DENGAN METODE MICROWAVE-ASSISTED TRANSESTERIFICATION SECARA IN SITU
Disusun oleh
Rashda Sa’adah 121200027
Melia Hirta Tirtasari 121200029
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
YOGYAKARTA
2024
HALAMAN PENGESAHAN MAKALAH PENELITIAN
PEMANFAATAN MIKROALGA CHLORELLA SOROKINIANA SEBAGAI BIODIESEL
DENGAN METODE MICROWAVE-ASSISTED TRANSESTERIFICATION SECARA IN SITU
Disusun oleh
Rashda Sa’adah (121200027) Melia Hirta Tirtasari (121200029)
Yogyakarta, 2024 Disetujui oleh, Dosen Pembimbing
Ir. Danang Jaya, M.T.
NIP 19610528 199203 1 00
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah penelitian yang berjudul
“Pemanfaatan Biomassa Mikroalga Chlorella sorokiniana sebagai Biodiesel Dengan Metode Microwave-Assisted Transesterification Secara In Situ ” dengan baik.
Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas akademis pada Program Studi S1 Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Industri UPN “Veteran”
Yogyakarta.
Dengan tersusunnya proposal ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Adi Ilcham, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan S-1 Teknik Kimia, 2. Ir. Danang Jaya, M.T., selaku dosen pembimbing penelitian,
3. Dan semua pihak yang telah membantu penyusunan makalah penelitian ini.
Penulis menyadari adanya kekurangan pada makalah ini oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi menyempurnakan makalah penelitian ini. Akhir kata, penulis berharap semoga makalah penelitian ini bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa Jurusan Teknik Kimia.
Yogyakarta, 2024
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN...i
KATA PENGANTAR...ii
DAFTAR ISI...iii
DAFTAR GAMBAR...vi
DAFTAR TABEL...vii
BAB I...1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Rumusan Masalah...2
1.3 Tujuan Penelitian...2
1.4 Batasan Masalah...2
1.5 Manfaat Penelitian...3
BAB II...4
2.1 Mikroalga...4
2.2 Fase Pertumbuhan Mikroalga...5
2.3 Chlorella sp....6
2.4 Chlorella sorokiniana...7
2.5 Kandungan Minyak dalam Chlorellla sorokiniana...8
2.6 Biodiesel...8
2.7 Biodiesel dari Mikroalga...10
2.8 Ekstraksi Minyak...11
2.9 Pelarut dalam Ekstraksi...12
2.10 Reaksi Transesterifikasi...13
2.11 Katalis...15
2.12 Reaksi Transesterifikasi in situ...16
2.13 Gelombang Mikro (Microwave)...17
2.14 Uji Analisis...18
2.15 Massa Jenis Biodiesel...19
2.16 Angka Asam Biodiesel...19
2.17 Hipotesis...20
2.18 Hasil Penelitian Sebelumnya...20
BAB III...22
3.1 Alat...22
3.2 Bahan...22
3.3 Rangkaian Alat...23
3.4 Variabel Penelitian...25
3.5 Prosedur Penelitian...25
3.6 Pengukuran Massa Jenis...26
3.7 Diagram Alir...28
3.8 Analisis Data...30
BAB IV...32
4.2 Pengaruh Variasi Daya Ekstraksi terhadap Yield Minyak Mikroalga yang Dihasilkan...33
4.3 Pengaruh Variabel Rasio Pelarut terhadap Yield Biodiesel yang dihasilkan...35
4.4 Penentuan Massa Jenis Biodiesel...37
4.5 Standarisasi KOH...37
4.6 Penentuan Angka Asam...38
4.7 Hasil Analisis GC-MS...39
BAB V...40
5.1 Kesimpulan...40
5.2 Saran...40
DAFTAR PUSTAKA...41
LAMPIRAN...45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Chlorella sp...4
Gambar 2 Jenis Chlorella sp...6
Gambar 3 Reaksi Transesterifikasi...13
Gambar 4 Reaksi Transesterifikasi In-situ...16
Gambar 5 Rangkaian alat ekstraksi dan transesterifikasi...23
Gambar 6 Rangkaian alat evaporasi...23
Gambar 7 Rangkaian alat titrasi...24
Gambar 8 Grafik Hubungan Antara Daya Ekstraksi terhadap Persentase Yield Minyak Yang Dihasilkan...34
Gambar 9 Grafik hubungan antara rasio mikroalga : pelarut terhadap persentase yield biodiesel yang dihasilkan...36
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Yield Minyak dari Tanaman darat dan Mikroalga per Satuan Luas Area
(KI/ha) yang digunakan...8
Tabel 2 Standar Mutu Biodiesel...10
Tabel 3 Mikroalga penghasil minyak...11
Tabel 4 Hasil Penelitian Sebelumnya...20
Tabel 5 Variabel Penelitian...25
Tabel 6 Data Absorbansi Mikroalga...32
Tabel 7 Hasil Penelitian Pengaruh Daya Ekstraksi terhadap Persentase Yield Minyak yang dihasilkan...33
Tabel 8 Hasil Penelitian Pengaruh Rasio Pelarut Ekstraksi terhadap Persentase Yield Biodiesel yang dihasilkan...35
Tabel 9 Data Massa Jenis Biodiesel...37
Tabel 10 Data Standarisasi KOH menggunakan Asam Oksalat...38
Tabel 11 Data Penentuan Angka Asam...38
Tabel 12 Hasil Analisis GC-MS Biodiesel...39
Tabel 13 Dokumentasi di Laboratorium...53
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Untuk mengatasi kelangkaan minyak di dunia, saat ini telah banyak dilakukan penelitian mengenai pembuatan biodiesel. Biodiesel adalah salah satu bahan bakar terbarukan yang berasal dari minyak nabati yang digunakan untuk menggantikan petroleum diesel. Biodiesel umumnya dibuat dari minyak tumbuhan dan lemak hewan.
Namun, pembuatan biodiesel dari minyak tumbuhan seperti jagung, kedelai, jarak dan sawit memiliki kekurangan yaitu waktu pemanenan tanaman yang berjarak 3 bulan- 5 tahun agar tanaman produktif menghasilkan minyak. Tidak hanya itu, menggantungkan substitusi minyak dari minyak jagung, kedelai, dan minyak kelapa sawit akan berbenturan dengan kepentingan konsumsi pangan manusia dan apabila minyak tersebut tetap diproduksi untuk mensubstitusi minyak bumi harganya tidak kompetitif (Basmal, 2008). Sedangkan, proses pembuatan biodiesel dari lemak hewan dirasa belum optimal. Lemak hewan mengandung asam lemak bebas dan kandungan air yang tinggi yang dapat menurunkan kualitas biodiesel (Federn, 2015).
Selain itu lemak hewan masih dibutuhkan dalam kepentingan konsumsi dan pembuatan produk-produk oleokimia. Dan untuk limbah lemak hewan seperti ayam, umumnya lebih diproses untuk dijadikan pakan ternak/ikan (Risris et al , 2011).
Mikroalga memiliki potensi sebagai bahan baku penghasil energi. Diketahui pertumbuhan mikroalga lebih cepat dari beberapa tumbuhan lain yang dapat menghasilkan minyak, seperti jagung, kedelai, kelapa sawit dan bunga matahari.
Selain itu mikroalga tidak membutuhkan banyak lahan dan air untuk pertumbuhan.
Hal yang lebih mendasar, mikroalga tidak menghasilkan limbah yang berdampak buruk bagi lingkungan sehingga tidak mempengaruhi kualitas air yang telah digunakan sebagai pertumbuhan.
Pemilihan mikroalga yang akan dikultivasi sangat bergantung pada kemampuan menghilangkan polutan, produktivitas minyak dan kemudahan beradaptasi dengan lingkungan.
Chlorella sorokiniana merupakan salah satu jenis dari mikroalga yang memiliki kandungan minyak yang cukup besar yaitu sebesar 19-22% (Rodolfi et al, 2009).
Salah satu produksi energi dari tanaman adalah biodiesel. Biodiesel memiliki keunggulan dibanding diesel dari minyak bumi. Biodiesel dapat digunakan secara luas pada mesin diesel, tanpa perlu banyak modifikasi. Biodiesel dapat dicampur dengan diesel konvensional dengan berbagai rasio.
Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang potensial untuk mensuplai bahkan menggantikan minyak solar karena memiliki karakteristik yang mirip (Hambali et al ., 2006).
