i
“PEMANFAATAN MINYAK BIJI KARET (Hevea brasiliensis) SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL PADA VARIASI
SUHU TRANSESTERIFIKAS DAN RASIO (METANOL/MINYAK) PADA
WAKTU 120 MENIT”
SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi
Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains Kimia
Oleh:
Ismu Rohmah Rusmaningtyas 13307144005
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2017
ii
PEMANFAATAN MINYAK BIJI KARET (Hevea brasiliensis) SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL PADA VARIASI
SUHU TRANSESTERIFIKASI DAN RASIO (METANOL/MINYAK) PADA
WAKTU 120 MENIT Oleh:
Ismu Rohmah Rusmaningtyas NIM : 13307144005
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui: 1) massa jenis, viskositas dan gugus fungsi IR dari minyak biji karet, 2) massa jenis, viskositas, titik tuang, titik nyala, kalor pembakaran dan gugus fungsi IR dari biodiesel, 3) kesesuaian karakter biodiesel dengan SNI 7182: 2012.
Subjek dalam penelitian ini adalah biji karet yang berasal dari PTPN IX Semarang, Jawa Tengah. Objek dalam penelitian ini adalah biodiesel dari hasil reaksi transesterifikasi minyak biji karet. Metode yang digunakan dalam pengambilan minyak adalah pengepresan. Jenis katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah KOH 1% b/b dan lama pengadukan 120 menit. Jenis alkohol yang digunakan pada transesterifikasi adalah metanol. Variasi suhu yang digunakan adalah 45, 65, dan 85
oC untuk biodiesel B1, B2, dan B3 dengan rasio mol metanol:minyak adalah 4:1, dan dengan rasio mol metanol:minyak adalah 8:1 untuk biodiesel B4, B5, dan B6. Biodiesel yang diperoleh dianalisis dengan FTIR dan uji parameternya meliputi massa jenis, viskositas, kalor pembakaran, titik tuang, dan titik nyala.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakter minyak biji karet mempunyai massa jenis dan viskositas sebesar 907,9 kg/m3 dan33,5740 cSt. Gugus fungsi yang terdapat pada minyak biji karet dan biodiesel yaitu C=O karbonil ester, C-O ester, C- H alkana, C-H alifatik dan –CH3. Karakter biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6 meliputi massa jenis beturut-turut adalah 887,37; 880,1; 898,67; 902,7; 897,9 ; dan 886,9333 kg/m3, viskositas berturut-turut sebesar 21,1135; 19,8651; 16,3189;
16,7291; 19,7945; dan 20,7268 cSt, kalor pembakaran berturut-turut sebesar 9420,3125; 8838,2115; 9458,48; 9821,6535; 9068,65; dan 9215,28 kal/g, titik tuang berturut-turut sebesar 9, -3, 3, 0, 6, dan 0 oC, serta titik nyala berturut-turut sebesar 210, 204, 196, 208, 198, dan 184 oC. Biodiesel B1, B2 dan B6 memiliki nilai massa jenis yang sesuai dengan SNI 7182:2012. Biodiesel B1, B2, B3, B4, B5 dan B6 memiliki nilai viskositas dan kalor pembakaran yang belum sesuai dengan standar, namun memiliki nilai titik tuang dan titik nyala yang sesuai dengan SNI 7182:2012.
Berdasarkan hasil penelitian, biodiesel yang paling baik adalah biodiesel B1 yaitu pada suhu 45oC dengan rasio metanol/minyak yaitu 4/1.
Kata kunci : Minyak Biji Karet, Kondisi Transesterifikasi, Karakter Biodiesel
iii
THE UTILIZATION OF RUBBER SEED OIL (Hevea brasiliensis) AS RAW MATERIALS BIODIESEL IN VARIOUS OF TRANSESTERIFICATION
TEMPERATURE AND (METHANOL/OIL) RATIO AT 120 MINUTES By:
Ismu Rohmah Rusmaningtyas NIM : 13307144005
ABSTRACT
The aim of this research are to know 1) the density value, viscosity value, and functional group of rubber seed oil 2) the density, viscosity, pour point, flash point, heat of combustion, and functional group of biodiesel 3) the suitability of biodiesel characteristic with SNI 7182: 2012.
This research subject was rubber seed from PTPN IX Semarang, Central Java.
The object of this research was biodiesel from rubber seed oil resulted from transesterification process. The oil was produced by pressing method. The catalys used in the transesterification was 1% w/w concentration of KOH at 120 minutes stirring time. The alcohol used in the transesterification was methanol. The temperature variation were 45, 65, and 85 oC for biodiesel B1, B2, and B3 withmole ratio of methanol:oil was 4:1. Biodiesel B4, B5, and B6 with mole ratio of methanol:oil was 8:1. The biodiesels product was analyzed using FTIR and the parameters examination were density, viscosity, combustion calor, pour point, and flash point.
The results showed that the character value of rubber seed oil of density and viscosity are 907.9 kg/m3 and33.5740 cSt. Functional group of rubber seed oil and biodiesel was C=O carbonil ester, C-O ester, C-H alkane, C-H aliphatic and –CH3. The character value biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, and B6 such as density are 887.37;
880.1; 898.67; 902.7; 897.9; and 886.9333 kg/m3, respectively. Viscosity are 21.1135; 19.8651; 16.3189; 16.7291; 19.7945; and 20.7268 cSt, respectively. Heat of combustion are 9420.3125; 8838.2115; 9458.48; 9821.6535; 9068.65; and 9215.28 cal/g, respectively Pour point are -9, -3, 3, 0, 6, and 0 oC, respectively, and Flash point are 210, 204, 196, 208, 198, and 184 oC, respectively. Biodiesel B1, B2 and B6 having density suitable with SNI 7182:2012. Biodiesel B1, B2, B3, B4, B5 and B6
having viscosity and heat of combustion were not suitable. But having pour point and flash point suitable with SNI 7182:2012. Based on the results, the best biodiesel was biodiesel B1 at 45oC with methanol/oil ratio 4/1.
Keyword : Rubber Seed Oil, Transesterification Condition, Character of Biodiesel.
iv
v
vi
vii MOTTO
Kita tidak tahu usaha keberapa yang akan berhasil. Seperti kita tak pernah tahu doa mana yang akan dikabulkan. Keduanya sama, PERBANYAKLAH!
Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum mereka mengubah dirinya sendiri (QS. Ar-Ra’d:11)
Mungkin perjalanan kita tidak sempurna, tetapi pembelajaran kita yang sempurna.
Percaya bahwa hidup di dunia ini tidak ada yang sia-sia. Membiarkan hidup dengan caranya sendiri menggiring kita menuju sebuah jawaban.
viii
PERSEMBAHAN
Tugas Akhir Skripsi ini aku persembahkan kepada :
Bapak dan Ibu yang senantiasa membimbing, mendoakan, memotivasi, dan selalu memberikan dukungan baik moril maupun materiil. Terimakasih atas
kasih sayang yang engkau berikan dengan tulus ikhlas.
Kakak-kakak ku yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan movitasi.
Bu Endang Dwi Siswani, M.T. yang selalu membimbing dengan sabar dan memberikan solusi-solusi terbaik.
Nikma Ulya yang menjadi partner dalam penelitian ini.
Sahabat-sahabatku Rizky Ifandriani, Nindyashinta M.D., Elga Riesta Puteri yang selalu memberikan dukungan.
Teman-teman seperjuangan Kimia E 2013 yang aku sayangi, terima kasih untuk kerjasamanya.
Almamaterku.
ix
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga atas kehendak-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Pemanfaatan Minyak Biji Karet (Hevea brasiliensis) sebagai Bahan Baku Biodiesel pada Variasi Suhu Transesterifikasi dan Rasio (Metanol/Minyak) pada Waktu 120 Menit”.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan skripsi ini tidak terlepas dari bimbingan, arahan, motivasi dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan ijin penelitian.
2. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta yang telah memberikan ijin penelitian.
