BAB I
PENDAHULUAN
1.1LATAR BELAKANG
Proses komersil yang paling umum dalam pembuatan biodiesel adalah mengkonversi minyak menjadi biodiesel dengan proses transesterifikasi menggunakan alkohol metanol dan katalis basa [1], yang menghasilkan FAME (fatty acid methyl esters) dan gliserol sebagai produk sampingnya [2]. Namun, harga bahan baku yang tinggi dan keterbatasan stok minyak nabati menjadi hambatan dalam pembuatan biodiesel. Harga minyak nabati sangat tinggi dan dapat mencapai 75% dari biaya produksi, menyebabkan total biaya produksi biodiesel 1,5 kali lebih besar dari produksi petrodiesel [3]. Selain itu, penggunaan minyak nabati dan lemak hewani telah banyak dikaji dan dikatakan tidak berkelanjutan karena menyangkut masalah ketahanan pangan, ekonomi, dan lingkungan [4].
Bahan baku dalam pembuatan biodiesel harus memiliki biaya produksi yang rendah dan dapat digunakan pada skala produksi yang besar. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan minyak jelantah. Penggunaan minyak jelantah sebagai reaktan biodiesel tidak hanya mengurangi masalah pembuangan limbah minyak jelantah [5]. Jika ditinjau dari segi harga bahan baku, hal ini dapat menurunkan biaya produksi. Kajian tentang penggunaan minyak jelantah sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel telah dilakukan oleh beberapa peneliti yang dirangkum dalam Tabel 1.1, dimana kajian Sirisomboonchai [6] menghasilkan yield tertinggi mencapai 86,3%.
namun juga terkait dengan daur ulang sumber mineral alami [8, 9]. Penelitian dengan memanfaatkan katalis CaO telah dilakukan oleh beberapa peneliti dan ditunjukkan dalam Tabel 1.2, dimana yield melampaui 90% dan CaO dari limbah dapat digunakan berulang kali, yakni dapat digunakan hingga 10 siklus pemakaian penggunaan CaO dari limbah tulang hewan yang dilihat pada kajian Corro [10]. Katalis heterogen memiliki kelemahan, yakni deaktivasi katalis akibat poisoning ataupun leaching [8, 11], khususnya pada CaO yang rentan terhadap impuritas yang dapat menutupi sisi aktif katalis oleh CO2 dan H2O, dimana CaO akan bereaksi dengan CO2 dan H2O serta membentuk CaCO3 dan Ca(OH)2 yang menurunkan kemampuan katalitik CaO [8]. Selain itu, pada kajian yang dilakukan oleh peneliti, penggunaan CaO sebagai katalis masih menghasilkan biodiesel dengan kadar gliserida yang tinggi dan belum memenuhi standar. Kelemahan – kelemahan ini dapat diatasi dengan pengikatan CaO pada senyawa atau penyangga (carrier) [8]. Salah satu contoh penyangga adalah zeolit. Zeolit alam sendiri memiliki kemampuan sebagai katalis dalam beberapa reaksi kimia [12]. Pada penggunaan katalis dan penyangga, katalis akan tersebar pada permukaan zeolit dan bagian dalam zeolit, sehingga mempengaruhi kemampuan katalitik dari katalis tersebut [13]. Penggunaan katalis CaO dan zeolit alam sendiri pernah dikaji oleh Wu [14] dimana yield mencapai 95% dengan menggunakan metode irradiasi pada katalis. Penggunaan metode irradiasi dan impregnasi tentunya membutuhkan konsumsi energi dan bahan kimia yang lebih besar, sehingga perlu dilakukan studi tentang penggunaan paduan katalis CaO yang diperoleh dari kalsinasi limbah cangkang telur ayam dengan zeolit alam sebagai penyangga dengan metode pencampuran konvensional, yang diharapkan dapat mengurangi energi dan bahan kimia yang digunakan.
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah
No. Judul Variabel Hasil Penelitian
Tetap Berubah
1.
Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using Calcined Scallop Shell As Catalyst
[6]
Suhu Kalsinasi = 1000 °C Waktu Kalsinasi = 2 jam Suhu Reaksi = 65 °C
Waktu Reaksi = (30, 60, 120, 180) menit
Rasio Molar Metanol : Minyak = 3:1; 6:1; 12:1
Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using KBr Impregnated CaO as Catalyst [5]
T = 65 oC
Kecepatan Pengadukan = 500 rpm
Rasio Molar Metanol : Minyak = 9:1; 10:1; 11:1;
Biodiesel Production from Waste Frying Oil Using Waste Animal Bone and Solar Heat [10]
Rasio Molar Metanol : Minyak = 12 :1
Waktu Reaksi = 20 menit
Kecepatan Pengadukan = 400 rpm Berat Katalis NaOH = 1%
Suhu Reaksi = (30, 40, 50, 60, dan 70) °C
Rasio berat tulang hewan : minyak = 1:1; 2:1; 5:1; 10:1; 20:1
Tabel 1.2 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Katalis Kalsium Oksida
No. Judul Variabel Hasil Penelitian
Tetap Berubah Waktu Kalsinasi = 2 jam Suhu Reaksi = 60 °C
Kecepatan Pengadukan = 700 rpm Waktu Reaksi = 4 jam
Rasio molar Metanol : Minyak = 5:1; 7:1; 9:1; pada penggunaan rasio molar metanol terhadap minyak 7:1 dan berat katalis 4% Katalis dapat
digunakan kembali melalui proses re-kalsinasi
2.
