PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KARET
(HEVEA BRASILIENSIS) DENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI DAN NaOH SEBAGAI KATALIS
Rizka Kurniawan 1* Bagus Maryanto 1
1 Program Studi Teknik Kimia UPN’Veteran’Yogyakarta
*riezt.k@gmail.com
ABSTRAK
Ada dua proses pembuatan biodiesel dari minyak nabati, yaitu proses transesterifikasi ataupun esterifikasi- transesterifikasi. Pada tahap transesterifikasi biodiesel digunakan 3 variabel yang berbeda untuk memperoleh kondisi optimum pembuatan biodiesel. Ketiga variabel tersebut adalah waktu reaksi (30, 60, 90,120, 150) menit, suhu reaksi (400 ,500, 600, 700) 0C dan variable katalis NaOH 0,3%, 0,5%, 0,7%, 1% dari berat minyak karet. Dari penelitian ini diperoleh kondisi operasi optimum pembuatan biodiesel, yaitu ketika kondisi operasi dijalankan pada konsentrasi katalis NaOH sebesar 0,7% berat minyak, suhu reaksi 600C, dan waktu reaksi selama 120 menit dengan konversi biodiesel sebesar 81,4856%. Berdasarkan uji sifat fisis yang telah dilakukan, biodiesel dari minyak biji Karet telah memenuhi syarat dari standar mutu biodiesel yang telah ditetapkan.
Kata kunci: transesterifikasi, biodiesel, biji karet
ABSTRACT
There are two processes for making biodiesel from vegetable oil, that is the transesterification or esterification- transesterification process. In the biodiesel transesterification stage, 3 different variables are used to obtain the optimum conditions for making biodiesel. The three variables are reaction time (30, 60, 90,120, 150) minutes, reaction temperature (400, 500, 600, 700)C and the catalyst variable NaOH 0.3%, 0.5%, 0.7%, 1% of the weight of rubber oil.
From this research, the optimum operating conditions for making biodiesel were obtained, that is when the operating conditions were carried out at a concentration of 0.7% oil by weight of NaOH catalyst, a reaction temperature of 600C, and a reaction time of 120 minutes with a biodiesel conversion of 81.4856%. Based on the physical properties test that has been carried out, biodiesel from rubber seed oil has met the requirements of the predetermined biodiesel quality standards.
Key words: transesterification, biodiesel, rubber seeds
1. Pendahuluan
Bahan bakar minyak bumi adalah salah satu sumber energi utama yang banyak digunakan berbagai negara di dunia pada saat ini. Kebutuhan bahan bakar ini yang selalu meningkat, seiriing dengan penggunaanya di bidang industri maupun transportasi. Ketersediaan bahan bakar minyak bumi yang terbatas dan sifatnya yang tidak atau sulit terbarukan, sehingga diprediksikan akan ada kelangkaan bahan bakar minyak bumi. Keadaan inilah yang menimbulkan adanya krisis energi, sebuah topik yang banyak dikemukakan berbagai negara. Dua buah laporan terbaru dari Congressional Research Service (CRS) pada tahun 1985 dan 2003 kepada Komisi Energi di Kongres Amerika Serikat, menyebutkan bahwa cadangan sumber energi bahan bakar fosil dunia khususnya minyak bumi, diperkirakan hanya cukup untuk 30- 50 tahun lagi.
Penggunaan minyak bumi juga membawa dampak yang negatif terhadap lingkungan. Kajian
ekologi modern dan lingkungan hidup (environmental studies) yang dilakukan oleh para ilmuwan menerangkan bahwa pembakaran bahan bakar fosil sangat mungkin mengubah susunan dan kandungan gas-gas yang berada di lapisan atas atmosfer bumi. Kondisi ini kemungkinan akan meningkatkan suhu rata-rata permukaan bumi.
Kondisi di atas semakin membuka peluang penggunaan bahan bakar terbarukan.
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang lebih bersih pembakarannya dibandingkan bahan bakar dari fosil. Minyak nabati dapat dikonversikan menjadi biodiesel yaitu bahan bakar untuk mesin diesel dengan proses transesterifikasi menggunakan KOH sebagai katalis menghasilkan bahan bakar biodiesel dan hasil samping berupa gliserol (Supranto, dkk, 2003). Selain karena alasan ketersediaan minyak bumi yang terbatas, pengembangan biodiesel dari minyak tumbuhan juga karena sifat bahan baku yang dapat diperbaharui. Di dalam penggunaannya,
bahan bakar biodiesel akan menghasilkan karbon dioksida (CO2 ) yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan. Selain mengurangi efek rumah kaca, penggunaan biodiesel juga meningkatkan kualitas udara lokal dengan mereduksi emisi gas berbahaya, seperti karbon monoksida (CO), ozon (O3), nitrogen oksida (NOX), sulfur dioksida (SO2) dan hidrokarbon reaktif lainnya, serta asap dan partikel yang dapat terhirup. Kadar emisi gas buang seperti CO, CO2, NOX, SO2, dan hidrokarbon dari bahan bakar campuran biodiesel dari minyak nabati dan solar lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar solar murni sehingga aman terhadap lingkungan
Penggunaan biodiesel memberikan banyak keuntungan, misalnya tidak perlu memodifikasi mesin, menghasilkan lebih sedikit emisi CO2, CO, SO2, karbon, dan hidrokarbon dibandingkan dengan bahan bakar diesel dari fraksi minyak bumi, tidak memperparah efek rumah kaca karena rantai karbon yang terlibat dalam siklus merupakan rantai karbon yang pendek, kandungan energinya mirip dengan bahan bakar minyak (sekitar 80% dari kandungan bahan bakar minyak), mempunyai angka setana lebih tinggi dari bahan bakar minyak, penyimpanannya mudah karena titik nyalanya tinggi, biodegradable, dan tidak beracun (Tickell, 2000).
Minyak nabati, seperti minyak sawit, minyak kelapa, minyak biji jarak, minyak kacang tanah, telah menarik perhatian para peneliti sebagai sumber energi terbarukan yang potensial untuk menghasilkan bahan bakar minyak, yang merupakan energi alternatif yang menjanjikan.
Minyak nabati yang mempunyai viskositas 20 kali lebih tinggi daripada viskositas bahan bakar diesel fosil. Viskositas yang tinggi ini mengakibatkan proses atomisasi bahan bakar yang buruk sehingga menghasilkan pembakaran yang tidak sempurna.
Kekentalan minyak nabati dapat dikurangi dengan memotong cabang rantai karbon dengan proses transesterifikasi dengan menggunakan alkohol rantai pendek, seperti etanol atau methanol.
Penelitian ini menggunakan minyak biji karet sebagai bahan mentahnya, karena minyak yang diambil dari biji karet dapat menggantikan peranan dan fungsi solar, yaitu sebagai bahan bakar bio diesel. Pengembangan tanaman karet (Hevea brasiliensis) sebagai bahan baku biodiesel mempunyai potensi yang sangat besar, karena menghasilkan minyak dengan produktivitas tinggi.
Tanaman karet memiliki kandungan minyak yang relatif besar, yaitu 30-35% berat.
2. Metode Penelitian 2.1 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak biji karet (CV.Che-mix Pratama), mentanol (CH3OH), asam sulfat (H2SO4), natrium hidroksida (NaOH), dan aquadest (H2O).
Rangkaian alat yang digunakan seperti gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Alat
2.2 Analisis Bahan Baku
Analisis bahan baku untuk mengetahui komposisi minyak biji karet dengan menggunakan GC-MS. Hasil GC-MS pada tabel 1 kemudian dianalisa dan diambil persentase area yang besar.
Dari hasil analisa GC-MS tersebut, maka dapat diketahui BM Asam Lemak campuran sebesar 279 gram/mol. Hasil FFA diperoleh sebesar 20,870%.
Tabel 1. Hasil Analisa GC-MS
2.2 Proses Tranesterifikasi
Transesterifikasi merupakan metoda yang sering digunakan untuk mengkonversi asam lemak menjadi ester dengan katalis basa. Proses transesterifikaasi yaitu reaksi antara senyawa alkohol dengan minyak nabati sehingga menghasilkan gliserin dan methyl ester. Proses transesterifikasi bertujuan mengubah asam-asam lemak dari trigliserida dalam bentuk ester dengan bantuan alkohol seperti metanol atau etanol
Keterangan:
1. Labu leher tiga 2. Termometer 3. Pengaduk 4. Water batch 5. Motor pengaduk 6. Pendingin balik 7. Statif dan klem
(Suhartono, 2001). Diagram alir proses disajikan pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Proses
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Pengaruh Waktu dan Suhu Reaksi Terhadap Konversi Biodiesel
Proses transesterifikasi untuk mendapatkan metil ester atau biodiesel. Volume minyak biji karet yang digunakan 60ml, metanol 40ml dan NaOH 0,5% berat minyak biji karet serta kecepatan pengadukan 500rpm. Variable waktu dan suhu yang digunakan (30, 60, 90, 120, 150 menit), suhu (40, 50, 60, 70 0C).
Pengaruh waktu reaksi terhadap konversi biodiesel cukup signifikan. Hal tersebut terlihat pada gambar 3 yang menunjukkan bahwa pembentukan biodiesel terjadi dengan cepat seiring bertambahnya waktu reaksi. Pada menit 30 hingga 120 terjadi kenaikan persentase konversi. Hal ini disebabkan faktor tumbukan antara molekul minyak dengan metanol selama waktu reaksi berlangsung masih sangat besar, sehingga metil ester yang terbentuk juga besar. Semakin lama waktu reaksi, jumlah minyak dan metanol yang bereaksi semakin berkurang dan menyebabkan tumbukan antar molekul-molekulnya juga semakin lambat sehingga penambahan terbentuknya metil ester juga semakin kecil sampai salah satu dari reaktan kemungkinan telah habis bereaksi.
Penambahan terbentuknya metil ester semakin kecil setelah reaksi berlangsung selama 120 menit, pada waktu tersebut dicapai titik optimum
pembentukan biodiesel. Setelah waktu 120 menit, konversi biodiesel yang dihasilkan akan cenderung mendekati konstan.
Gambar 3. Grafik Hubungan Waktu Reaksi terhadap Konversi
Pada gambar 4 menunjukkan pengaruh suhu reaksi terhadap konversi biodiesel. Semakin tinggi suhu reaksi maka konversi biodiesel akan semakin besar. Namun, konversi biodiesel akan turun ketika suhu reaksi berlangsung diatas titik didih pereaksi (metanol). Hal ini disebabkan karena sebagian metanol akan menguap lebih dahulu dibandingkan dengan minyak dan jumlah metanol dalam cairan akan berkurang, meskipun uap yang terbentuk juga diembunkan tetapi memerlukan waktu untuk menjadi cairan kembali. Karena adanya pembatasan waktu reaksi, maka sebagian metanol yang sudah teruapkan belum sempat berubah fasa menjadi cair kembali. Akibatnya jumlah minyak dan metanol yang bereaksi semakin kecil, hal ini mengakibatkan konversi biodiesel yang dihasilkan juga akan mengalami penurunan.
Dari grafik dapat dilihat konversi optimum biodiesel diperoleh pada suhu 60oC sebesar 75,04%.
Gambar 4. Grafik Hubungan Suhu Reaksi terhadap Konversi
43.00 49.80
56.21 62.60
62.77
0 10 20 30 40 50 60 70
0 30 60 90 120 150 180
KonversiBiodiesel(%)
Waktu (menit)
62.60 68.69 75.04
55.97
0 10 20 30 40 50 60 70 80
20 30 40 50 60 70 80
KonversiBiodiesel(%)
Suhu (0C)
3.2 Pengaruh Penambahan Katalis NaOH Terhadap Konversi Biodiesel
Variabel penambahan katalis NaOH yang digunakan 0,3%, 0,5%, 0,7%, 1% dari berat minyak karet. Konsentrasi katalis dengan konversi biodiesel tertinggi dicapai pada konsentrasi NaOH 0,7 % dari berat minyak terlihat pada gambar 5.
Gambar 5. Grafik Hubungan Konsentrasi Katalis terhadap Konversi
Semakin besar konsentrasi NaOH, maka semakin besar juga konversi biodiesel yang dihasilkan. Tetapi pada konsentrasi NaOH 1% dari berat minyak akan terjadi penurunan konversi biodiesel. Hal ini disebabkan terbentuknya reaksi samping transesterifikasi yaitu reaksi penyabunan.
Hal ini terlihat dari terbentuknya gel akibat terlalu banyaknya sabun yang terbentuk, dengan demikian konversi biodiesel yang dihasilkan akan turun.
3.3 Uji Sifat Fisis
Uji sifat fisis biodiesel dilakukan untuk mengetahui densitas, viskositas kinematik, titik nyala, dan titik beku yang sesuai dengan parameter standar biodiesel yang telah ditetapkan.
Perbandingan sifat biodiesel dari minyak biji karet dengan biodiesel standar mutu tersaji pada table 2 berikut:
Tabel 2. Sifat Fisis Biodiesel.
Parameter Satuan Nilai Standar Mutu
Biodiesel Minyak
Biji Karet Massa jenis
(Densitas) kg/m3 850-890 872,1
Viskositas
kinematik mm2/s 2,3-6,0 2,63 Titik nyala
(flash point)
oC Min 100 115
Titik beku (pour point)
oC Max 18 -7
Dari uji sifat fisik yang telah dilakukan, biodiesel dari minyak biji karet sudah memenuhi syarat dari standar mutu biodiesel yang sudah ditetapkan. Dengan demikian minyak biji karet dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan di atas kondisi operasi optimum pembuatan biodiesel, yaitu ketika kondisi operasi dijalankan pada konsentrasi katalis NaOH sebesar 0,7% berat minyak, suhu reaksi 600C, dan waktu reaksi selama 120 menit dengan konversi biodiesel sebesar 81,4856%.Hasil uji sifat fisis biodiesel pun memenuhi syarat standar mutu.
5. Ucapan Terima Kasih
Penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini.
6. Daftar Pustaka
Badan Standarisasi Nasional. 2006. Standar Nasional Indonesia untuk Biodiesel: SNI 04-7182-2006.
Knothe, G., Van, Gerpen J., Krahl, J., 2005, The Biodiesel Handbook, AOCS Press, Illinois.
Novia, Hareani Yuliyati, Riska Yuliandhika. 2009.
Pemanfaatan Biji Karet Sebagai Semi Drying Oil Dengan Metode Ekstraksi Menggunakan Pelarut N-Heksana. Jurnal Teknik Kimia Universitas Sriwijaya. No 4. Vol 16.
Rutz, D., & Janssen, R. (2007). Biofuel Technology Handbook. Munich: WIP Renewable Energies.
Supranto, Suhardi dan Purnomo, (2003),
“Rancangan Proses Produksi Biodiesel Bahan Bakar Mesin Diesel dari Limbah Proses Pengolahan Minyak Goreng Berbasis Crude Palm Oil”, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses Teknik Kimia, ISSN 1411.
Suhartono, 2001, Minyak Goreng Bekas Sebagai Biodiesel Melalui Proses Transesterifikasi, Prosiding Seminar Nasional Kejuangan Teknik Kimia 2001, UPN, Yogyakarta. Hal.C20.1- C20.6.
Siahaan., Setyaningsih Dwi dan Hariyadi. 2013.
Potensi Pemanfaatan Biji Karet (Hevea brasiliansis muell. Arg) Sebagai Sumber Energi
56.48
75.04 81.49
37.10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
KonversiBiodiesel(%)
Konsentrasi Katalis (% Berat Minyak)
Alternatif Biokerosin. Jurnal Teknologi Industri. Bogor. 19(3). 145-151.
Setyawardani, Dwi Ardianan, Sperisa Distantina.
2010. Pembuatan Biodiesel dari Asam Lemak Jenuh Minyak Biji Karet. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. D-05-1
Tickell J (2000),From The Fryer To TheFuel Tank,3rd ed., Tickel Energy Consulting, USA.