1.2 Rumusan Masalah
a) Bagaimana pengaruh daya microwave dalam ekstraksi biomassa mikroalga terhadap jumlah minyak yang dihasilkan?
b) Bagaimana pengaruh perbandingan pelarut dengan mikroalga terhadap biodiesel yang dihasilkan dalam proses transesterifikasi in-situ?
c) Bagaimana kondisi operasi optimum pada proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan metode Microwave-assisted transesterification secara in situ?
1.3 Tujuan Penelitian
a) Mengetahui pengaruh daya dalam ekstraksi biomassa terhadap jumlah minyak yang dihasilkan
b) Mengetahui pengaruh perbandingan pelarut dengan mikroalga terhadap biodiesel yang dihasilkan dalam proses transesterifikasi in-situ
1.4 Batasan Masalah
Pada penelitian ini ada beberapa hal yang menjadi batasan masalah, yaitu:
a) Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium.
b) Penelitian ini menggunakan metode Microwave-assited dengan katalis yang sama yaitu H2SO4
c) Analisa hasil meliputi :
1. Banyaknya minyak yang dihasilkan 2. Kualitas biodiesel yang dihasilkan 1.5 Manfaat Penelitian
a) Dijadikan referensi untuk penelitian selanjutnya.
b) Menjadi manfaat untuk masa yang akan datang dalam pembaharuan energi.
c) Memberikan wawasan baru bagi penulis dan masyarakat mengenai pemanfaatan mikroalga sebagai energi alternatif.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikroalga
Mikroalga adalah organisme fotosintetik mikroskopis sederhana autotrofik dan/atau heterotrofik. Mereka mungkin berbentuk uniseluler atau multiseluler, tumbuh di habitat perairan air tawar dan laut. Diperkirakan ada 200.000 - 800.000 spesies, dimana sekitar 50.000 spesies telah ditemukan dan dipelajari. Organisme fotosintetik ini secara efisien dapat menggunakan CO2 (sumber karbon), cahaya (sumber energi) dan air untuk mensintesis fosfominyak, protein, asam nukleat, dan minyak kaya karbon, yang dapat diubah menjadi biodiesel melalui proses transesterifikasi (Enamala et al., 2018).
Gambar 1 Chlorella sp.
Mikroalga dapat berfotosintesis cepat dan spesiesnya mengandung minyak yang tinggi dapat menghasilkan yield minyak 200 kali lebih banyak daripada tumbuhan penghasil minyak seperti kelapa sawit, jarak pagar, dan lain-lain.
Keuntungan mikroalga lainnya yaitu dapat tumbuh di mana saja, baik dalam ekosistem perairan maupun daratan (Vinata, 2020).
Komponen penyusun utama mikroalga adalah nutrien seperti karbon (C) memiliki fungsi sebagai pembentuk struktur dan metabolisme protein, karbohidrat, minyak, dan asam nukleat yang penting dalam pertumbuhan mikroalga. Sedangkan nitrogen (N) berperan dalam mengontrol biosintesis protein dalam sel (Elystia, 2019).
Mikroalga adalah sumber biomassa yang mengandung komponen - komponen bermanfaat tinggi seperti protein, karbohidrat, asam lemak, dll. Jenis produk yang dihasilkan dari produksi biomassa mikroalga bervariasi, mulai dari produk pangan, pakan, hingga fine chemical, termasuk trigliserida yang dapat dikonversi menjadi biodiesel.
Didasarkan pada perkembangan bioteknologi saat ini dan biodiversitas mikroalga yang tinggi, mikroalga dapat dikembangkan menjadi bahan baku berbagai produk baru yang dapat diaplikasikan di berbagai bidang termasuk industri pangan, energi dan farmasi (Arianty, 2012)
2.2 Fase Pertumbuhan Mikroalga
Menurut (Fadilla, 2010) ada empat fase pertumbuhan yaitu fase lag, logaritmik, stasioner dan kematian.
Fase Lag (Adaptasi)
Selama fase ini pertumbuhan tidak secara nyata terlihat, karena itu fase ini juga dinamakan fase adaptasi (sesaat setelah penambahan inokulum ke dalam media kultur, populasi tidak mengalami perubahan). Ukuran sel pada saat ini pada umumnya meningkat. Secara fisiologis fitoplankton sangat aktif dan terjadi proses sintesis protein baru. Organisme mengalami metabolism, tetapi belum terjadi pembelahan sel hingga kepadatan sel belum meningkat.
Fase Logaritmik (Eksponensial)
Fase ini diawali oleh pembelahan sel dengan laju pertumbuhan tetap.
Pada kondisi kultur yang optimum. Laju pertumbuhan pada fase ini mencapai maksimal karena pada fase ini sel melakukan konsumsi nutrien dan proses fisiologis lainnya.
Fase Stasioner
Pada fase ini pertumbuhan mulai mengalami penurunan dibandingkan dengan fase logaritmik. Pada fase ini laju reproduksi sama dengan laju kematian. Dengan demikian penambahan dan pengurangan jumlah fitoplankton relatif sama atau seimbang sehingga kepadatan fitoplankton tetap.
Fase Kematian
Pada fase ini laju kematian lebih cepat daripada laju reproduksi. Jumlah sel menurun secara geometri. Penurunan kepadatan mikroalga ditandai dengan perubahan kondisi optimum yang dipengaruhi oleh suhu, cahaya, pH air, jumlah hara yang ada, dan beberapa kondisi lingkungan yang lain.
2.3 Chlorella sp.
. Gambar 2 Jenis Chlorella sp.
Keterangan gambar : a. Chlorella vulgaris b. Chlorella volutis
c. Chlorella vurlaris var. autotropicha d. Chlorella rotunda
e. Chlorella vulgaris var. viridis f. Chlorella sorokiniana
Chlorella sp. hidup di air tawar dan air laut, berwarna hijau dan tidak motil serta tidak memiliki flagella. Sel nya berbentuk bola berukuran sedang dengan diameter 2-10 mm, tergantung spesiesnya, dengan kloroplas berbentuk cangkir. Sel nya bereproduksi dengan membentuk dua sampai delapan sel anak di dalam sel induk.
Chlorella sp. telah diteliti secara intensif karena merupakan salah satu kelompok penting di bidang akuakultur (Nurachman et al., 2015) dan bahan dasar biofuel (Chen et al., 2018). Pertumbuhan Chlorella sp. dalam media kultur sangat
dipengaruhi oleh ketersediaan unsur hara terutama nitrogen dan fosfat, serta beberapa faktor lingkungan kualitas air seperti salinitas, pH, suhu, dan intensitas cahaya yang optimum.
Chlorella sp adalah mikroalga uniseluler yang berwarna hijau dan berukuran mikroskopis, diameter selnya berukuran 3-8 mikrometer, berbentuk bulat seperti bola dan bulat telur, tidak mempunyai flagella sehingga tidak dapat bergerak aktif, dinding selnya terdiri dari selulosa dan pektin, tiap-tiap selnya terdapat satu buah inti sel dan satu kloroplas. Chlorella Vulgaris merupakan alga yang kosmopolit, terdapat di air payau, air laut dan air tawar (Eka wiguna, 2009).
Chlorella sp. merupakan salah satu jenis mikroalga Chlorophyta yang berwarna hijau karena mengandung klorofil a dan b (Iriani, 2011), selain itu memiliki kandungan nutrisi yang tinggi, dimana protein 65 gr, karbohidrat 0,9 gr, lemak 11,9 gr, α-Carotene 12 mg dan β-Carotene (Nakashima et al., 2014) serta kandungan antioksidan 32,74% (Iriani, 2017), sehingga dapat diaplikasikan sebagai makanan kesehatan (Iriani, 2017).
2.4 Chlorella sorokiniana
Chlorella sorokiniana merupakan salah satu mikroalga yang memiliki kandungan karbohidrat, vitamin, protein (Kumar et al . 2014), dan minyak (Ramanna et al . 2014). Penelitian Cantú-Bernal et al . (2020) menunjukkan C. sorokiniana memiliki 45,54% (455,4 mg/g) abu, 30,77% (307,7 mg/g) protein, 1,15% (11,5 mg/g) lemak, dan 22,53% (225,3 mg/g) karbohidrat yang dikultur pada larutan nutrisi LC (Lopez-Chuken et al . 2010). Selain itu, C. sorokiniana memiliki kandungan senyawa metabolit sekunder seperti, alkaloid, flavonoid, tannin, terpenoid dan saponin (Mursandi, 2021). Salah satu senyawanya adalah imidazole [2,1-b]thiazole,5-(3- indolyl) sebesar 1,10% yang dimanfaatkan sebagai anti kanker (Sbenaty et al . 2021);
anti mikroba (Morigi et al . 2018) dan terdapat senyawa antioksidan butylated hydroxyl toluene (BHT) sebesar 0,83%. Perbedaan kandungan nutrisi ini dipengaruhi oleh media yang digunakan pada saat perbanyakan sel mikroalga. C.sorokiniana dapat hidup secara miksotropik dengan berbagai sumber karbon dan nitrogen, sehingga
dapat dikultur menggunakan media limbah. Ramanna et al . (2014) dari hasil penelitiannya menunjukkan bahwa C.sorokiniana dapat tumbuh di air limbah.
2.5 Kandungan Minyak dalam Chlorellla sorokiniana
Chlorella sorokiniana merupakan salah satu jenis alga berwarna hijau yang memiliki memiliki produktivitas minyak lebih tinggi dibangingkan dengan mikroalga merah dan merah darah (Triyastuti, 2023).
Tabel 1 Yield Minyak dari Tanaman darat dan Mikroalga per Satuan Luas Area (KI/ha) yang digunakan
Jenis Tanaman Hasil Minyak
Jagung 172
Kedelai 446
Minyak Jarak 1.892
Kelapa Minyak Palm Mikroalga
2.689 5.950 58.700
Sumber : Christi, 2007 Produktivitas minyak Chlorella sorokiniana yaitu sebesar 44,7 mg
L perharinya. Selain itu, Chlorella sorokiniana memiliki kadar minyak sekitar 19-22%.
Dari jumlah kadar minyak yang dimiliki oleh Chlorella sorokiniana, persentase minyak tersebut merupakan salah satu yang paling tinggi diantara Chlorella sp. selain Chlorella vulgaris yang memiliki kadar minyak sebesar 19,2% (Rodolfi et al, 2009).
Menurut Maity dalam (Triyastuti, 2023) pemilihan jenis mikroalga ini sangat penting dalam produksi biofuel alga. Mikroalga Chlorella sorokiniana ini memiliki potensi sebagai biodiesel karena memiliki kadar minyak yang tinggi.
2.6 Biodiesel
Biodiesel merupakan salah satu alternatif bahan bakar diesel yang dapat digunakan dan menjanjikan di masa yang akan datang. Biodiesel diperoleh dari
produksi minyak nabati, lemak hewan, limbah minyak, dan sebagainya (Singh et al ., 2019:60).
Produksi biodiesel didapat dari bahan terbarukan yang terdiri dari ester alkil dan asam-asam lemak. Biodiesel memiliki sifat fisik yang sama dengan minyak solar apabila ditinjau dari karakteristiknya sehingga dapat dijadikan salah satu alternatif bahan bakar mesin diesel pada kendaraan. Tetapi, keduanya memiliki perbedaan yang signifikan di mana biodiesel mengandung nilai kalor minimal 37 MJ/kg sementara minyak solar sekitar 42,7 MJ/kg. Perbedaan lain yang dimiliki minyak solar yaitu secara umum terdiri dari senyawa parafin 65-70%, senyawa hidrokarbon aromatik sekitar 30-35% dan sedikit olefin (Ernes et al ., 2019:5).
Biodiesel memiliki beberapa kelemahan dalam penggunaannya ditinjau dari emisi gas yang dihasilkan seperti gas CO, hidrokarbon, CO2, NOx, dan asap dari emisi tersebut. Pembakaran biodiesel dari minyak alga, jarak, kelapa sawit, dan jelantah menghasilkan emisi gas NOx lebih tinggi dibandingkan dengan minyak diesel biasa. Hal ini dikarenakan suhu pemabakaran yang terlalu tinggi sehingga oksigen yang terkandung semakin banyak. Emisi gas CO dan CO2 dari pembakaran biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan minyak diesel. Emisi hidrokarbon memiliki tingkat variasi tersendiri dimana emisi hidrokarbon dari pembakaran biodiesel lebih rendah dari minyak diesel apabila beban mesin juga rendah dan akan lebih tinggi jika beban mesin tinggi (Abed et al ., 2019:183).
Untuk menjaga dan untuk pengembangan mutu produksi biodiesel, telah diberikan ketetapan pada standar mutu biodiesel. Di beberapa negara menetapkan standar biodiesel tersendiri atau memiliki perbedaan dengan Negara lain, salah satunya di Indonesia standar biodiesel ditetapkan pada SNI 7182:2015 dengan sebagian syarat mutu (massa jenis, angka setana, titik nyala, titik tuang dan angka asam) yang akan dijadikan acuan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Tabel 2 Standar Mutu Biodiesel
Parameter Uji Satuan, min/maks Standar Metode Uji
Angka asam mg KOH/g 0,5 ASTM D 664
Massa jenis pada 40oC
kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298
ASTM D4052
Angka setana Min 51 ASTM D 613
Titik nyala
(mangkok tertutup)
oC, min 100 ASTM D7094
Titik tuang Air dan sedimen Belerang Fosfor
Gliserol bebas Gliserol total Kadar ester metil Angka iodin Kadar
monogliserida Abu tersulfatkan
oC, maks
%-vol, maks mg/kg, maks mg/kg, maks
%-massa, maks
%-massa, maks
%-massa, min
%-massa (g- I2/100g), maks
%-massa, maks
%-massa, maks
18 0,05 100 10 0,02 0,24 96,5 115 0,8 0,02
ASTM D97-04 ASTM D 2709 ASTM D 4294 AOCS Cd 3d-53 ASTM D 6584 ASTM D 6584
- AOCS Cd 1-25 ASTM D 6584 ASTM D 874
Sumber: SNI 7182: 2015 2.7 Biodiesel dari Mikroalga
Salah satu produksi energi dari tanaman adalah biodiesel. Biodiesel memiliki keunggulan dibanding diesel dari minyak bumi. Biodiesel dapat digunakan secara luas pada mesin diesel, tanpa perlu banyak di modifikasi. Biodiesel dapat dicampur dengan diesel konvensional dengan berbagai rasio. Mikroalga penghasil biofuel, atau disebut algae fuel adalah biofuel generasi ketiga setelah ditemukannya teknologi generasi kedua, biofuel dari tanaman penghasil minyak. Alga dapat memproduksi energi 20 sampai 100 kali lipat dibanding tumbuhan tingkat tinggi lain.
Mikroalga merupakan sumber biodiesel yang paling berpotensi dibanding tumbuhan lain. Mikroalga secara umum memproduksi biomassa dua kali lipat selama 24 jam. Sedangkan penggandaan biomassa selama fase eksponensial dapat dicapai dalam waktu 3,5 jam. Kandungan minyak dalam biomassa kering mikroalga dapat mencapai 80% berat. Namun secara umum mikroalga menghasilkan minyak range 20- 50%. Produktivitas minyak dan produktivitas biomassa harus sesuai. Produktivitas minyak adalah massa minyak yang di produksi per unit volume dari broth mikroalga per hari. Beberapa mikroalga memiliki kandungan minyak yang tinggi namun pertumbuhannya lambat.
Tabel 3 Mikroalga penghasil minyak
Mikroalga Kandungan minyak (% berat kering)
Dunaliella salina 25-27
Chlorella sp 28-32
Chlorella vulgaris 14-22
Cryphodinium cohnii 20
(Chisti, 2007) Tidak semua mikroalga penghasil minyak layak untuk digunakan sebagai biodiesel. Mikroalga memproduksi banyak jenis minyak, hidrokarbon dan jenis minyak komplek lainnya. Dengan menggunakan mikroalga untuk memproduksi biodiesel tidak akan mengganggu stock pangan.
2.8 Ekstraksi Minyak
Metode pengambilan minyak mikroalga harus memperhatikan beberapa faktor diantaranya yaitu lama waktu yang dibutuhkan dalam proses dan efisiensi energi yang diperlukan.
Menurut Halim dan Dyer dalam (Barqi, 2015), metode ekstraksi berbasis pelarut sebenarnya sudah banyak dilakukan dengan solven seperti n-hexane, kloroform, metanol, dan campuran antara metanol dan kloroform dengan metode ekstraksi soxheltasi. Namun metode ini memerlukan waktu yang relatif lama karena tidak ada proses perusakan sel mikroalga dan hanya bergantung pada pelarut.
Metode ekstraksi dengan perusakan sel diantaranya adalah menggunakan metode sonikasi yaitu dengan bantuan gelombang ultrasonik dan pelarut organik yang biasanya dipakai yaitu etanol atau n-heksana.
Dalam pemilihan metode ekstraksi minyak mikroalga, proses tersebut harus memiliki kemampuan untuk mengestrak mikroalga dengan cepat sehingga meminimalisir penggunaan energi. Metode ekstraksi lain yang dapat digunakan adalah Microwave Assisted Extraction (MAE).
Menurut Kurniasari dalam (Barqi, 2015) MAE adalah teknik mengekstraksi zat terlarut dari bahan tanaman menggunakan energi gelombang mikro. Teknologi ini cocok untuk ekstraksi senyawa yang tidak tahan panas karena memungkinkan kontrol suhu yang lebih baik dibandingkan proses pemanasan konvensional. Selain kontrol suhu yang lebih baik, MAE memiliki sejumlah keunggulan lainnya, termasuk waktu ekstraksi yang lebih singkat, konsumsi energi dan pelarut yang lebih rendah, akurasi dan presisi yang lebih baik, serta pengaturan pengaturan yang menggabungkan fitur Soxhlet dan keunggulan oven microwave.
2.9 Pelarut dalam Ekstraksi
Dalam metode ekstraksi, pemilihan pelarut dapat mempengaruhi kandungan senyawa yang terekstraksi berdasarkan sifat pelarut seperti sifat polar, semi-polar dan non-polar sebuah senyawa. Senyawa polar akan terlarut dalam senyawa polar, sementara pelarut semi-polar akan larut dalam pelarut semi-polar juga. Begitu pula dengan senyawa non-polar yang akan larut dalan pelarut non-polar. Beberapa pelarut yang dapat digunakan dalam proses ekstraksi adalah etanol, metanol, aseton, air, kloroform, dan lain-lain.
Dalam penelitian yang dilakukan ini, pelarut dalam proses ektraksi menggunakan pelarut Heksana. Heksana umumnya digunakan dalam ekstraksi pelarut untuk ekstraksi minyak dari mikroalga karena selektivitasnya yang tinggi terhadap minyak dan biayanya rendah (Shin et al, 2018).
Selain heksana, ditambahkan pelarut metanol yang berfungsi untuk pengikat senyawa senyawa non-minyak pada proses ekstraksi (Panjaitan, 2017). Pelarut ini dipilih untuk digunakan karena campurkan pelarut non-polar, yaitu heksana, dan
pelarut polar, yaitu metanol. Tujuan dari penggunaan campuran pelarut ini adalah untuk memaksimalkan proses ekstraksi, di mana pelarut non-polar akan menangkap molekul non-polar dan pelarut polar akan menangkap molekul polar. Perbandingan antara heksana dan metanol dalam campuran pelarut ini (3:2 v/v) didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Piasecka (2013).
2.10 Reaksi Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kimia antara trigliserida dan alkohol dengan bantuan katalis untuk memproduksi mono-ester yang disebut biodiesel (Brennan dan Owende, 2010). Reaksi transesterifikasi akan menurunkan viskositas dari trigliserida. Reaksi ini merupakan reaksi reversibel. Adapun langkah-langkah reaksi tersebut ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 3 Reaksi Transesterifikasi
Transesterifikasi biodiesel dipengaruhi oleh berbagai faktor diantaranya:
1. Homogenisasi reaksi (pencampuran)
Homogenisasi campuran dalam reaksi mempengaruhi efektifitas reaksi karena tumbukan akan terjadi yang pada akhirnya akan mempengaruhi laju reaksi, konstanta reaksi, energi aktivasi dan lama reaksi. Transesterifikasi tidak akan berlangsung baik bila campuran bahan tidak dihomogenisasi terutama selama tahap awal proses. Pengadukan yang kuat (vigorous stirring) merupakan salah satu metode homogenisasi yang cukup berhasil untuk proses yang dilakukan secara batch dan kontinyu.
2. Rasio molar
Salah satu faktor penting yang mempengaruhi yield biodiesel adalah rasio molar alkohol terhadap trigliserida. Secara stoikiometri 3 mol alkohol dan 1 mol trigliserida akan menghasilkan yield 3 mol FAME dan 1 mol gliserol. Agar reaksi berlangsung ke kanan maka perlu digunakan alkohol berlebih atau me-remove salah satu produk dari campuran reaksi. Laju reaksi paling tinggi terjadi ketika 100% ekses metanol digunakan.
3. Jenis alkohol
Metanol dapat menghasilkan ester lebih banyak dari pada etanol dan butanol. Metanol merupakan jenis alkohol yang banyak digunakan untuk proses transesterifikasi karena selain harganya yang murah, metanol secara fisik dan kimiawi lebih menguntungkan yaitu bersifat polar dan memiliki rantai alkohol yang paling pendek. Berdasarkan penelitian telah dibuktikan bahwa penggunaan metanol menghasilkan yield yang lebih besar dibandingkan bila menggunakan etanol. Dimana yield biodiesel akan meningkat dengan menaikkan molar rasio methanol. Rasio minyak terhadap metanol yang menghasilkan yield paling besar berdasarkan penelitian yang ada yaitu 1:6.
Selain itu dalam proses transesterifikasi alkohol yang digunakan harus dalam keadaan anhidrous dengan kandungan air < 0,1–0,5%.
4. Suhu
Suhu reaksi yang lebih tinggi akan meningkatkan laju reaksi dan mempersingkat waktu reaksi. Akan tetapi kenaikan suhu reaksi di luar level optimal akan menyebabkan penurunan yield biodiesel karena menyebabkan metanol menguap. Biasanya suhu reaksi transesterifikasi adalah 50oC - 60oC tergantung jenis minyak yang digunakan. Suhu reaksi direkomendasikan dekat dengan titik didih alkohol supaya konversi lebih cepat terjadi. Bila reaksi dilakukan pada suhu ruangan maka akan memerlukan waktu reaksi yang lebih lama. Dalam proses transesterifikasi perubahan suhu reaksi menyebabkan gerakan molekul semakin cepat (tumbukan antara molekul pereaksi meningkat) atau energi yang dimiliki molekul bisa mengatasi energi aktivasi dengan kata lain perubahan suhu akan mempengaruhi probabilitas /peluang
molekul dengan energi yang sama atau lebih tinggi dari energi aktivasi. Suhu mempengaruhi viskositas dan densitas, karena viskositas dan densitas merupakan dua parameter fisis penting yang mempengaruhi pemanfaatan biodiesel sebagai bahan bakar. Semakin tinggi suhu menyebabkan gerakan molekul semakin cepat atau energi kinetik yang dimiliki molekul-molekul pereaksi semakin besar sehingga tumbukan antara molekul pereaksi juga meningkat.
5. Kandungan air
Keberadaan air yang berlebihan dapat menyebabkan sebagian reaksi dapat berubah menjadi reaksi sabun atau saponifikasi yang akan menghasilkan sabun, sehingga meningkatkan viskositas, terbentuknya gel dan dapat menyulitkan pemisahan antara gliserol dan biodiesel.
6. Katalis
Proses produksi akan berlangsung sangat lambat dan membutuhkan suhu dan tekanan yang tinggi tanpa menggunakan katalis. Jika minyak mempunyai nilai FFA <0,5 % maka bisa langsung diproses dengan transesterifikasi dengan katalis basa, bila kandungan FFA >5 % maka proses harus dilakukan dengan Es-trans (esterifikasi-transesterifikasi). Reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa dipengaruhi beberapa faktor yaitu internal dan eksternal. Faktor internal yaitu kualitas bahan baku minyak itu sendiri seperti kadar air serta asam lemak bebas yang sangat mempengaruhi reaksi. Faktor eksternal yaitu rasio mol antara alkohol dan minyak, jenis katalis, waktu reaksi, suhu, dan parameter-parameter lainnya pasca transesterifikasi (Khan, 2002).
2.11 Katalis
Penggunaan katalis yang tepat dalam reaksi transesterifikasi sangat berpengaruh terhadap rendemen metil ester. Selain itu kualitas bahan baku yang mengandung asam lemak bebas sangat menentukan mutu biodiesel yang dihasilkan (Mukminin, 2022).
Katalis ditambahkan untuk meningkatkan laju reaksi sehingga diperoleh hasil semakin tinggi, konsentrasi katalis akan meningkatkan yield metil ester. Katalis yang digunakan dalam proses transesterifikasi in-situ adalah asam sulfat.
Kelebihan katalis asam sulfat yaitu katalis ini lebih cepat bercampur ke dalam sebuah campuran reaksi, yang bisa memungkinkan tingkat yang sangat tinggi dari interaksi antar molekul katalis dan reaktan sehingga dapat mempercepat proses transesterifikasi yang berjalan lambat. Namun, pengaruh kelebihan katalis (excess asam sulfat) akan menyebabkan larutan berwarna lebih gelap, karena terbentuk dimetil eter dari reaksi antara excess asam sulfat dan metanol sehingga akan menyebabkan penurunan FFA berjalan lebih lambat akibat berkurangnya jumlah metanol yang bereaksi dengan asam lemak bebas. Selain itu kelebihan katalis asam akan terikut pada lapisan organik. Lapisan organik tersebut akan digunakan kembali pada reaksi transesterifikasi in situ (Vinata, 2020).
2.12 Reaksi Transesterifikasi in situ
Transesterifikasi in situ merupakan transesterifikasi langsung biomassa yang kaya akan minyak atau minyak tanpa mengalami tahap ekstraksi dan purifikasi secara terpisah. Pada metode ini raw material akan dikontakkan secara langsung dengan alkohol dan katalis. Alkohol bertindak sebagai pelarut minyak pada waktu yang bersamaan juga berperan sebagai reaktan untuk reaksi (Georgianni et al., 2008). Pada proses transesterifikasi ini, proses dapat berlangsung secara simultan (dimana ekstraksi dan reaksi berlangsung secara simultan), atau ekstraksi terlebih dahulu dilanjutkan dengan reaksi, ataupun proses transesterifikasi terlebih dahulu yang diikuti dengan proses ekstraksi. Melalui proses ini biodiesel dapat dihasilkan dengan menggunakan tahapan produksi keseluruhan yang lebih sedikit. Perbedaan secara jelas dari tahapan produksi terletak pada tahapan ekstraksi untuk mengambil minyak dan minyak yang tersimpan dalam biomassa dan pemurnian minyak atau minyak dari material padatannya. Tahapan ekstraksi dan pemurnian akan menghabiskan biaya yang besar sehingga penghilangan ekstraksi dapat mengurangi tahapan proses dan mengurangi biaya produksi (Liu et al., 2016).
Gambar 4 Reaksi Transesterifikasi In-situ 2.13 Gelombang Mikro (Microwave)
Gelombang mikro atau microwave adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu antara 300 Mhz – 300 Ghz. Microwave memiliki rentang panjang gelombang dari 1 mm hingga 1 m (Thostenson, 1999). Pemanfaatan gelombang mikro sudah diaplikasikan secara luas dalam berbagai bidang ilmu. Dalam elektronika seperti radio, televisi. Dalam teknologi komunikasi seperti radar, satelit, pengukuran jarak jauh, dan untuk penelitian sifat – sifat material. Kapasitas panas dari radiasi gelombang mikro sebanding dengan properti dielektrik dari bahan dan sebaran muatan elektromagnetiknya (Santos et al., 2011).
Pemanasan pada microwave dikenal dengan pemanasan dielektrik microwave.
Dielektrik adalah bahan isolator listrik yang dapat dikutubkan dengan cara menempatkan bahan dielektrik dalam medan listrik. Ketika bahan tersebut berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak akan mengalir.
Akibatnya tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tetapi hanya bergeser sedikit dari posisi setimbangnya. Hal ini mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik.
Akibatnya muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak kearah kutub positif. Hal ini menyebabkan medan listrik internal yang menyebabkan jumlah medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun.
Dalam pendekatan teori tentang permodelan dielektrik, sebuah bahan terbuat dari atom-atom. Setiap atom terdiri dari elektron terikat dan meliputi titik bermuatan positif di tengahnya. Dengan adanya medan listrik disekeliling atom ini maka awan bermuatan negative tersebut berubah bentuk. Mekanisme dasar pemanasan microwave melibatkan pengadukan molekul polar atau ion yang berosilasi karena pengaruh medan listrik dan magnet yang disebut polarisasi dipolar. Dengan adanya medan yang berosilasi, partikel akan beradaptasi dimana gerakan partikel tersebut dibatasi oleh
gaya interaksi antar partikel dan tahanan listrik. Akibatnya partikel tersebut menghasilkan gerakan acak yang menghasilkan panas.
Keunggulan dalam pemilihan microwave sebagai media pemanas karena microwave bisa bekerja cepat dan efisien. Hal ini dikarenakan adanya gelombang elektromagnetik yang bisa menembus bahan dan mengeksitasi molekul-molekul bahan secara merata. Gelombang pada frekuesnsi 2500 MHz (2,5 GHz) ini diserap bahan.
Saat diserap, atom-atom akan tereksitasi dan menghasilkan panas. Proses ini tidak membutuhkan konduksi panas seperti oven biasa. Maka dari itu, prosesnya bisa dilakukan sangat cepat. Disamping itu, gelombang mikro pada frekuensi ini diserap oleh bahan gelas, keramik, dan sebagian jenis plastik.
Menurut Lan dalam (Agustin & Prasdiantika, 2020) pada proses pembuatan biodiesel dari minyak Jatropha menggunakan katalis sodium amida NaNH2 dengan pemanasan konvensional memerlukan total konsumsi energi yang lebih besar yaitu sebesar 11.000 kJ, sementara pemanasan menggunakan microwave hanya memerlukan energi sebesar 1.40 kJ. Selain itu, menurut Patil dalam (Agustin &
Prasdiantika, 2020) total energi yang dibutuhkan untuk pemanasan dalam microwave adalah 10 kali lebih sedikit dibandingkan pemanasan konvensional. Konsumsi energi pemanasan konvensional minyak Camellia Sativa dengan katalis NaOH dalam produksi biodiesel 23 kali lebih tinggi dibandingkan dalam microwave. Hal ini menunjukkan bahwa pemanasan gelombang mikro lebih hemat energi dibandingkan pemanasan tradisional. Oleh karena itu pemanasan yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan oven microwave.
2.14 Uji Analisis
a) Uji GC-MS (Gas Chromatography- Mass Spectrometry)
GCMS merupakan metode pemisahan senyawa organik yang menggunakan dua metode analisis senyawa yaitu kromatografi gas (GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan spektrometri massa (MS) untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit. Kromatografi gas- spektrometer massa (GC-MS) adalah metode yang mengkombinasikan
kromatografi gas dan spektrometri massa untuk mengidentifikasi senyawa yang berbeda dalam analisis sampel.
Kromatografi gas dan spektrometer massa memiliki keunikan masing- masing dimana keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan (Pavia, et al, 2006). Kromatografi gas dan spektrometer massa dalam banyak hal memiliki banyak kesamaan dalam tekniknya. Untuk kedua teknik tersebut, sampel yang dibutuhkan dalam bentuk fase uap, dan keduanya juga sama-sama membutuhkan jumlah sampel yang sedikit (umumnya kurang dari 1 ng). Disisi lain, kedua teknik tersebut memiliki perbedaan yang cukup besar yakni pada kondisi operasinya. Senyawa yang terdapat pada kromatografi gas adalah senyawa yang digunakan untuk sebagai gas pembawa dalam alat GC dengan tekanan kurang lebih 760 torr, sedangkan spektrometer massa beroperasi pada kondisi vakum dengan kondisi tekanan 10−5 torr hingga 10−6 torr. Gas kromatografi merupakan salah satu teknik spektroskopi yang menggunakan prinsip pemisahan campuran berdasarkan perbedaan kecepatan migrasi komponen-komponen penyusunnya. Gas kromatografi biasa digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang terdapat pada campuran gas dan juga menentukan konsentrasi suatu senyawa dalam fase gas (Pavia, et al, 2006).
2.15 Massa Jenis Biodiesel
Massa jenis atau densitas merupakan jumlah zat yang terkandung dalam suatu unit volume Massa jenis bahan tidak sama dalam setiap bagiannya tergantung dari faktor lingkungan seperti suhu dan tekanan. Satuan dari densitas adalah kg/m3. Dalam cgs, satuan dari massa jenis adalah g/cm3. Pengukuran densitas dapat digunakan menggunakan piknometer dan timbangan digital.
Apabila biodiesel mempunyai densitas melebihi batas yang ditentukan maka akan terjadi reaksi tidak sempurna pada saat konversi minyak nabati. Biodiesel jenis ini sebaiknya tidak digunakan pada mesin diesel karena akan meningkatkan keausan mesin, emisi dan menyebabkan kerusakan mesin (Syamsidar, 2013).
2.16 Angka Asam Biodiesel
Angka asam yang tinggi menunjukkan bahwa biodiesel masih mengandung asam lemak bebas. Artinya biodiesel bersifat korosif dan dapat membentuk endapan atau kerak pada injektor diesel. Biodiesel akan mengandung asam lemak siklopropenoid yang akan berpolimerisasi sehingga menyumbat injektor diesel (Syamsidar, 2013).
Selain itu, angka asam yang tinggi dapat menyebabkan rusaknya seal dan selang yang terbuat dari karet. Angka asam pada produk biodiesel juga menunjukkan akan baik atau tidaknya proses produksinya (Kussuryani, 2009)
2.17 Hipotesis
a) Semakin tinggi daya maka yield minyak mikroalga yang dihasilkan akan semakin besar.
b) Semakin banyak pelarut (metanol) yang digunakan maka jumlah yield biodiesel yang didapatkan juga semakin banyak.
c) Kondisi optimum akan diperoleh dengan kondisi proses ekstraksi pada daya yang tinggi dan pada proses transesterifikasi in-situ menggunakan pelarut dengan rasio yang berlebih.
2.18 Hasil Penelitian Sebelumnya
Dari penelitian sebelumnya, didapat hasil seperti berikut:
Tabel 4 Hasil Penelitian Sebelumnya Sub Spesies
Mikroalga
Pelarut Co-solven Katalis Metode Variabel yang Mempengaruhi
Keadaan Optimum
Judul Peneliti
Chlorella sp. Metanol - Asam
sulfat
Transesterifikas i secara in-situ
Rasio Mikroalga : pelarut = 1:5;1:10;1:15;1:30 Konsentrasi katalis= 0,2 M Daya Microwave = 450 watt
Waktu = 60 menit
Rasio mikroalga
= 1:15
Pembuatan Biodiesel dari
Mikrolalga Chlorella sp.
Denga Metode Microwave-
assisted Transesterificatio
n secara In-situ
Renova Panjaitan,
Wa Ode Maryani Asrim
Nannochloropsi s sp.
Metanol Heksana Asam
sulfat
Transesterifikas i secara in-situ
Rasio Mikroalga:
Metanol = 1:3; 1:7; 1:9
Rasio mikroalga
: pelarut = 1:7
Pembuatan Biodiesel dari
Mikroalga Nannochloropsis sp. Menggunakan
Metode Transesterifikasi
Insitu dengan
Rachmad Edo S. ,
Yulia Vinata, dan Yustia Wulandari
Bantuan Katalis Asam Sulfat Chlorella sp. Metanol
n- Heksana
- -
Microwave Assited- Extraction
Daya Microwave
600 watt -
Pembuatan Biodiesel dari
Mikrolalga Chlorella sp.
Denga Metode Microwave-
assisted Transesterificatio
n secara In-situ
Renova Panjaitan,
Wa Ode Maryani Asrim
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat
1. Kondensor 2. Microwave 3. Labu leher tiga 4. Termometer 5. Water bath 6. Evaporator 7. Buret 8. Erlenmeyer 9. Gelas beker 10.Magnetic strirer 11. Pemanas
12. Timbangan 3.2 Bahan
1. Mikroalga Chlorella sorokiniana kering 2. Heksana
3. Metanol 4. Katalis (H2SO4) 5. Aquades 6. KOH 7. Etanol
3.3 Rangkaian Alat
1. Alat Ekstraksi dan Transesterifikasi
Gambar 5 Rangkaian alat ekstraksi dan transesterifikasi Keterangan :
1. Microwave 2. Labu 3. Mikroalga 4. Hasil ekstraksi 2. Alat Evaporasi
Gambar 6 Rangkaian Alat Evaporasi 4 3
2 1
3. Alat Titrasi
Gambar 7 Rangkaian Alat Titrasi Keterangan :
1. Buret 2. Klem 3. Statif 4. Erlenmeyer
4
3 2
1
3.4 Variabel Penelitian
Tabel 5 Variabel Penelitian
Variabel Bebas Variabel Terikat Variabel kontrol
Daya ekstraksi Jumlah minyak
Jumlah mikroalga sebanyak 10 gram Jumlah pelarut sebanyak 50 ml
Lama ekstraksi selama 5 menit
Rasio Mikroalga dengan Metanol
Kualitas biodiesel Daya Microwave Pengadukan 1 jam 3.5 Prosedur Penelitian
a) Ekstraksi Minyak Mikroalga 1. Alat dan bahan disiapkan
2. Mikroalga sebanyak 10 gram dimasukkan ke dalam gelas beaker
3. Pelarut (heksana-metanol) lalu ditambahkan ke dalam gelas beaker sesuai dengan perbandingan yang telah ditetapkan sebanyak 50 ml
4. Larutan diaduk selama satu jam menggunakan magnetic strirrer tanpa pemanasan
5. Microwave dinyalakan dan diatur daya nya sesuai variabel yang telah ditetapkan
6. Proses ekstraksi dilakukan dengan microwave dan dihentikan ketika mencapai waktu reaksi yang telah ditetapkan
7. Campuran hasil ekstraksi lalu di dinginkan
8. Campuran di evaporasi sampai n-hexane dan metanol dalam campuran hilang.
9. %yield dapat terhitung
b) Tahapan Transesterifikasi in situ
Transesterifikasi yang dilakukan adalah tahapan transesterifikasi in- situ, di mana proses ekstraksi dan proses transesterifikasi dilakukan di tempat yang sama. Tahapan tahapannya adalah:
1. Alat dan bahan disiapkan
2. Mikroalga ditimbang sesuai variabel yang telah ditetapkan dan dimasukkan ke dalam gelas beaker
3. Metanol – katalis dimasukkan ke dalam erlenmeyer sesuai dengan variabel yang telah ditetapkan
4. Campuran metanol - katalis dimasukkan ke gelas beaker
5. Larutan diaduk selama satu jam menggunakan magnetic strirrer tanpa pemanasan
6. Microwave dinyalakan dan diatur daya nya sesuai variabel optimum yang telah didapatkan
7. Proses transesterifikasi in-situ (proses yang diawali ekstraksi dan diikuti dengan reaksi) dilakukan
8. Proses transesterifikasi in-situ dihentikan ketika mencapai waktu reaksi yang telah ditetapkan
9. Campuran hasil transesterifikasi in situ didinginkan
10. Campuran di evaporasi sampai metanol dalam campuran hilang 11. Analisis biodiesel dan %yield biodiesel
3.6 Pengukuran Massa Jenis
1. Panaskan biodiesel sampai suhu 40 oC
2. Biodiesel ditimbang mengunakan timbangan 3. Volume biodiesel diukur menggunakan gelas ukur 3.7 Standarisasi KOH
1. KOH sebanyak 5,6 gram lalu dimasukkan ke dalam aquadest 1000 ml 2. Larutan KOH dimasukkan ke dalam buret
3. Standarisasi larutan KOH menggunakan asam oksalat menggunakan indikator PP
4. Standarisasi dilakukan sampai larutan berwarna merah muda seulas.
3.7 Pengukuran Angka Asam
1. KOH ditimbang sebanyak 5,3 gram ke dalam 1000 ml aquadest lalu diaduk
2. Standarisasi KOH menggunakan asam oksalat 0,1 N menggunakan indikator PP
3. Biodiesel ditambahkan ke dalam erlenmeyer sebanyak 1 gram
4. Ke dalam erlenmeyer berisi biodiesel, ditambahkan 2,5 ml etanol 96%, lalu dididihkan sambil dikocok kuat
5. Titrasi larutan sampai berwarna merah muda seulas.
3.7 Diagram Alir
a) Tahapan Ekstraksi Minyak Mikroalga Chlorella sorokiniana
Minyak Mikroalga Ekstraksi minyak mikroalga
Chlorella sorokiniana (Daya microwave 136 watt;
264 watt; 440 watt; 616 watt; dan 800 watt)
10 gram
Mikroalga, 20ml Methanol, dan 30 ml N-Hexane
Pengadukan
Ekstraksi minyak mikroalga Chlorella sorokiniana (Daya Microwave 136 watt;
264 watt; 440 watt; 616 watt;
dan >616 watt)
N-Hexane dan Metanol
Lipid mikroalga Campuran di evaporasi
b) Tahapan Transesterifikasi In-situ
c) Tahapan Penentuan Massa Jenis Mikroalga,
H2SO4, dan Metanol
Pengadukan
Proses transesterifikasi minyak mikroalga Chlorella
sorokiniana
(Daya Microwave 440 watt;
perbandingan rasio Mikroalga : Metanol 1:5 ; 1:10 ; 1:15 ; 1:20 ;
1:25)
Metanol Campuran di evaporasi
Analisis biodiesel Biodiesel
Biodiesel Pemanasan
(Suhu 400C)
Penimbangan
d) Standarisasi KOH
e) Penentuan Angka Asam
3.8 Analisis Data
Biodiesel yang diperoleh dari reaksi transesterifikasi minyak Chlorella menggunakan katalis padat dianalisa dengan beberapa pengukuran untuk mengetahui kadar dan kualitas.
a) Yield Minyak mikroalga
Yield = Massa minyak mikroalga×100 % KOH padat 5,6
gram, aquadest Pencampuran Asam oksalat 0,1
N 15 ml, Indikaotr PP
Standarisasi
Volume KOH
Biodiesel 1 gram, etanol 96% 2,5 ml
Pemanasan &
Penggojogan (Suhu 800C)
Indikator PP Titrasi
Volume KOH
b) Yield biodiesel
Yield = Massabiodiesel
Massa bubuk mikroalga×100 % c) Berat massa biodiesel
ρ = Massa Volume
d) Standarisasi KOH
NKOH x VKOH = NH2C2O4 x VH2C2O4
e) Penentuan Angka Asam
Angka asam (Mg KOH/Minyak) = ml KOH x N . KOH x56 w(g)
f) GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrophotometry)
Uji analisa GC-MS dilakukan untuk mengetahui kandungan dan komposisi dari hasil ekstraksi minyak mikroalga dan biodiesel yang dihasilkan.
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pertumbuhan Mikroalga
Pada penelitian ini dilakukan kultivasi dengan cara menambahkan aquadest dengan perbandingan mikroalga : aquadest sebesar 1:4 dan ditambahkan pupuk NPK setiap minggunya. Nutrien mampu meningkatkan laju produktivitas mikroalga, karena mikroalga memanfaatkan nutrien sebagai sumber metabolisme tubuhnya (Chiu et al., 2014). Chlorella dapat mengonsumsi TN (Total Nitrogen), Fosfor, dan COD (Chemical Oxygen Demand) secara berturut-turut sebesar 68.4%, 83.2%, dan 50.9%
secara berturut-turut (Wang et al., 2010). Nitrogen merupakan salah satu nutrien esensial yang digunakan oleh mikroalga sebagai komponen utama dalam pembentukan protein dalam sel. Namun penambahan kadar nutrien berlebih justru dapat menghambat pertumbuhan mikroalga (Sayedin et al., 2020). Dalam proses pertumbuhan mikroalga yang dilakukan didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 6 Data Absorbansi Mikroalga
Hari ke Absorbansi
1 0,712
4 0,719
5 0,727
6 0,765
7 0,780
8 0,790
11 0,793
12 0,795
13 0,794
14 0,795
Pada tabel 7 terlihat bahwa adanya kenaikan absorbansi pada mikroalga setiap harinya dan pada hari ke-11 sampai hari ke-14 absorbansi sudah mulai stabil dalam artian sudah tidak ada lagi pertumbuhan atau mikroalga sudah dalam fase stasioner dimana fase pertumbuhan dan kematian mikroalga sudah seimbang. Pada fase ini, mikroalga sudah siap dipanen.
Pemanenan mikroalga dilakukan dengan cara menambahkan tawas sebagai flokulan agar mikroalga mengendap, lalu mikroalga tersebut disaring menggunakan kanebo. Setelah penyaringan tersebut, dilakukan pengeringan menggunakan oven pada suhu 60 oC.
Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan mikroalga kering seberat 2 gram dari 15 liter mikroalga yang telah di kultivasi.
4.2 Pengaruh Variasi Daya Ekstraksi terhadap Yield Minyak Mikroalga yang Dihasilkan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilaksanakan, menunjukakan bahwa variasi daya ekstraksi berpengaruh terhadap persentase yield minyak mikroalga yang dihasilkan.
Tabel 7 Hasil Penelitian Pengaruh Daya Ekstraksi terhadap Persentase Yield Minyak yang dihasilkan
No Daya Ekstraksi (Watt)
Jumlah Minyak Mikroalga
(Gram) Yield (%)
1 136 0,718 7,18
2 264 2,265 22,65
3 440 3,796 37,96
4 616 2,441 24,41
5 800 2,335 23,35
100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 5 10 15 20 25 30 35 40
f(x) = 0.02 x + 14.77 R² = 0.2
Daya Ekstraksi
% Yield Minyak MIkroalga
Gambar 8 Grafik Hubungan Antara Daya Ekstraksi terhadap Persentase Yield Minyak Yang Dihasilkan
Dari gambar 8, menunjukkan bahwa hasil dari proses hasil ekstraksi pada berbagai variasi daya yaitu 136 watt, 264 watt, 440 watt, 616 watt, dan 800 watt.
Penentuan daya optimum microwave oven untuk ekstraksi minyak dari Chlorella sorokiniana diperlukan untuk mengetahui daya maksimal yang digunakan sehingga menghasilkan rendemen minyak yang tinggi. Lalu daya optimum yang diperoleh yaitu pada daya 440 watt.
Dan berdasarkan data yang diperoleh, daya 800 watt memberikan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan pada daya yang lainnya. Daya memiliki hubungan dengan temperatur, sesuai dengan rumus :
P .t=m . c . ∆ T ...(1) Keterangan
P = Daya listrik (Watt)
t = banyak waktu yang diperlukan (s) m = massa (s)
c = kalor jenis (J kg-1oC-1)
∆ T = perubahan suhu (oC)
Berdasarkan rumus 1 dapat dilihat hubungan antara daya dengan temperatur adalah berbanding lurus yang berarti bahwa ketika ada kenaikan daya maka perubahan temperatur sebelum terjadinya pemanasan dalam microwave dan setelah terjadinya pemanasan semakin besar.
Temperatur yang tinggi dapat membantu pemecahan dinding sel dan membuat kontak antara metanol dan minyak lebih mudah dan menghasilkan yield yang lebih tinggi. Tetapi, sesuai dengan rumus 1 maka apabila daya terus dinaikkan maka akan terjadinya peningkatan suhu yang terjadi semakin besar. Efek dari panas karena temperatur yang tinggi akan menyebabkan biomassa akan rusak karena biomassa akan kering dan gosong (Bintari, 2018).
4.3 Pengaruh Variabel Rasio Pelarut terhadap Yield Biodiesel yang dihasilkan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilaksanakan, menunjukan bahwa variasi rasio mikroalga : pelarut berpengaruh terhadap persentase yield biodiesel yang dihasilkan.
Tabel 8 Hasil Penelitian Pengaruh Rasio Pelarut Ekstraksi terhadap Persentase Yield Biodiesel yang dihasilkan
No Rasio Mikroalga :
Pelarut (w/v) Jumlah Biodiesel (Gram) Yield (%)
1 1 : 5 1,995 19,95
2 1 : 10 4,387 43,87
3 1 : 15 7,839 78,39
4 1 : 20 6,351 63,51
5 1 : 25 6,037 60,37
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
f(x) = 10.05 x + 22.5 R² = 0.51
% Yield Biodiesel
Gambar 9 Grafik hubungan antara rasio mikroalga : pelarut terhadap persentase yield biodiesel yang dihasilkan
Dari gambar yang 9 telah dilakukan percobaan pada rasio mikroalga : pelarut sebesar 1:5, 1:10, 1:15, 1:20, dan 1:25. Dari grafik tersebut menunjukan bahwa kondisi optimum yang dihasilkan berada pada sampel ke-3 yaitu dimana rasio pelarut:mikroalga adalah 1:15.
Sesuai penelitian yang dilakukan oleh (Panjaitan, 2017), kondisi daya yang optimum untuk reaksi transesterifikasi adalah 450 watt. Berdasarkan hal tersebut, dalam proses transesterifikasi in-situ ini menggunakan pendekatan watt yang tersedia di laboratorium yaitu sebesar 440 watt.
Hal ini dikarenakan excess metanol akan meningkatkan produksi biodiesel, sedangkan excess metanol akan menurunkan produksi biodiesel pada rasio 1:20 atau lebih. Hal ini dapat terjadi ketika gliserin terdapat dalam campuran reaksi, yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan ekuilibrium beralih ke kiri sesuai dengan reaksi reversible, dan yield biodiesel tidak akan mengalami peningkatan ketika reaksi telah mencapai kondisi equilibrium (Tang et al., 2016).