Biodiesel Synthesis from Canola Oil Via Heterogenous Catalysis Using Functionalized CaO Nanoparticles
[16]
Kecepatan Pengadukan = 600 rpm Waktu Reaksi = 8 jam
Rasio Molar Metanol : Minyak = (6:1 – 18:1)
Enhancement of Biodiesel Synthesis Over Highly Active CaO Derived from Natural White Bivalve Clam Shell [17]
Kecepatan Pengadukan = 600 rpm Waktu Reaksi = 2 jam
Suhu Reaksi = 65 °C
Rasio Molar Metanol : Minyak = 9:1; 10:1; 11:1;
Yield tertinggi = 94,25% dicapai pada
Tabel 1.2 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel (Lanjutan)
No. Judul Variabel Hasil Penelitian
Tetap Berubah
4.
Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel Using Zeolite Supported CaO as Strong Base Catalyst
[14]
Waktu Irradiasi = 20 menit Rasio Molar Metanol : Minyak = 12:1 dicapai pada penggunaan rasio molar metanol terhadap minyak 7:1, berat katalis 3% (perbandingan CaO = 0,3 Zeolit NaY), dan waktu reaksi = 3 jam Yield > 80% dapat dicapai bila
bahan baku memiliki spesifikasi bilangan asam < 4 mg KOH/gram dan kandungan air pada biodiesel < 1,5%
5.
CaO/NaA Combined with Enzymatic Catalyst for Biodiesel
Kalsinasi Zeolit = 473 K dan 4 jam
Rasio Molar Metanol : Minyak = 3:1
Konversi dapat mencapai 75% pada suhu 40 °C (3 jam) Yield = 94,5% dapat dicapai
1.2PERUMUSAN MASALAH
Pembuatan biodiesel menggunakan katalis CaO, katalis zeolit alam, maupun dengan bahan baku minyak jelantah telah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti. Akan tetapi, penggunaan katalis perpaduan antara zeolit alam dan CaO dari cangkang telur ayam belum pernah dilaporkan. Penelitian ini ditekankan kepada penggunaan minyak jelantah dalam pembuatan biodiesel dalam reaktor batch.
1.3TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh variabel proses: suhu reaksi dan berat katalis terhadap yield biodiesel yang dihasilkan.
2. Menguji karakteristik biodiesel yang dihasilkan seperti kemurnian, densitas, viskositas kinematik, dan titik nyala.
1.4MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Meningkatkan nilai ekonomis dari minyak jelantah.
2. Memberikan informasi bahwa minyak jelantah dan paduan katalis zeolit alam/CaO yang diolah dari cangkang telur ayam dapat dijadikan sebagai bahan baku dan katalis dalam pembuatan biodiesel secara batch.
1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN
Variabel yang akan dilakukan yaitu: Variabel tetap :
a. Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
i. Waktu = 2 jam [6]
ii. Suhu = 1000 °C [6]
b. Perbandingan berat CaO : Zeolit Alam = 1 : 3
c. Rasio mol TWCO terhadap metanol = 1 : 12 [17]
d. Waktu Reaksi = 3 jam [14]
e. Kecepatan Pengadukan = 700 rpm [15]
Variabel berubah :
a. Berat Katalis =6%, 7%, 8%, 9%, 10% (terhadap berat TWCO) [6, 17] b. Suhu Reaksi = 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C [6, 17]
Parameter yang diuji:
a. Analisis kadar FFA bahan baku minyak jelantah dan TWCO dengan menggunakan AOCS Official Method 5a–40.
b. Analisis komposisi asam lemak bahan baku minyak jelantah dan TWCO dengan menggunakan AOCS Official Method Ce 1b-89.
c. Analisis gugus fungsi zeolit alam menggunakan FTIR.
d. Analisis kadar CaO dalam abu cangkang telur menggunakan AAS. e. Analisis morfologi katalis menggunakan SEM.
f. Analisis komposisi unsur pada paduan katalis menggunakan SEM-EDX. g. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan
AOCS Official Method Cd 11b-91.
h. Analisis densitas biodiesel dengan Metode Tes SNI 7182:2015.
i. Analisis viskositas dan viskositas kinematik biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445