3. Ibu Endang Dwi Siswani, M.T selaku pembimbing skripsi, yang telah memberikan bimbingan, ilmu, pertanyaan, saran, dan masukannya.
4. Bapak Dr. Drs. Crys Fajar Partana, M.Si selaku Penasehat Akademik yang telah memberikan bimbingan.
5. Ibu Susila Kristianingrum, M.Si selaku penguji utama, yang telah memberikan pertanyaan, kritik, dan saran.
6. Bapak Sunarto, M.Si selaku penguji pendamping, yang telah memberikan pertanyaan, kritik, dan saran.
7. Seluruh Dosen, Staff, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
x
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari adanya keterbatasan kemampuan, pengetahuan, dan pengalaman sehingga masih terdapat kekurangan.
Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.
Akhirnya besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Yogyakarta, Mei 2017
Penulis
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
PERSETUJUAN ... iv
PENGESAHAN ... v
PERNYATAAN ... vi
MOTTO ... vii
PERSEMBAHAN... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 4
C. Pembatasan Masalah ... 4
D. Rumusan Masalah ... 5
E. Tujuan Penelitian ... 5
F. Manfaat Penelitian ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7
A. Deskripsi Teori ... 7
1. Tanaman Karet ... 7
2. Biji Karet ... 8
3. Minyak Biji Karet ... 9
4. Minyak dan Lemak ... 10
5. Biodiesel ... 12
xii
6. Reaksi Esterifikasi ... 13
7. Reaksi Transesterifikasi ... 14
8. Analisis Spektroskopi FTIR ... 19
9. Parameter Analisis Biodiesel ... 20
B. Penelitian yang Relevan ... 24
C. Kerangka Berfikir... 26
BAB III METODE PENELITIAN ... 28
A. Subjek dan Objek Penelitian ... 28
1. Subjek Penelitian ... 28
2. Objek Penelitian ... 28
B. Variabel Penelitian ... 28
1. Variabel Bebas ... 28
2. Variabel Kontrol ... 28
3. Variabel Terikat ... 29
C. Alat dan Bahan Penelitian ... 29
1. Alat yang Digunakan ... 29
2. Bahan yang Digunakan ... 29
D. Tempat dan Waktu ... 29
E. Prosedur Penelitian... 30
1. Preparasi Sampel Biji Karet ... 30
2. Pengambilan Minyak ... 30
3. Penjernihan Minyak ... 30
4. Degumming ... 31
5. Penentuan Asam Lemak Bebas Minyak Biji Karet ... 31
6. Reaksi Esterifikasi ... 32
7. Reaksi Transesterifikasi ... 32
8. Analisis dengan Spekstroskopi FTIR ... 34
9. Analisis Parameter Biodiesel ... 34
a. Penentuan Massa Jenis ... 34
xiii
b. Penentuan Viskositas ... 35
c. Penentuan Titik Tuang (Pour Point) ... 35
d. Penentuan Titik Nyala (Flash Point) ... 36
e. Penentuan Kalor Pembakaran ... 36
F. Teknik Analisis Data ... 37
1. Penentuan FFA minyak biji karet ... 37
2. Penentuan Massa Jenis ... 37
3. Penentuan Viskositas ... 37
4. Penentuan Titik Tuang ... 38
5. Penentuan Titik nyala ... 39
6. Penentuan Kalor Pembakaran... 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
A. Hasil Penelitian ... 40
1. Karakteristik Minyak Biji Karet Hasil Pengepresan ... 40
2. Data Penentuan FFA Minyak Biji Karet Sebelum Esterifikasi ... 40
3. Data Penentuan FFA Minyak Biji Karet Setelah Esterifikasi ... 41
4. Hasil Spektrum FTIR Minyak Biji Karet dan Biodiesel ... 42
5. Hasil Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Biji Karet ... 45
B. Pembahasan ... 46
1. Pengambilan Minyak Biji Karet ... 46
2. Degumming ... 48
3. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas (FFA) Minyak Biji Karet ... 49
4. Reaksi Esterifikasi ... 49
5. Reaksi Transesterifikasi ... 50
6. Analisis dengan Spektroskopi IR ... 52
7. Analisis Parameter Biodiesel ... 55
a. Massa Jenis ... 56
b. Viskositas ... 58
c. Titik Tuang (Pour Point) ... 60
xiv
d. Titik Nyala (Flash Point) ... 61
e. Kalor Pembakaran ... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
A. Kesimpulan ... 65
B. Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
LAMPIRAN ... 72
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Komposisi Kimia Daging Biji Karet ... 9
Tabel 2. Karakteristik Minyak Biji Karet Mentah ... 10
Tabel 3. Daftar Korelasi Spektrum Infra Merah ... 20
Tabel 4. Syarat Mutu Biodiesel sesuai Standar SNI 7182: 2012 ... 21
Tabel 5. Kode Sampel Biodiesel Hasil Proses Transesterifikasi ... 34
Tabel 6. Hasil Pengukuran Massa Jenis Minyak Biji Karet... 40
Tabel 7. Hasil Pengukuran Viskositas Minyak Biji Karet ... 40
Tabel 8. Kadar Asam Lemak Bebas ( FFA) Minyak Biji Karet ... 41
Tabel 9. Kadar Asam Lemak Bebas ( FFA) Minyak Biji Karet Setelah Proses Esterifikasi ...41
Tabel 10. Hasil Karakteristik Bodiesel dari Proses Transesterifikasi Minyak Biji Karet ...46
Tabel 11. Interpretasi Spektroskopi IR Minyak Biji Karet dan Biodiesel ...53
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Pohon Karet ... 8
Gambar 2. Biji Karet ... 9
Gambar 3. Proses Pembentukan Trigliserida ... 12
Gambar 4. Reaksi Esterifikasi ... 14
Gambar 5. Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida ... 15
Gambar 6. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida ... 15
Gambar 7. Spektrum IR Minyk Biji Karet ... 42
Gambar 8. Spektrum IR Biodiesel B1 ... 42
Gambar 9. Spektrum IR Biodiesel B2 ... 43
Gambar 10. Spektrum IR Biodiesel B3 ... 43
Gambar 11. Spektrum IR Biodiesel B4 ... 44
Gambar 12. Spektrum IR Biodiesel B5 ... 44
Gambar 13. Spektrum IR Biodiesel B6 ... 45
Gambar 14. Proses Transesterifikasi ... 51
Gambar 15. Hasil Reaksi Transesterifikasi ... 52
Gambar 16. Hubungan Massa Jenis Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 57
Gambar 17. Hubungan Viskositas Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 59
Gambar 18. Hubungan Titik Tuang Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifiksi ... 60
Gambar 19. Hubungan Titik Nyala Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 61
Gambar 20. Hubungan Kalor Pembakaran Biodiesel dengan Suhu Reaksi Transesterifikasi ... 63
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Prosedur penelitian ...73
Lampiran 2. Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas Minyak Biji Karet.. ...82
Lampiran 3. Penentuan massa jenis air dan minyak serta biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6 ...84
Lampiran 4. Penentuan viskositas minyak dan biodiesel B1, B2, B3, B4, B5, dan B6 ...95
Lampiran 5. Spektrum Hasil IR Minyak Biji Karet ... 101
Lampiran 6. Spektrum Hasil IR Biodiesel B1 ... 102
Lampiran 7. Spektrum Hasil IR Biodiesel B2 ... 103
Lampiran 8. Spektrum Hasil IR Biodiesel B3 ... 104
Lampiran 9. Spektrum Hasil IR Biodiesel B4 ... 105
Lampiran 10. Spektrum Hasil IR Biodiesel B5 ... 106
Lampiran 11. Spektrum Hasil IR Biodiesel B6 ... 107
Lampiran 12. Hasil Uji Kalor Pembakaran Biodiesel B1, B2, dan B3 ... 108
Lampiran 13. Hasil Uji Kalor Pembakaran Biodiesel B4, B5, dan B6 ... 109
Lampiran 14. Hasil Uji Titik Tuang dan Titik Nyala B1, B2, dan B3 ... 110
Lampiran 15. Hasil Uji Titik Tuang dan Titik Nyala B4, B5, dan B6 ... 111
Lampiran 16. Dokumentasi Penelitian ... 112
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dewasa ini perkembangan teknologi yang semakin canggih tentunya membutuhkan energi yang tidak sedikit. Pemakaian energi yang besar dan tidak terkontrol akan mengakibatkan banyak ketidakseimbangan yang terjadi pada bumi ini. Kondisi alam yang tidak bersahabat, terjadinya pencemaran udara dan pemanasan global adalah contoh dari ketidakseimbangan tersebut. Energi yang digunakan saat ini berasal dari minyak bumi. Namun, eksploitasi yang berlebihan terhadap minyak bumi mengakibatkan persediaannya semakin menipis. Bukan suatu hal yang tidak mungkin bahwa bahan bakar yang berasal dari minyak bumi tersebut suatu saat akan habis. Selain ketersediaannya yang terus berkurang, bahan bakar alternatif wajib dipikirkan untuk meminimalisir kerusakan lingkungan global akibat emisi kendaraan berbahan bakar minyak.
