C., Wechayan, C and Loryuenyong V. 2015. Oyster and Pyramidella Shells as Heterogeneous Catalysts for the Microwave-Assisted Biodisel Production from Jatropha curcas Oil. Journal
of Chemistry. Article ID 578625.
Kurniasih, E. 2013. Produksi Biodisel Dari Crude Palm Oil Melalui Reaksi Dua Tahap. Laporan
Hasil Penelitian. Program Studi
Teknik Kimia. Politeknik Negeri Lhokseumawe, Aceh.
Kurtubi. 2014. Jamin Pasokan Impor
BBM Sulit Dielakkan. Pos Kota
News. Jakarta.
Kusdiana, D.,and Saka, S. 2004. Effects of Water on Biodisel Fuel
Production by SupercriticalMethanol treatment.Biores Technol. 91: 289-295. 80,04 76,7776,36 67,12 50 55 60 65 70 75 80 85 0 3 6 9 12 15 18 B iodis e l ( % )
Repository FMIPA 7 Sartika, A. 2015. Sintesis Biodisel dari
Minyak Goreng Bekas Melalui Reaksi Esterifikasi Katalis H2SO4
dan Transesterifikasi Katalis CaO dari Cangkang Kerang Darah.
Skripsi. Jurusan Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Riau, Pekanbaru.
Watanabe, Y., Shima, Y., Baba, T., Ohyagi, N., Moriyama S., Terai T., Tominaga, Y., Sugihara, A. 2002. Methyl Esterification of Waste Fatty Acid with Immobiliezed Candida antarctica Lipase. Journal Of Oleo Sciene
copyright 2002 by japan oil chemist Society J. Oleo. Sci. 51:
