PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI RANDU
MENGGUNAKAN KATALIS KOH KULIT RANDU SEBAGAI UPAYA
GREEN ENERGY AND TECHNOLOGY
Mudzofar Sofyan
*), Ayu Chyntia, Prafitra Asih R.S.P., Ilham Tanjung, Zeno Rizqi R.,
dan Noer Abyor Handayani
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, SH, Tembalang, Semarang, 50275, Telp/Fax: (024)7460058
*)Penulis korespondensi: mudzofars@gmail.com
Abstrak
Biodiesel merupakan biofuel yang menjadi salah satu solusi masalah energi dunia. Biodiesel sebagai upaya Green Energy menuntut penelitian tentang biodiesel yang dibuat dari minyak biji randu menggunakan katalis KOH yang juga dari kulit randu. Tujuan penelitian ini untuk membuat biodiesel dari minyak biji randu dengan katalis KOH kulit randu, mengetahui variabel yang paling berpengaruh terhadap yield biodiesel yang dihasilkan dan variabel ya ng optimal untuk respon terbaik. Proses pembuatan biodisel ini menggunakan proses transesterifikasi. Minyak biji randu dianalisis dahulu kadar FFA (asam lemak bebas) menggunakan metode titrimetri. Kemudian mereaksikan minyak biji randu dengan metanol. Transesterifikasi adalah reaksi trigliserida dengan metanol menghasilkan biodiesel dan gliserol. Dalam penelitian ini digunakan model faktorial desain 23 yang akan divariasikan tiga variabel dengan masing-masing variabel digunakan dua level, sebagai level atas, dan level bawah. Dari analisa faktorial desain didapatkan bahwa variabel yang paling berpengaruh adalah var iabel rasio pereaktan. Hasil dari penelitian ini menunjukkan yield optimal terdapat pada kombinasi variabel suhu 30 oC, waktu 30 menit dan rasio pereaktan 15:1. Yield terbesar yang didapat sebesar 89,1% dan kadar metil ester sebesar 99,28% dengan kadar minimal menurut SNI 96,5%. Biodiesel dari minyak biji randu dapat secara murah dan alami dibuat, ditunjukkan dengan hasil analisa karakter biodiesel yang semua parameternya memenuhi syarat SNI.
Kata kunci: biji randu; minyak biji randu; biodiesel; KOH kulit randu; transesterifikasi
PENDAHULUAN
Kebutuhan energi khususnya minyak bumi dari hari ke hari semakin meningkat, bahkan konsumsinya melebihi kapasitas yang seharusnya. Total produksi minyak bumi dunia pada triwulan ketiga tahun 2012 sebesar 89,33 jutabarel/hari, sedangkan total konsumsinya mencapai 90,08 jutabarel/hari (EIA, US Departement of Energy, 2011). Keadaan ini diperkirakan akan berlangsung terus-menerus. Jika hal ini dibiarkan begitu saja, maka suatu saat akan terjadi kelangkaan bahan bakar minyak bumi (BBM). Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak bumi di dunia, namun sampai saat ini masih mengimpor bahan bakar minyak (BBM) untuk mencukupi kebutuhan bahan bakar minyak di sektor transportasi dan energi. Tercatat total konsumsi minyak bumi Indonesia tahun 2009 sebesar 1,2 jutabarel/hari dan total supply minyak bumi sebesar 1 jutabarel/hari (EIA International Energy Statistic, 2011). Ketidaksesuaian antara kebutuhan dan jumlah produksi minyak dalam negeri menimbulkan kelangkaan dan dapat berdampak pada kenaikan harga minyak bumi.
Keadaan tersebut menuntut dikembangkannya teknologi bahan bakar alternatif yang murah, mudah didapat, persediaannya melimpah, serta berasal dari sumber daya alam Indonesia. Biodiesel merupakan salah satu solusi energi alternatif yang tepat. Penggunaan dan perkembangan biofuel, dalam hal ini biodiesel, bahkan semakin meluas di berbagai negara. Di Amerika Serikat produksi biofuel pada tahun 2006 adalah 334 ribubarel/hari dan meningkat menjadi 887 ribubarel/hari pada tahun 2010. Di Brazil produksi biofuel 307 ribubarel/hari pada tahun 2006 dan meningkat menjadi 527 ribubarel/hari pada tahun 2010 (EIA International Energy Statistic, 2011).
Salah satu bahan alami yang dapat digunakan sebagai material dalam pembuatan biodisel adalah biji randu. Biji randu mengandung 24%-40% minyak, sehingga sangat berpotensi untuk dikembangkan menjadi produk biodisel (Soerawidjaja, 2005). Minyak biji randu memiliki banyak keunggulan: mudah didapat, harganya relatif murah, kadar asam lemak tak jenuhnya tinggi (71.95%), dan bilangan iodine yang memenuhi standar spesifikasi biodiesel (88 g/g) (Hambali dkk., 2006; Prihandana dan Hendroko, 2007). Setiap gelendong buah randu mengandung 26% biji buah randu sehingga tiap 100 kg gelendongnya bisa menghasilkan 26 kg biji randu (Dewajani, 2008). Biodiesel dari minyak biji randu memiliki angka iodine yang tinggi. Semakin tinggi bilangan iodine, maka titik tuang (pour point) minyak biji randu menjadi semakin rendah. Keadaan terbebut menjadikan biodiesel dari bahan baku minyak biji randu diminati oleh negara-negara bermusim dingin, sehingga biodiesel dari minyak biji randu dapat dijadikan komoditas ekspor yang potensial (Dewajani, 2008).
Keberadaan bahan baku yang cukup melimpah merupakan kesempatan besar untuk bisa dikembangkan menjadi pilihan energi alternatif yang dikembangkan dalam skala komersial. Di Kabupaten Pasuruan terdapat perkebunan kapuk randu sejumlah 12.604 hektar, dengan 2.048.757 pohon randu dan produksi mencapai 4.170 ribu ton dapat menghasilkan lebih dari 7900 ton biji randu. Minyak biji randu selama ini hanya digunakan sebagai bahan baku alat penerangan, minyak pelumas, campuran coating pada genting, campuran pada kain batik, serta sumber protein untuk sapi dan domba.
Biodiesel dari minyak biji randu dapat dibuat melalui reaksi transesterifikasi yang dibantu dengan menggunakan katalis basa. Katalis basa yang sering digunakan adalah basa hidroksida seperti NaOH dan KOH.
Penelitian awal tentang biodiesel dengan bahan baku minyak biji randu menggunakan katalis NaOH menyimpulkan bahwa pembuatan biodiesel optimal pada suhu 400C (Dewajani, 2008). Pada penelitian lain, Kalium Hidroksida (KOH) dapat diperoleh dari alam atau dibuat menggunakan sintesis kimia. Secara alami, KOH dapat diperoleh dari kulit randu karena kandungan Kalium pada kulit randu cukup tinggi. Gregorius (2011) dalam penelitiannya berhasil mengekstrak abu kulit buah kapuk yang mengandung 78,95% kalium karbonat menjadi soda qie untuk selanjutnya dilarutkan menjadi kalium hidroksida. Adanya potensi untuk penggunaan KOH dari kulit randu memberikan peluang baru untuk menggunakan produk alam yang ramah lingkungan dalam rangka mewujudkan green energy. Energi hijau adalah energi yang berasal dari tanaman hidup (biomassa) yang terdapat di sekitar kita atau sering disebut sebagai bahan bakar hayati atau biofuel. Energi ini tidak akan habis selama tersedia tanah, air, cahaya matahari dan memiliki keinginan untuk menanam, membudidayakan, serta mengolahnya menjadi produk bermanfaat seperti bahan bakar. Hal tersebut yang melatarbelakangi dilakukannya penelitian tentang pembuatan biodiesel dari minyak biji randu menggunakan katalis KOH dari kulit randu dengan metode transesterifikasi.
Tujuan penelitian ini untuk membuat biodiesel dari minyak biji randu dengan katalis KOH kulit randu, mengetahui variabel yang paling berpengaruh terhadap yield biodiesel yang dihasilkan dan variabel yang optimal untuk respon terbaik.
METODE PENELITIAN
Bahan. Minyak biji randu yang digunakan dalam penelitian ini dibeli dari pengumpul dengan harga 12.500/liter
dan memiliki angka asam sebesar 35,952 mgKOH/mg minyak. Bahan yang digunakan untuk pembuatan biodiesel adalah minyak biji randu, KOH kulit randu dengan kadar 0,9%, KOH (p.a), H2SO4 97%, aquadest dan
methanol 96%.
Alat. Alat – alat yang digunakan adalah labu leher tiga, agitator, pendingin balik, waterbath, hotplate heater, beaker glass, dan termometer. Rangkaian alat penelitian dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 1. Rangkaian alat utama pembuatan biodiesel menggunakan proses transesterifikasi
Prosedur. Sebelum digunakan, minyak biji randu dianalisa bilangan asam, penyabunan untuk memudahkan
randu dengan methanol sesuai kebutuhan dengan menambahkan katalis H2SO4 97%. Setelah kandungan FFA
minyak biji randu < 2%, masuk ke langkah transesterifikasi.
Minyak biji randu yang sudah siap dengan volume tertentu dimasukkan ke dalam labu leher tiga, masukkan metanol, katalis KOH dan sintetis sesuai variabel, panaskan pada suhu sesuai variabel dengan kecepatan 400 rpm selama waktu tertentu (sesuai variabel), setelah proses transesterifikasi selesai, produk didiamkan selama 24 jam hingga terbentuk 2 lapisan, lapisan atas berupa metil ester dan lapisan bawah berupa gliserol. metil ester yang terbentuk dikeringkan pada suhu 100oC untuk menghilangkan air dan sisa metanol yang masih ada, setelah itu ditentukan variable yang paling optimal dengan menggunakan analisa factorial design.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Variabel dan yield percobaan transesterifikasi biodiesel
Pembahasan
Penentuan Variabel yang paling berpengaruh
Untuk menentukan variabel yang paling berpengaruh, hasil penelitian dianalisa menggunakan Factorial Design metode Quicker. Langkah-langkah analisanya seperti berikut:
1. Pembuatan Kode statistika
Dalam olah data statistika hasil dari penelitian ini digunakan system pengkodean sebagai berikut Suhu reaksi (T) = 30 (-), 70 (+)
Waktu reaksi (t) = 30 (-), 120 (+) Rasio pereaktan (R) = 6:1 (-), 15:1 (+) Tabel olah data statistik hasil percobaan:
Tabel 2. Hasil olah data menggunakan analisa factorial design metode quicker
2. Penghitungan efek
Pengaruh dari sebuah variabel ditentukan berdasarkan efek yang didapat (Anderson dan Whitcomb). Dari perhitungan efek diatas terlihat bahwa efek variabel tunggal yang paling berpengaruh adalah efek rasio pereaktan (R). Hal ini berarti rasio pereaktan perlu dijadikan variabel yang lebih banyak divariasikan rentangnya pada penelitian-penelitian selanjutnya. Sementara itu kombinasi antar variabel yang paling berpengaruh adalah kombinasi antara suhu reaksi dan rasio pereaktan (TR). Sehingga diharapkan pada penelitian-penelitian selanjutnya kombinasi antara suhu dan rasio pereaktan selalu diikutsertakan.
Karakter Biodiesel yang Dihasilkan
Analisa karakteriasasi biodiesel merupakan hasil akhir dari produk biodiesel yang dihasilkan. Dari hasil analisa yang didapat bisa dibandingkan dengan syarat biodiesel yang terdapat di SNI 04-7182-2006 sebagai berikut:
Tabel 3. Komparasi karakter biodiesel yang dihasilkan dengan standar SNI
Parameter yang dianalisa Hasil Analisa SNI
Densitas (40 oC) 852,597 Kg/m3 850-890 Kg/m3
Dari hasil tersebut dapat diamati biodiesel yang dihasilkan memenuhi semua parameter SNI yang ditetapkan. Artinya, biodiesel yang dihasilkan dari penelitian ini dapat secara langsung dipakai sesuai peruntukannya, yaitu sebagai bahan bakar pengganti solar.
Kadar KOH dalam KOH kulit randu
Dari hasil analisa kadar KOH dalam KOH kulit randu didapatkan kadar sebesar 0,9%. Tentunya dengan kadar sekecil ini, jauh dibawah perkiraan bahwa KOH kulit randu merupakan zat kimia dengan nama KOH. Maka dari itu, perlu dicari tahu alasan mengapa kadar yang tercatat sangat kecil dari sebuah zat yang seharusnya mempunyai kemurnian tinggi.
Analisa yang dilakukan di Akademi Kimia Industri Semarang ini adalah analisa mengenai kadar KOH dengan sampel cair berupa larutan metoxide. Larutan metoxide merupakan campuran antara KOH–dalam hal ini KOH kulit randu−dengan methanol. Sedangkan KOH murni tentu saja mempunyai kelarutan yang berbeda dengan KOH kulit randu terhadap methanol. Terlihat dari wujudnya yang lebih padat dengan penyebaran yang tidak homogen, KOH kulit randu diduga mempunyai kelarutan yang lebih kecil dari KOH sintetis terhadap methanol. Dari indikasi di atas, alasan kecilnya kadar bisa jadi karena sekecil itulah banyak KOH kulit randu yang larut dalam methanol.
Analisa tersebut memang dilakukan melalui larutan metoxide. Hal itu disebabkan oleh penyebaran padatan KOH kulit randu yang tidak merata di semua sisi (heterogen), sehingga jika dilakukan sampling padatan di satu sisi maka kadarnya tidak akan sama dengan sampling berikutnya di sisi lain. Maka dari itu, analisa dilakukan terhadap campuran KOH kulit randu yang dilarutkan dalam methanol untuk memperoleh sampel homogen.
Dari penelitian mengenai KOH kulit randu menyebutkan bahwa di dalam abu kulit randu terdapat K2CO3
daripada kadar analisa sebesar 0,9% yang telah dilakukan. Maka dari itu, perlu untuk dilakukan analisa lebih lanjut mengenai kadar KOH secara pasti dalam padatan KOH kulit randu.
Dari penelitian pembuatan biodiesel yang dilakukan, digunakan kadar 0,9% tersebut sebagai dasar pengambilan jumlah katalis sehingga masa katalis yang digunakan terlalu besar jika dikaitkan dengan kebenaran asumsi di atas. Kecilnya hasil analisa tersebut menimbulkan kesulitan dalam pemggunaannya sebagai katalis. Untuk mendapatkan katalis KOH seberat 1,5% saja, dibutuhkan KOH kulit randu lebih dari 300 gram dalam 200 gram minyak. Untuk mencegah terjadinya slurry dan untuk mempermudah reaksi, penelitian ini menggunakan campuran KOH kulit randu dan KOH murni, sehingga penggunaan KOH kulit randu tidak terlalu banyak. Pada hasilnya, ternyata hal tersebut tidak banyak menurunkan rendemen metil ester yang dihasilkan dari berbagai variabel yang dijalankan. Yield terbesar yang didapat sebesar 89,1% dihitung dari jumlah masuknya minyak pada reaksi transeserifikasi dan kadar metil ester sebesar 99,28% dengan kadar minimal menurut SNI 96,5%. Biodiesel yang dihasilkan juga menunjukkan kualitas yang layak digunakan dengan ditunjukkan oleh parameter yang semuanya memenuhi syarat SNI.
KESIMPULAN
Biji buah randu merupakan komoditi yang potensial untuk dibuat biodiesel, terkait dengan melimpahnya bahan tersebut di sejumlah daerah di Indonesia. Meskipun jumlahnya tidak sebanyak minyak sawit yang telah dikembangkan sebagai biodiesel, minyak biji randu tergolong non-edible oil sehingga tidak mengurangi pasokan minyak pangan. Biodiesel dari minyak biji randu dapat secara murah dan alami dibuat, ditunjukkan dengan hasil analisa karakter biodiesel yang semua parameternya memenuhi syarat SNI. Selain itu, KOH kulit randu bisa digunakan sebagai katalis alami dengan kadar KOH yang besar. Variabel yang paling berpengaruh terhadap reaksi transesterifikasi adalah variabel rasio pereaktan. Yield terbesar (variabel optimal) terdapat pada run kelima dengan suhu 30 oC, waktu 30 menit, rasio pereaktan 15:1 sebesar 89,1%. Variabel optimal ini menunjukkan bahwa dengan waktu yang cukup singkat, dan suhu yang rendah, reaksi berhasil terjadi pada reaktor transesterifikasi sederhana tanpa menggunakan reaktor biodiesel modern seperti reaktor superkritis yang terkesan cepat dan konversi tinggi. Tentu saja reaktor modern seperti ini lebih mahal, dan sulit untuk dibuat dibanding dengan reaktor sederhana yang menggunakan labu leher tiga yang dihubungkan dengan pendingin.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Noer Abyor Handayani, ST. MT. selaku dosen pembimbing penelitian ini, kepada jurusan Teknik Kimia Universitas Diponegoro (UNDIP), dan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi (Dirjen Dikti) yang telah mendanai penelitian ini melalui Program Kreatifitas Mahasiswa.
DAFTAR PUSTAKA
Destianna, Mescha, (2007), Intensifikasi Proses Produksi Biodiesel, Institut Teknologi Bandung dan PT. Rekayasa Industri
Dewajani, Heny, (2008), Potensi Minyak Biji Randu (Ceiba pentandra) sebagai Alternatif Bahan Baku Biodiese, Laboratiorium Satuan Operasi Skala Kecil Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Malang Hambali, Erliza dkk., (2006), Diversifikasi Produk Olahan Jarak Pagar dan Kaitannya dengan Corporate
Social Responsibility (CSR) Perusahaan Swasta di Indonesia, Eka Tjipta Foundation, Bogor Hart, Suminar, (1983), Kimia Organik „Suatu Kuliah Singkat Edisi Keenam. Erlangga, Jakarta
H. Soerawidjaja, Tatang, (2005), Membangun Industri Biodiesel di Indonesia „Beberapa Skenario dan Persoalan Pengembangan yang Perlu Dicermati‟, Forum Biodiesel Indonesia (FBI). Bandung
Kusmiyati, (2008), Reaksi Katalitis Esterifikasi Asam Oleat dan Metanol Menjadi Biodiesel dengan Metode Distilasi Reaktif, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Marchetti, J.M. and Errazu, A.F., (2008), Comparisson Of Different Heterogeneous Catalysts And
Different Alcohols For The Estherification Reaction Of Oleic Acid, Fuel, 87. 3477-3480
Musanif, Jamil, (2008), Biodiesel. Subdit Pengelolaan Lingkungan. Direktorat PEngelolaan Hasil Pertanian Ditjen Pengolahan dan Pemasaran Hasil Pertanian
Nur Alam Syah, Andi, (2006), Biodiesel Jarak Pagar. PT. Agromedia Pustaka. Depok
Prihandana, Rama dan Hendroko, Roy, Nuramin, Makmuri, (2006), Menghasilkan Biodiesel Murah : Mengatasi Polusi & Kelangkaan BBM, PT Agro Media Pustaka. Jakarta.
Prihandana, Rama dan Hendroko, Roy, (2007), Energi Hijau „Pilihan Bijak Menuju Negeri Mandiri Energi‟. Penebar Swadaya. Jakarta
Sibarani, Johan; Syahrul Khairi; Yoeswono; Karna Wijaya dan Iqmal Tahir, (2007), Pengaruh Abu Tandan Kosong Kelapa Sawit pada Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menjadi Biodiesel. Indo. J. Chem., 2007, 7(3), 314-319