Indonesia memerlukan pengembangan sumber energi terbarukan sebagai energi alternatif campuran bahan bakar untuk menghemat penggunaan minyak.
Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi terbarukan yang melimpah. Salah satunya adalah biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu solusi dari berbagai masalah tersebut. Biodiesel adalah bahan bakar alternatif pengganti minyak diesel yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau lemak hewan.
Biodiesel mudah digunakan, bersifat biodegradable, tidak beracun, dan bebas dari
2
sulfur dan senyawa aromatik. Selain itu, biodiesel mempunyai nilai flash point (titik nyala) yang lebih tinggi dari petroleum diesel sehingga lebih aman jika disimpan dan digunakan. Salah satu sumber minyak tumbuhan yang potensial di Indonesia adalah biji karet.
Potensi minyak biji karet cukup besar di Indonesia. Berdasarkan data dari Direktorat Jenderal Perkebunan dalam Andayani (2008) pada tahun 2003 Indonesia mempunyai total areal perkebunan karet sebesar 3.338.162 ha dengan proporsi tanaman karet yang menghasilkan adalah 2.035.058 ha (61%). Selain menghasilkan lateks, perkebunan karet juga menghasilkan biji karet sebanyak 1500 kg/ha/tahun yang belum termanfaatkan secara optimal. Dari luas areal tanaman tersebut, maka akan diproduksi biji karet sekitar 3.052.587 ton per tahun.
Biji karet mempunyai bentuk ellipsoidal, dengan panjang 2,5-3 cm, yang mempunyai berat 2-4 gram/biji. Biji karet terdiri dari 40-50% kulit yang keras berwarna coklat, 50-60% kernel yang berwarna putih kekuningan. Kernel biji karet terdiri dari 45,63% minyak, 2,71% abu, 3,71% air, 22,17% protein dan 24,21% karbohidrat sehingga biji karet berpotensi digunakan sebagai bahan baku biodiesel (Ikwuagwu et. all., 2000). Salah satu cara pengambilan minyak secara fisika adalah pengepresan sedangkan cara lain pengambilan minyak adalah dengan ekstraksi padat-cair dengan bantuan pelarut. Metode pengambilan minyak biji karet dengan pengepresan mekanik yaitu biji karet diberikan tekanan tinggi sehingga menyebabkan minyak yang terkandung didalamnya keluar. Akan tetapi, biji karet mempunyai kandungan air yang cukup besar sehingga dapat memicu
3
terjadinya hidrolisa trigliserida menjadi asam lemak. Oleh sebab itu, biji karet perlu dikeringkan terlebih dahulu sebelum dipres.
Pembuatan minyak biji karet menjadi biodiesel dapat dilakukan melalui reaksi transesterifikasi. Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan alkohol dan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani yang menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acids Methyl Esters/ FAME) atau biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping. Katalis yang digunakan pada proses transeterifikasi adalah basa atau alkali, biasanya digunakan natrium hidroksida (NaOH) atau kalium hidroksida (KOH) ( Hikmah
& Zuliyana, 2010: 5). Penggunaan katalis biodiesel yang berbeda akan mempengaruhi kualitas biodiesel yang dihasilkan. Selain jenis katalis, faktor- faktor yang mempengaruhi kadar metil ester dan kualitas biodiesel yang dihasilkan dari reaksi transesterifikasi adalah: rasio molar antara trigliserida dan alkohol, suhu reaksi lama pengadukan, kandungan air, dan kandungan asam lemak bebas pada bahan baku yang menghambat reaksi (Yuniwati & Karim, 2009: 132).
Sampai saat ini biji karet masih belum dimanfaatkan dengan baik, umumnya masih dibuang di setiap perkebunan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian tentang pembuatan biodiesel dari bahan baku minyak biji karet sehingga minyak biji karet dapat termanfaatkan dengan baik. Pada penelitian ini, biji karet yang digunakan berasal dari daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi suhu pada reaksi
4
transesterifikasi dan rasio metanol/minyak terhadap karakteristik biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet, serta mengetahui karakteristik biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka identifikasi masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Biji karet di Indonesia belum banyak dimanfaatkan.
2. Terdapat beberapa metode pengambilan minyak dari dalam biji karet.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi adalah jenis alkohol, suhu saat reaksi berlangsung, lama pengadukan, kadar FFA, dan kecepatan pengadukan selama proses reaksi.
4. Karakter biodiesel yang dihasilkan dari proses transesterifikasi.
5. Standar karakter biodiesel yang digunakan.
C. Pembatasan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang telah disebutkan, maka perlu dibatasi.
Pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Sampel biji karet yang digunakan berasal dari daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah.
2. Metode pengambilan minyak yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode pengepresan menggunakan mesin press hidrolik.
3. Jenis katalis yang digunakan adalah KOH 1%-berat minyak. Jenis alkohol
5
yang digunakan adalah metanol. Variasi suhu dalam penelitian ini adalah: 45, 65 dan 850C selama 120 menit.
4. Karakter biodiesel yang diuji meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang dan titik nyala, analisis spektrum IR.
5. Standar karakter biodiesel yang digunakan yaitu SNI 7182:2012 tentang biodiesel.
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Bagaimana karakter minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, dan analisa struktur dengan spektroskopi IR?
2. Bagaimana karakter biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR?
3. Bagaimana kesesuaian karakter biodiesel hasil sintesis jika dibandingkan dengan standar SNI 04-7182:2012?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui karakter minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, dan analisa struktur dengan spektroskopi IR.
6
2. Mengetahui karakter biodiesel hasil sintesis dari minyak biji karet yang meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
3. Mengetahui kesesuaian karakter biodiesel hasil sintesa jika dibandingkan dengan standar SNI 04-7182:2012.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Bagi Peneliti
a. Meningkatkan pengetahuan tentang bahan nabati yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
b. Memberikan informasi mengenai pengaruh suhu dan rasio metanol/minyak pada proses transesterifikasi pada pembuatan biodiesel dari minyak biji karet.
c. Memberikan informasi tentang kualitas biodiesel dari minyak biji karet, meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisa struktur dengan spektroskopi IR.
2. Bagi Masyarakat
a. Menambah pengetahuan bahwa biji karet ternyata dapat dijadikan sebagai biodiesel.
b. Memanfaatkan biji karet sehingga dapat meningkatkan nilai kegunaan dan nilai jualnya.
c. Memberikan suatu alternatif dalam hal sumber bahan bakar biodiesel.
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori 1. Tanaman Karet
Tanaman karet (Hevea brasiliensis) mulai dikenal di Indonesia sejak zaman penjajahan Belanda. Awalnya, tanaman karet ditanam di Kebun Raya Bogor sebagai tanaman yang baru dikoleksi. Selanjutnya, karet dikembangkan sebagai tanaman perkebunan dan tersebar di beberapa daerah di Indonesia (Suwarto, 2010: 70).
Tanaman karet dapat diklasifikasikan sebagai berikut : Divisi : Spermatophyta
Subdivisi : Angiospermae Kelas : Dicotyledonae
Ordo : Euphorbiales
Famili : Euphorbiaceae
Genus : Hevea
Spesies : Hevea brasiliensis (Tim Penebar Swadaya, 2008: 87).
Tanaman karet merupakan pohon yang tumbuh tinggi dan berbatang cukup besar. Tinggi pohon dewasa dapat mencapai 25 meter. Batang tanaman biasanya tumbuh lurus dan memiliki percabangan yang tinggi ke atas. Pada
8
beberapa perkebunan karet, terdapat kecondongan arah tumbuh tanaman karet agak miring menghadap ke utara. Batang tanaman ini mengandung getah yang dikenal dengan nama lateks (Tim Penebar Swadaya, 2008: 85).
Pohon karet dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Pohon Karet 2. Biji Karet
Biji karet terdiri dari kulit yang keras dan berwarna coklat (40-50% berat) dan kernel yang berwarna putih kekuning-kuningan (50-60% berat). Kernel biji karet terdiri dari 45,63% minyak, 2,71% abu, 3,71% air, 22,17% protein dan 24,21% karbohidrat (Arita, 2009:56).
9
Gambar biji karet dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Biji Karet
Komposisi kimia daging biji karet disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi kimia daging biji karet (Silam, 1998: 22)
Komponen Komposisi %
Kadar air Kadar lemak Kadar serat kasar
Kadar protein Kadar abu
6,10 50,56 15,30 18,60 3,21
3. Minyak Biji Karet
Menurut Hardjosuwito & Hoesnan (1976) dalam Andayani (2008) kandungan minyak dalam daging biji atau inti biji karet adalah 45-50 % dengan komposisi 17-22 % asam lemak jenuh yang terdiri atas asam palmitat, stearat, dan arakhidat, serta asam lemak tidak jenuh sebesar 77-82 % yang tediri atas asam oleat, linoleat, dan linolenat.
Pemanfaatan minyak biji karet dalam berbagai industri lebih lanjut ditentukan oleh sifat fisika dan kimianya. Berikut ditampilkan hasil analisis
10
karakteristik rninyak biji karet mentah. Karakteristik minyak biji karet mentah dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Karakteristik minyak biji karet mentah. (Susanto, 2001:4)
Parameter Nilai
Nilai safonifikasi (mg/g) 187,6 – 191,4
Bilangan Iod (mg/g) 133,8 – 146,6
Persentase bilangan tak tersabunkan (%) 0,6 – 1,0
Indeks refraksi 1,4743 – 1,4749
Specific grafity (15oC) 0,925 – 0,929
Minyak biji karet merupakan salah satu jenis minyak mongering (drying oil), yaitu minyak yang mempunyai sifat mengering jika terkena oksidasi dan
akan berubah menjadi lapisan tebal, bersifat kental dan membentuk sejenis selaput jika dibiarkan di udara terbuka (Ketaren, 1986). Asam-asam lemak yang terkandung dalam minyak biji karet adalah asam palmitat 32,125%, asam oleat 23,641%, asam stearat 7,962%, asam linoleat 32,410%, asam linolenat 1,182%, dan asam eicosatrinoat 1,069% (Sejati, 2012: 34).
4. Minyak dan Lemak
Minyak dan lemak termasuk salah satu anggota dari golongan lipid, yaitu merupakan lipid netral. Pada suhu kamar, lemak berbentuk padat sedangkan minyak berbentuk cair. Lemak merupakan lipid yang tersusun oleh relatif banyak asam lemak jenuh. Sedangkan minyak relatif banyak mengandung asam lemak tidak jenuh, baik tunggal maupun poli tidak jenuh (Hamamah, 2008)
11
Lemak merupakan bahan padat pada suhu ruang dikarenakan tingginya kandungan asam lemak jenuh yang tidak memiliki ikatan rangkap, sehingga mempunyai titik lebur yang lebih tinggi. Minyak merupakan bahan cair pada suhu ruang disebabkan tingginya kandungan asam lemak yang tidak jenuh, yang memiliki satu atau lebih ikatan rangkap di antara atom-atom karbonnya, sehingga mempunyai titik lebur yang rendah (Winarno, 2002 : 92).
Berikut ini adalah beberapa sifat umum dari minyak dan lemak : a. Minyak dan lemak tidak larut dalam air.
b. Minyak dan lemak larut dalam pelarut organik seperti benzene, eter, dan kloroform.
c. Minyak dan lemak mengandung atom karbon, hidrogen, oksigen, dan terkadang mengandung nitrogen dan fosfor.
d. Apabila dihidrolisis, lemak dan minyak akan menghasilkan asam lemak.
Menurut Ketaren (1986) minyak merupakan trigliserida yang tersusun atas tiga unit asam lemak,berwujud cair pada suhu kamar (25°C) dan lebih banyak mengandung asam lemak tidak jenuh sehingga mudah mengalami oksidasi.
Minyak yang berbentuk padat biasa disebut dengan lemak. Minyak dapat bersumber dari tanaman, misalnya minyak zaitun, minyak jagung, minyak kelapa, dan minyak bunga matahari. Minyak dapat juga bersumber dari hewan, misalnya minyak ikan sardin, minyak ikan paus dan lain-lain.
12
Proses pembentukan trigliserida terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Proses Pembentukan Trigliserida (Singarimbun, 2016).
5. Biodiesel
Biodiesel merupakan sumber energi alternatif pengganti solar yang terbuat dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, tidak mengandung sulfur dan tidak beraroma. Biodiesel dihasilkan dengan mereaksikan minyak tanaman dengan alkohol menggunakan zat basa sebagai katalis pada suhu dan komposisi tertentu, sehingga akan dihasilkan dua zat yang disebut alkil ester (umumnya metil atau etil ester) dan gliserin (Arita, dkk, 2009:56).
Biodiesel dapat diaplikasikan secara langsung untuk mesin diesel tanpa melalui modifikasi terlebih dahulu dan memiliki kelebihan lain dibandingkan dengan solar, yaitu tidak beracun, karena biodiesel tidak mengandung sulfur serta senyawa aromatik, sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah lingkungan (Mulyadi, 2011: 439).
Menurut Haryanto (2002), Biodiesel memiliki beberapa kelebihan dibanding bahan bakar diesel petroleum. Kelebihan tersebut antara lain :
a. Merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi
13 b. Mempunyai bilangan setana yang tinggi.
c. Mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx.
d. Terdapat dalam fase cair.
Bahan bakar diesel dikehendaki relatif mudah terbakar sendiri (tanpa harus dipicu dengan letikan api busi) jika disemprotkan ke dalam udara panas bertekanan. Tolok ukur dari sifat ini adalah bilangan setana, yang didefinisikan sebagai kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri.
6. Reaksi Esterifikasi
Esterifikasi merupakan suatu reaksi antara asam karboksilat dan alkohol membentuk ester dengan bantuan katalis asam. Esterifikasi merupakan salah satu tahapan dalam pembuatan biodiesel yang bertujuan untuk menurunkan nilai bilangan asam lemak bebas pada minyak nabati yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Pada umumnya proses esterifikasi dilakukan dengan menggunakan katalis asam cair seperti HCl dan H2SO4 (Sudradjat, Marsubowo,
&Yuniarti).
Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120° C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi
14
sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam (Fajar & Hendrawati, 2015: 3).
Faktor penting yang dapat mempengaruhi reaksi esterifikasi dan transesterifikasi adalah penggunaan metanol yang berlebih agar air yang terbentuk dari reaksi dapat dapat diserap oleh metanol sehingga tidak menghalangi jalannya reaksi pengubahan asam lemak bebas menjadi metal ester (Soerawidjaja, 2006 dalam Ningtyas, Budhiyanti, & Sahubawa, 2013: 107).
Reaksi esterifikasi terlihat pada Gambar 4. (Setyawardhani, 2010).
Gambar 4. Reaksi Esterifikasi 7. Reaksi Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi didefinisikan sebagai reaksi antara alkohol dan trigliserida membentuk alkil ester dan gliserol. Alkil ester inilah yang disebut sebagai biodiesel. Sementara itu, trigliserida adalah komponen utama penyusun minyak dan lemak yang merupakan triester dari gliserol dengan asam-asam lemak. Karena menggunakan alkohol sebagai salah satu reaktannya, reaksi ini sering disebut juga sebagai reaksi alkoholis (Budiman, 2014: 36).
15
Contoh reaksi transesterifikasi pada trigliserida adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Reaksi Transesterifikasi pada Trigliserida
Mekanisme reaksi transesterifikasi pada trigliserida ditunjukkan pada Gambar 6. sebagai berikut:
16
17
Gambar 6. Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Metal Ester Asam Lemak dari Triasilgliserol yang Dikatalis oleh Basa (Suwarso, Gani, & Kusyanto, 2008: 47)
Dalam reaksi transesterifikasi diperlukan adanya katalis yang bertujuan untuk mempercepat laju reaksi. Tanpa adanya katalis, dapat dicapai konversi yang tinggi. Namun, reaksi akan berjalan sangat lambat (Budiman, 2014: 36).
Ada beberapa pilihan katalis reaksi yang dapat digunakan dalam proses transesterifikasi, antara lain berupa alkali, katalis asam, atau enzim. Katalis alkali yang biasa digunakan antara lain NaOH, KOH, karbonat, natrium etoksida (C2H5ONa), natrium peroksida (Na2O2) dan natrium butoksida (C4H9NaO). Katalis assam yang digunakan antara lain asam sulfat, asam sulfonat, dan asam hidroklorida. Sedangkan sebagai katalis enzim dalam proses transesterifikasi biasa digunakan lipase (Nilawati, 2012: 18).
Pada reaksi transesterifikasi, metanol lebih umum digunakan karena harganya lebih murah dan lebih mudah untuk direcovery. Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan. Untuk mendorong reaksi agar bergerak ke kanan sehingga dihasilkan methyl ester (biodiesel) maka perlu digunakan
18
alkohol dalam jumlah berlebih atau salah satu produk yang dihasilkan harus dipisahkan (Yuniwati & Karim, 2009: 131).
Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan transesterifikasi adalah:
a. Suhu
Kenaikan suhu akan diikuti dengan kenaikan kecepatan reaksi pembentukan biodiesel semakin tinggi suhu sehingga semakin besar konversi yang dihasilkan. Namun suhu reaksi biodiesel sebaiknya berada di bawah titik didih pereaksi alkoholnya yakni metanol yang memiliki titik didih 65oC.
Keberadaan suhu di atas titik didih metanol dikhawatirkan akan menyebabkan penguapan metanol yang akan menghambat laju reaksi (Nilawati, 2012: 20).
b. Katalis
Katalis adalah substansi yang dapat meningkatkan laju reaksi pada suatu reaksi kimia yang mendekati kesetimbangan dimana katalis tersebut tidak terlibat secara permanen. Katalis meningkatkan laju reaksi dengan cara mempengaruhi energi pengaktifan suatu reaksi kimia. Keberadaan katalis akan menurunkan energi pengaktifan, sehingga reaksi dapat berjalan dengan cepat (Utomo & Laksono, 2007: 111).
Katalis yang digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dapat menggunakan katalis asam maupun katalis basa. Katalis basa yang dapat digunakan antara lain, NaOH, KOH, NaOCH3, dan KOCH3. Konsentrasi katalis yang semakin tinggi akan semakin meningkatkan laju reaksi pembentukan
19
biodiesel. Konsentrasi katalis basa yang digunakan biasanya antara 0,5-1,5% dari jumlah minyak nabatinya (Nilawati, 2012: 19).
c. Waktu Reaksi
Lamanya waktu reaksi mempengaruhi jumlah produk yang diperoleh.
Semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak produk yang dihasilkkan karena semakin banyak reaktan yang saling bertumbukan satu sama lain.
Setelah produk terbentuk maka waktu reaksi menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap reaksi (Tohari, 2015:19).
d. Pengadukan
Pada reaksi transesterifikasi, reaktan-reaktan awalnya membentuk sistem cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara fase-fase yang berlangsung lambat. Pengadukan akan mempercepat jalannya reaksi. Setelah produk terbentuk maka pengadukan menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap reaksi. Pengadukan dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan campuran reaksi yang bagus. Pengadukan yang tepat akan mengurangi hambatan antar massa (Purwono, 2003).
8. Analisis Spektroskopi FTIR
Spektroskopi inframerah merupakan salah satu metode dalam identifikasi struktur suatu senyawa yaitu dengan mengetahui adanya gugus- gugus fungsional utama dalam suatu sampel. Pada spektroskopi inframerah, setiap gugus fungsi pada suatu senyawa akan menyerap radiasi inframerah pada panjang gelombang yang karakteristik.
20
Apabila sinar inframerah dilewatkan melalui cuplikan, maka sejumlah molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state). Molekul - molekul tertentu dalam suatu senyawa akan menyerap
sinar infra merah pada frekuensi yang tertentu pula, jika dalam molekul tersebut ada transisi tenaga. Transisi yang terjadi dalam serapan infra merah berkaitan dengan perubahan-perubahan dalam vibrasinya (Tohari, 2015: 24).
Tabel 3. Daftar Korelasi Spektra FTIR (Kinasih, 2016: 21)
Jenis Vibrasi Frekuensi (cm-1) Panjang Gelombang (µ) C = O
Aldehida Keton
Asam Karboksilat Ester
1740 – 1720 1725 – 1705 1725 – 1700 1750 – 1730
5,75 – 5,81 5,80 – 5,87 5,80 – 5,88 5,71 – 5,78 C – O (Aldehid, Ester,
Eter, Asam Karboksilat) 1300 - 1000 7,69 – 10,0 C – H Alkana
-CH3 -CH2 Alkena
3000 – 2850 1450 – 1375
1465 3100 – 3000
3,33 – 3,51 6,90 – 7,27
6,83 3,23 – 3,33 C = C Alkena
Aromatik
1680 – 1600 1600 – 1475
5,95 – 6,25 6,25 – 6,78
9. Parameter Analisis Biodiesel
Biodiesel yang telah terbentuk harus memiliki standar mutu agar dapat diaplikasikan ke dalam mesin diesel. Berikut ini adalah standar mutu biodiesel berdasarkan SNI 7182:2012 yang disajikan pada Tabel 4.
21
Tabel 4. Syarat Mutu Biodiesel Standar SNI 7182:2012 (anonim, 2012).
No Parameter SNI 7182:2012
1 Massa jenis pada 40 °C (Kg/m3) 850-890 2 Viskositas kinematic pada 40 °C (cSt) 2,3-6,0
3 Angka setana Min 51
4 Titik nyala (mangkok tertutup) (°C) Min. 100
5 Titik kabut (°C) Maks. 18
6 Korosi lempeng tembaga (3 jam pada 50 °C) Maks. No 3 7
Residu karbon (%-massa) - Dalam contoh asli
- Dalam 10 % ampas destilasi
Maks 0,05 Maks. 0,30
8 Air dan sedimen (%-vol) Maks 0,05*
9 Temperature destilasi 90% (°C) Maks. 360
10 Abu tersulfatkan (%-massa) Maks. 0,02
11 Belerang (ppm-m (mg/kg)) Maks. 100
12 Fosfor (ppm-m (mg/kg)) Maks. 10
13 Angka asam (mg-KOH/g) Maks.0,8
14 Gliserol bebas (%-massa) Maks.0,02
15 Gliserol total (%-massa) Maks.0,24
16 Kadar ester alkil (%-massa) Min. 96,5 17 Angka iodium (%-massa (g-I2/100g)) Maks.115
18 Uji halpen Negative
Parameter -parameter analisis biodiesel antara lain : a. Massa jenis
Massa jenis adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan massa bahan bakar minyak pada temperatur tertentu terhadap air pada volume dan temperatur yang sama. Bahan bakar minyak umumnya
22
mempunyai massa jenis antara 850-890 kg/m3, dengan kata lain massa jenis bahan bakar minyak lebih rendah daripada air (Havendri, 2008: 39).
b. Viskositas
Viskositas adalah suatu ukuran dari besarnya perlawanan suatu bahan bakar cair untuk mengalir. Viskositas yang besar akan menyebabkan kerugian gesekan di dalam pipa, kerja pompa akan berat, sulit penyaringannya, dan kemungkinan kotoran ikut terendap dan sulit mengabutkan bahan bakar.
Sedangkan viskositas yang terlalu rendah akan mengakibatkan bahan bakar dikabutkan terlalu halus, sehingga penetrasi ke ruang bakar rendah sehingga dapat merusak nozzle karena kurang pelumasan (Havendri, 2008: 39).
Viskositas suatu bahan bakar menjadi parameter yang sangat penting karena akan berpengaruh pada kinerja injektor mesin (Riyanti, Poedji & Catur, 2012:
76).
3. Titik Tuang (Pour Point)
Titik tuang yakni suatu angka yang menyatakan titik temperatur terendah dari bahan bakar minyak dimana bahan bakar masih dapat mengalir karena gaya gravitasi (Mulyadi, 2011: 442).
Titik tuang ini diperlukan untuk persyaratan praktis dari prosedur penimbunan dan pemakaian dari bahan bakar. Bahan bakar sulit dipompa/dialirkan di bawah suhu titik tuang (Suyanto & Arifin, 2003: 17).
23 a. Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala adalah temperatur dimana uap bahan bakar tepat menyala jika berdekatan dengan api. Makin tinggi angka setananya maka makin rendah titik penyalaannya. Titik nyala tidak memiliki efek pada unjuk kerja motor diesel. Titik nyala hanya diperlukan untuk pertimbangan keamanan dalam penyimpanan dari bahan bakar tersebut (Havendri, 2008: 39). Titik nyala ini diperlukan sehubungan dengan adanya pertimbangan-pertimbangan mengenai keamanan dari penimbunan minyak dan pengangkutan bahan bakar minyak terhadap bahaya kebakaran, (Rama, Roy, & Makmuri, 2006: 66 - 67).
b. Kalor Pembakaran
Maksud dari pengukuran kalor pembakaran biodiesel adalah untuk memperoleh data tentang energi kalor yang dapat dibebaskan oleh suatu bahan bakar dengan terjadinya proses pembakaran (Sinarep & Mirmanto, 2011).
Nilai kalori adalah angka yang menyatakan jumlah panas/ kalori yang dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah bahan bakar dengan udara/
oksigen. Nilai kalori bahan bakar minyak berkisar antara 10.160 -11.000 Kkal/kg. Nilai kalori berbanding terbalik dengan berat jenis artinya semakin besar berat jenisnya maka semakin kecil nilai kalorinya. Sebagai contoh solar lebih berat daripada bensin, tetapi nilai kalorinya lebih besar bensin. Nilai kalori diperlukan untuk dasar perhitungan jumlah konsumsi bahan bakar minyak yang dibutuhkan mesin dalam suatu periode tertentu, (Suyanto & Arifin, 2003: 16).
24 B. Penelitian yang Relevan
Menurut Ramadhas, Jayaraj & Muraleedharan (2005) dengan judul
”Characterization and effect of using rubber seed oil as fuel in the compression ignition engines” menyebutkan bahwa minyak biji karet cukup menjanjikan sebagai Sumber bahan bakar alternatif. Penelitian yang dilakukan Ahmad dkk (2014) dengan judul “Study of fuel properties of rubber seed oil based biodiesel”
menyebutkan bahwa Konsentrasi katalis dan rasio alkohol terhadap minyak dalam reduksi FFA dan untuk variabel transesterifikasi yang paling mempengaruhi adalah rasio alkohol terhadap minyak. Pada penelitian ini dilakukan variasi rasio metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1.
Menurut Yuniwati & Karim (2009: 130-136) dalam penelitiannya yang berjudul “Kinetika Reaksi Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas (jelantah) dan Metanol dengan Katalisator KOH” menunjukkan katalisator KOH dapat mempercepat reaksi ke arah kanan antara trigliserid dan alkohol. Penelitian tersebut juga menyimpulkan bahwa katalis KOH dapat memperlambat reaksi ke arah kiri yaitu reaksi antara gliserol dan ester.
Menurut Widayat dan Suherman (2012) dalam penelitiannya yang berjudul “Biodiesel Production from Rubber Seed Oil Via Esterification Pocess”
menunjukkan bahwa kadar asam lemak bebas pada biji karet sangat tinggi (hampir 17%). Asam lemak bebas ini dapat diubah menjadi metil ester (biodiesel) melalui proses esterifikasi.
25
Menurut Fachri (2006: 98-105) dalam penelitiannya tentang pembuatan biodiesel dari minyak dedak padi menyatakan bahwa laju reaksi semakin cepat dengan bertambahnya suhu reaksi, volume metanol yang ditambahkan, berat katalis yang digunakan, dan kecepatan pengadukan. Penelitian yang dilakukan oleh Rachimoellah dkk (2009) dengan judul “Production of Biodiesel through Transesterification of Avocado (Persea gratissima) Seed Oil Using Base Catalyst” menunjukkan bahwa adanya pengaruh suhu dan rasio minyak molar terhadap metanol terhadap kadar metil ester biodiesel. Pada penelitian ini dilakukan variasi suhu transesterifikasi dan rasio metanol/minyak.
Penelitian Kusumaningtyas dan Bachtiar (2012) yang berjudul “Sintesis Biodisel dari Minyak Biji Karet dengan Variasi Suhu dan Konsentrasi KOH untuk Tahapan Transesterifikasi” menunjukkan hasil terbaik dalam variasi katalis KOH dan suhu pada reaksi transesterifikasi minyak biji karet menjadi metil ester adalah pada katalis KOH 1% dan suhu 600C. Pada penelitian ini konsentrasi KOH yang digunakan adalah 1%-berat minyak dan dilakukan variasi suhu transesterifikasi yaitu 45, 65, dan 85oC .
Pernah dilakukan penelitian oleh Yusuf (2010) yang berjudul “Sintesis dan Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Biji Karet (Hevea Brasiliensis) melalui Proses Estrans (Esterifikasi-Transesterifikasi)” yang menggunakan katalisator NaOH. Dalam penelitian kali ini, katalisator yang digunakan pada proses transesterifikasi yaitu KOH. Selain itu, suhu yang digunakan pada penelitian ini
26
yaitu 45, 65 dan 85 °C dan lama waktu pengadukan selama 120 menit dengan rasio metanol/minyak adalah 4/1 dan 8/1.
C. Kerangka Berfikir
Kebutuhan energi di Indonesia kini semakin meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pola konsumsi energi yang semakin meningkat. Ketersediaan energi di Indonesia semakin lama semakin menipis. Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari sumber-sumber energi lain yang dikenal dengan energi terbarukan. Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari bahan-bahan yang terdapat di alam dan dapat diproduksi dalam waktu yang cepat atau tidak akan habis. Salah satu jenis dari energi terbarukan tersebut adalah biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu energi alternatif untuk menggantikan bahan bakar minyak (fosil) yang berasal dari bahan alam yang dapat diperbaharui.
Tanaman karet merupakan tanaman yang hidup didaerah tropis seperti Indonesia. Biji karet belum dimanfaatkan secara maksimal. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa biji karet memiliki kandungan minyak 40-50%-b/b. Minyak yang terkandung dalam biji karet tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel.
Pada penelitian ini, minyak biji karet diambil dengan cara pengepresan.
Minyak biji karet yang sudah terambil digunakan sebagai bahan utama pembuatan biodiesel. Proses pembuatan biodiesel dilakukan melalui reaksi transesterifikasi . Pada reaksi transesterifikasi digunakan katalis basa yakni KOH dengan
27
konsentrasi 1% b/b selama 120 menit dengan variasi suhu yaitu 45, 65 dan 85 °C dan perbandingan rasio metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1. Pengujian biodiesel hasil transesterifikasi dilakukan dengan instrumen spektroskopi Infra merah. Uji karakter biodiesel yang dihasilkan berupa massa jenis, viskositas, kalor pembakaran, titik tuang, dan titik nyala.
28 BAB III
METODE PENELITIAN
.
A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian
Subjek penelitian ini adalah biji karet (Hevea brasiliensis) 2. Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah biodiesel dari hasil reaksi transesterifikasi minyak biji karet (Hevea brasiliensis)
B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas
Variabel bebas pada penelitian ini adalah suhu pada reaksi transesterifikasi yakni 45, 65 dan 850C, serta rasio molar metanol/minyak yaitu 4/1 dan 8/1.
2. Variabel Kontrol
Variabel kontrol pada penelitian ini adalah biji karet yang digunakan berasal dari PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah, konsentrasi KOH 1%-berat minyak, dan jenis alkohol yang digunakan yaitu metanol p.a, serta waktu transesterifikasi yaitu 120 menit.
29 3. Variabel Terikat
Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakter biodiesel yang dihasilkan, meliputi: massa jenis, viskositas, nilai kalor pembakaran, titik tuang, titik nyala serta analisis spektrum FTIR.
C. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: seperangkat alat pres, bom kalorimeter di Laboratorium Teknologi Minyak Bumi Gas dan Batubara Teknik Kimia Fakultas Teknik UGM, neraca analitik, oven, corong, corong pisah, gelas ukur, statif dan klem, labu leher tiga, gelas beker, piknometer, pipet tetes, pipet gondok, pro pipet, termometer, penangas air, kaca arloji, magnetic stirrer, oswald, hot plate, erlenmeyer, sentriguse, dan buret.
2. Bahan yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji karet, arang aktif, larutan KOH 1%, metanol, akuades, larutan NaOH 0,1 N, indikator PP, etanol 96%, kristal asam oksalat, H2SO4 18M sebanyak 2%-berat minyak, larutan H3PO4 20%.
D. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY, Laboratorium Rekayasa PAU-UGM, Laboratorium Terpadu UII, Laboratorium Pusat Massa PAU-UGM, Laboratorium Teknologi Minyak Bumi, Gas, dan Batubara Jurusan Teknik Kimia FT UGM.
30 E. Prosedur Penelitian
1. Preparasi Sampel Biji Karet
Biji karet diperoleh dari PTPN IX Semarang, Jawa Tengah. Teknik pengambilan sampel dilakukan secara acak yang biasa disebut dengan teknik random sampling. Sampel yang diambil dianggap mewakili dari biji karet
yang ada di daerah PTPN IX, Semarang, Jawa Tengah. Biji karet ini kemudian diberi perlakuan awal yaitu dikeringkan di bawah sinar matahari selama kurang lebih 7 hari. Biji karet ini kemudian dikupas untuk mengambil bagian daging biji karet. Setelah itu daging biji karet dilakukan pengeringan kembali dengan menggunakan oven hingga sampel bebas air.
2. Pengambilan Minyak
a. Sebanyak 200 gram daging biji karet yang telah dipanaskan dalam oven dan dalam keadaan panas dimasukkan ke dalam tabung pres yang pada bagian bawah tabung sudah diberi kain saring.
b. Tabung pres ditutup kemudian mesin pres hidrolik dinyalakan.
c. Tuas pres ditarik ke bawah dengan tekanan 240 kN.
d. Minyak biji karet yang dihasilkan ditampung dalam wadah.
e. Langkah tersebut dilakukan secara berulang-ulang hingga seluruh biji karet habis.
3. Penjernihan Minyak
a. Ditimbang minyak biji karet hasil pengepresan sebanyak 1000 gram.
b. Ditimbang arang aktif sebanyak 10 gram.
31
c. Arang aktif dicampurkan kedalam 1000 gram minyak biji karet.
d. Campuran tersebut digojog dan didiamkan selama 48 jam.
e. Minyak disaring dengan menggunakan kertas saring secara berulang-ulang hingga jernih.
4. Degumming
a. Minyak biji karet dipanaskan di atas hot plate stirrer hingga mencapai suhu 80 oC sambil terus diaduk dengan magnetic stirrer.
b. Ditambahkan larutan asam fosfat 20% sebanyak 0,3% -berat minyak dan diaduk selama 30 menit.
c. Minyak biji karet dimasukkan ke dalam corong pisah dan dicuci dengan air hangat. Pencucian dilakukan secara berulang-ulang sampai air buangan mencapai pH netral.
d. Air yang masih tersisa di dalam minyak dihilangkan dengan cara pemanasan sampai suhu minyak 120 oC, lalu minyak dibiarkan hingga dingin pada suhu ruang.
5. Penentuan Asam Lemak Bebas (Free Fatty Acid / FFA) Minyak Biji Karet
a. Minyak biji karet ditimbang sebanyak 3 gram kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer.
b. Ditambahkan 50 ml etanol 96% netral.
c. Campuran tersebut dipanaskan hingga suhu mencapai 45oC.
d. Ditambahkan 3 tetes indikator phenolphtalein (PP).
32
e. Campuran tersebut dititrasi dengan larutan NaOH 0,1 N yang sudah distandarisasi sampai diperoleh warna merah jambu dan tidak hilang selama 30 detik.
f. Langkah tersebut diulangi sebanyak 3 kali.
g. Dilakukan perhitungan untuk menentukan kadar FFA minyak biji karet.
6. Reaksi Esterifikasi
a. Minyak biji karet ditimbang sebanyak 120 gram dengan menggunakan neraca analitik.
b. Ditimbang Katalis H2SO4 18M sebanyak 2% dari berat minyak dan dilarutkan dalam metanol yang akan dicampurkan ketika esterifikasi dengan berat metanol 21,5243 gram (rasio mol metanol : minyak = 20:1).
c. Minyak biji karet yang telah ditimbang dipanaskan di atas hot plate stirrer hingga suhu 60oC.
d. Setelah suhu mencapai 60oC, campuran katalis H2SO4 18M dan metanol di masukkan ke dalam minyak biji karet dan diaduk selama 60 menit.
e. Setelah melalui proses esterifikasi, campuran didinginkan dan dilakukan proses pemisahan fase aqueous dan fase minyak dengan menggunakan sentrifuge selama 30 menit.
7. Reaksi Transesterifikasi
a. Minyak biji karet ditimbang dengan neraca analitik sebesar 120 gram.
b. Katalis KOH ditimbang sebanyak 1,2 gram, dan dilarutkan ke dalam metanol yang akan dicampurkan ketika transesterifikasi dengan berat metanol
33
sebesar 17,3696 gram (rasio mol metanol : minyak = 4:1).
c. Minyak biji karet yang telah ditimbang kemudian dipanaskan pada alat refluks hingga suhu mencapai 45°C. Pemanasan dilakukan dengan waterbath dan dilengkapi magnetic stirrer.
d. Setelah suhu tersebut tercapai, campuran katalis KOH dan metanol dimasukkan ke dalam minyak biji karet dan diaduk selama 120 menit.
e. Setelah itu, campuran didinginkan, dan didiamkan selama 24 jam. Kemudian biodiesel terbentuk pada lapisan bagian atas dan gliserol pada lapisan bagian bawah lalu dipisahkan.
f. Selanjutnya dilakukan proses pencucian biodiesel dengan menambahkan sejumlah air lalu didiamkan selama 24 jam.
g. Selanjutnya dilakukan proses pemurnian biodiesel dengan cara memanaskan biodiesel pada suhu 110 °C hingga diperoleh berat yang konstan.
h. Ulangi langkah a sampai g dengan suhu 65 dan 85 °C.
i. Ulangi langkah a sampai g dengan rasio molar metanol : minyak = 8:1 pada suhu 45, 65, dan 85 °C.
Kode sampel biodiesel hasil proses transesterifikasi minyak biji karet dapat dilihat pada Tabel 5.
34
Tabel 5. Kode Sampel Biodiesel Hasil Proses Transesterifikasi Rasio mol
(metanol:minyak) Suhu (oC) Kode Sampel 4:1
45 B1
65 B2
85 B3
8:1
45 B4
65 B5
85 B6
8. Analisis dengan Spekstroskopi FTIR
Menyiapkan sampel minyak biji karet dan biodiesel B1, B2, B3, B4, B5,dan B6 kemudian minyak biji karet dan masing- masing biodiesel dianalisis dengan spektrokopi IR.
9. Analisis Parameter Biodiesel a. Penentuan massa jenis
1) Piknometer dibersihkan lalu dikeringkan .
2) Piknometer tersebut ditimbang dalam keadaan kosong (massa piknometer kosong/Po).
3) Piknometer diisi dengan biodiesel B1 hingga penuh dan tidak ada gelembung udara didalamnya.
4) Piknometer tersebut kemudian direndam dalam bak air pada suhu 30 oC selama 30 menit.
5) Setelah direndam lalu piknometer tersebut dikeringkan kemudian ditimbang (massa piknometer isi/Pi). Massa jenis biodiesel dihitung dengan
35
mencari selisih massa piknometer isi dikurangi massa piknometer kosong per volume piknometer.
6) Langkah tersebut diatas dilakukan pada biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6.
b. Penentuan Viskositas
1) Massa jenis akuades ditentukan terlebih dahulu dengan menggunakan alat piknometer.
2) Alat Oswald diisi dengan akuades secukupnya dan menaikkan akuades lebih tinggi dari tanda paling atas.
3) Lubang ditutup dengan jari, lalu jari dilepaskan dan stopwatch dihidupkan ketika air tepat pada tanda bawah dan menghitung waktu yang diperlukan untuk mengalir.
4) Langkah tersebut diatas dilakukan dengan mengganti akuades dengan sampel biodiesel B1, B2,B3, B4, B5,dan B6.
5) Dilakukan perhitungan untuk menentukan massa jenis biodiesel B1, B2,B3, B4, B5,dan B6.
c. Penentuan titik tuang
1) Sampel dituang ke dalam wadah kemudian dipanaskan dalam waterbath hingga suhu mencapai 115oF lalu didinginkan hingga suhu 90oF.
2) Sampel dimasukkan ke dalam Pensky-Martensclosedup kemudian temperatur alat mulai diturunkan.
3) Setiap penurunan suhu 5oF dilakukan pengecekan kebekuan dengan memiringkan wadah sampel. Bila sampel sudah mulai menimbulkan kabut
36
pada dinding alat pengukur temperatur tersebut dicatat sebagai titik kabut dan temperatur dimana sampel mulai membeku dicatat sebagai titik tuang.
4) Langkah tersebut di atas dilakukan pada biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6
5) Dilakukan perhitungan untuk menentukan titik tuang biodiesel.
d. Penentuan Titik Nyala
Titik nyala ditentukan dengan jalan memanaskan contoh yang ditempatkan di dalam cawan dengan kecepatan pemanasan yang tetap, yaitu 5-6
oC/menit untuk alat uji Cleveland dan Pensky Martens; 1 oC/menit untuk alat uji Abel. Selanjutnya pada kenaikan suhu tertentu setelah contoh mencapai suhu tertentu 17-28 oC di bawah flash point yang diperkirakan untuk alat uji Cleveland dan Pensky Martens; 9 oC di bawah titik nyala yang diperkirakan untuk alat uji Abel, nyala uji diarahkan pada permukaan contoh untuk setiap kenaikan suhu 2
oC untuk alat uji Cleveland dan Pensky Martens, dan setiap kenaikan suhu 0,5 oC untuk alat uji Abel. Suhu paling rendah dimana uap minyak dalam campurannya dengan udara menyala, dicatat sebagai titik nyala.
e. Penentuan Kalor Pembakaran
1) Sampel biodiesel disiapkan sesuai dengan kondisi alat yang akan digunakan (bom calorimeter).
2) Sampel yang telah disiapkan, dimasukkan dalam bom calorimeter untuk mendapatkan nilai kalor pembakaran.
37 F. Teknik Analisis Data
1. Penentuan FFA minyak biji karet
Penentuan FFA minyak karet dilakukan dengan mengunakan rumus sebagai berikut:
FFA =
x 100%
Keterangan :
𝑉 = Volume titrasi NaOH (mL)
BM = Berat molekul asam lemak (gram/mol) W = massa sampel biodiesel (gram)
2. Penentuan Massa Jenis
Penentuan massa jenis menggunakan rumus:
𝜌𝑎=
Keterangan :
Vp = volume piknometer yang digunakan (mL) Mx = massa piknometer + akuades (gram) M0 = massa piknometer kosong (gram)
𝝆𝑎 = massa jenis akuades pada suhu 25oC (gram.ml-1) 3. Penentuan Viskositas
Mengisi alat Oswald dengan akuades secukupnya dan menaikkan akuades lebih tinggi dari tanda paling atas. Setelah itu tutup lubang dengan jari dan siapkan stopwatch, lalu lepaskan jari dan hidupkan stopwatch ketika air tepat
38
pada tanda bawah dan menghitung waktu yang diperlukan untuk mengalir.
Mengulangi langkah 2 sebanyak 3 kali. Mengulangi langkah ini untuk biodiesel B1, B2,B3, B4, B5,dan B6. Viskositas dihitung dengan rumus:
Keterangan:
= Viskositas biodiesel (cSt atau mm2/s)
= Viskoditas cairan pembanding, yaitu air : cSt atau mm2/s) = Massa jenis biodiesel (km/m3)
= Mass jenis air
= Waktu alir biodiesel melalui kapiler = Waktu alir air melalui kapiler 4. Penentuan Titik Tuang
Sampel dituang ke dalam wadah kemudian dipanaskan dalam waterbath sampai temperatur 115 oF, lalu didinginkan hingga temperatur 90 oF. Setelah itu sampel dimasukkan ke dalam alat pengukur lalu temperatur alat mulai diturunkan. Setiap penurunan temperatur 5 oF dilakukan pengecekan kebekuan dengan memiringkan wadah sampel. Bila sampel sudah mulai menimbulkan kabut pada dinding alat pengukur temperatur tersebut dicatat sebagai titik kabut dan temperatur dimana sampel mulai membeku dicatat sebagai titik tuang.
Ulangi langkah ini untuk biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6.
39 5. Penentuan Titik nyala
Sampel dimasukkan dalam wadah alat Pensky-Martens closed up.
Kemudian alat dihubungkan dengan pompa dan tangki bensin, ujung penyala dinyalakan, termometer dipasang serta pemanas dan pengaduk dijalankan. Setiap kenaikan temperatur 5oF, pengaduk dimatikan dan ujung nyala ditundukkan kepermukaan sampel untuk mengecek nyala. Temperatur pertama kali munculnya nyala dicatat sebagai titik nyala. Ulangi langkah iniuntuk biodiesel B2,B3, B4, B5,dan B6.
6. Penentuan Kalor Pembakaran
Mempersiapkan sampel biodiesel BA, BB,BC, BD, BE,dan BFsesuai dengan kondisi alat yang akan digunakan (bom calorimeter). Sampel yang telah disiapkan, dimasukkan dalam bom calorimeter untuk mendapatkan nilai kalor pembakaran. Ulangi cara kerja ini untuk biodiesel BB,BC, BD, BE,dan BF.