RASIO MIKROALGA : PELARUT
1 : 25 1 : 20
1 : 15 1 : 10
1 : 5
4.4 Penentuan Massa Jenis Biodiesel
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, didapatkan hasil sebagai berikut:
Tabel 9 Data Massa Jenis Biodiesel No Rasio Mikroalga :
Pelarut (w/v) Berat (gram) Volume (ml) Massa Jenis (g/ml)
1 1 : 5 1,937 2,1 0,95
2 1 : 10 4,329 5 0,887
3 1 : 15 7,781 9 0,871
4 1 : 20 6,293 7,3 0,87
5 1 : 25 5,979 6,7 0,901
Dari tabel 9, diperoleh bahwa massa jenis setiap sampel. Terlihat bahwa sampel dengan rasio mikroalga : pelarut sebesar 1 : 5 dan 1 : 25 tidak sesuai ke dalam range biodiesel yang ada dalam standar SNI. Hal tersebut dikarenakan beberapa hal, seperti masih adanya pelarut metanol yang terkandung dalam sampel karena proses evaporasi yang masih belum sempurna.
Selain karena adanya pelarut yang terkandung, massa jenis biodiesel di atas bukanlah massa jenis murni dari biodiesel yang terbentuk melainkan masih adanya senyawa lain yang terbentuk dari proses transesterifikasi dan dapat mempengaruhi massa jenis yang terhitung.
Pengukuran massa jenis ini tidak menggunakan piknometer, karena adanya kendala dalam penelitian ini yaitu biodiesel yang terbentuk dalam jumlah yang relatif sedikit sehingga kami hanya mengukur berat menggunakan botol sampel dan mengukur volumenya sehingga pengukuran massa jenis ini sangatlah mungkin untuk tidak sesuai dengan massa jenis sebenarnya dari biodiesel yang terbentuk.
4.5 Standarisasi KOH
Standarisasi KOH dilakukan karena larutan ini merupakan larutan standar sekunder yang harus dititrasi menggunakan larutan standar primer untuk mengetahui konsentrasi dari larutan yang sebenarnya.
Dari standarisasi yang telah dilakukan, diperoleh data sebagai berikut :
Tabel 10 Data Standarisasi KOH menggunakan Asam Oksalat No Volume KOH (ml) Volume Asam Oksalat
(ml)
Normalitas KOH (N)
1 8,5 15 0,17
2 7,7 15 0,19
3 7,8 15 0,19
Normalitas KOH rata-rata 0,18
4.6 Penentuan Angka Asam
Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh data sebagai berikut : Tabel 11 Data Penentuan Angka Asam
No Rasio Mikroalga :
Pelarut (w/v) Volume KOH (ml) Angka Asam (Mg
KOH/minyak)
1 1 : 5 0,1 1,008
2 1 : 10 0,3 3,024
3 1 : 15 0,2 2,016
4 1 : 20 0,1 1,008
5 1 : 25 0,1 1,008
Angka asam menunjukkan banyaknya KOH yang dipakai untuk menetralkan kandungan asam lemak bebas dalam 1 gram biodiesel. Kandungan utama dari asam bebas adalah asam lemak bebas dan asam mineral. Angka asam yang tinggi merupakan indikator biodiesel yang mengandung asam lemak bebas (Jauhari, 2018).
Penggunaan etanol dalam percobaan ini adalah untuk melarutkan asam lemak yang masih terkandung dalam biodiesel.
Tabel menunjukkan bahwa angka asam dari sampel tidak memenuhi standar mutu biodiesel yang berada pada angka 0,8 mg KOH/minyak. Hal tersebut dikarenakan sampel yang kami dapatkan dibawah berat yang seharusnya dimasukkan ke dalam percobaan. Disini, kami memasukkan hanya 1 gram sampel, sehingga hasil yang didapatkan tidak akurat.
4.7 Hasil Analisis GC-MS
Analisis GC-MS ini kami lakukan di laboratorium Universitas Islam
Tabel 12 Hasil Analisis GC-MS Biodiesel
Peak Senyawa Teranalisa Jumlah (%)
1 trans-Caryophyllene 1,63
2 Caryophyllene oxide 1,91
3 Caryophyllene oxide 63,87
4 HUMULENE OXIDE 4,76
5 LONGIPINOCARVEOL 5,95
6 METHYL 5,8-
OCTADECADIENOATE 6,36
7 2,5-Furandione 10,5
8 3-Cyclohexene-1-methanol 5,03
JUMLAH 100
Dari tabel 12, terlihat bahwa jumlah metil ester yang terbentuk sebanyak 6,36%. Senyawa lain yang banyak terkandung pada biodiesel adalah kariofilen.
Kariofilen merupakan senyawa aromatik yang banyak terkandung dalam minyak atsiri seperti minyak cengkeh.
Kariofilen terbentuk karena selama proses transesterifikasi terjadi beberapa transformasi seperti reaksi hidrolisis dan reaksi dehidrasi. Selain itu, terdapat reaksi siklisasi dalam transesterifikasi yang dapat mengubah olefin menjadi senyawa aromatik (Mahfud et al, 2024).
`
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa : 1. Kondisi optimum daya microwave terhadap yield minyak mikroalga
yang dihasilkan terdapat pada saat daya berada di angka 440 watt (medium).
2. Perbandingan mikroalga:metanol 1:15 merupakan kondisi optimum dalam mendapatkan yield biodiesel pada proses reaksi transesterifikasi in-situ dengan metode Microwave-assited pada daya 440 watt.
5.2 Saran
Saran dari peneliti untuk selanjutnya yaitu mencari alternatif untuk proses pembentukan yang lebih optimum karena adanya senyawa lain yang terbentuk yang menyebabkan kemurnian biodiesel berkurang .
DAFTAR PUSTAKA
Abed, K.A., M. S. Gad, A. K. El Morsi, M. M.Sayed, and S. A. Elyazeed. 2019. Effect of Biodiesel Fuels On Diesel EngineEmissions. Egyptian Journal of Petroleum.
28: 183-188
Ariyanti, Dessy dan Hardayani, Noor Abyor. 2012. Potensi Mikroalga sebagai Sumber Biomasa dan Pengembangan Prosuk Turunannya. Teknik, 33 (2).
Barqi, Wildan Syaeful. 2015. Pengambilan Minyak Mikroalga Chlorella sp. dengan Metode Microwave Assisted Extraction. Jurnal Bahan Alam Terbarukan. 4 (1) : 34-41
Basmal, Jamal, 2008. Produksi Mikroalga sebagai Biofuel. Squalen Bulletin of Marine and Fisheries Postharvest and Biotechnology, 3(1), 34-39.
Bintari, Yoni Rina et, al. 2018. Ekstraksi Minyaka dengan Metode Microwave Assited Extraction dari Mikroalga yang Potensial sebagai Biodiesel. Jurnal Ketahanan Pangan. 2(2) : 180-189.
Brennan, L. and Owende, P. (2010) Biofuels from Microalgae—A Review of Technologies for Production, Processing, and Extractions of Biofuels and Co- Products. Natural Science, 7(7)
Chisti,Y. 2007. Biodiesel from Microalgae. Biotechnology Advances., 11:294–306.
Chiu S, Kao C, Chen T, Chang Y, Kuo C, Lin C. 2014. Cultivation of microalgal chlorella for biomass and lipid production using wastewater as nutrient resource. Bioresource Technology. 184: 179-189. doi:
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.11.080.
Elystia, Shinta. et,al. 2019. Pemanfaatan Mikroalga Chlorella sp. untuk Produksi Minyak dalam Media Limbah Cair Hotel dengan Variasi Rasio C:N dan Panjang Gelombang Cahaya. Jurnal Sains & Teknologi Lingkungan. 11(1) Enamala et al., 2018. Production of biofuels from microalgae - A review on
cultivation, harvesting, minyak extraction, and numerous applications of microalgae. Diakses di https://www.researchgate.net
Ernes, A., R. S. Hartati, P.D. Sari, dan I.N.S. Winaya 2019. Biodiesel: Minyak BekasPenggorengan Tepung Ikan Sardin:Pemanfaatan Limbah Rumah Tangga sebagai Energi Terbarukan. Pasuruan:CV. Penerbit Qiara Media.
Feddern, Vivian. 2015. Animal Fat Wastes for Biodiesel Production. Embrapa Swine and Poultry,Brazil.
Georgianni K.G., Kontominas M.G., Pomonis, P.J., Avlonitis D., Gergis, V., 2008, Alkaline conventional and in situ transesterification of cottonseed oil for the production of biodiesel, Energy & Fuels, 22, 2110-2015
Khan, Adam Karl. 2002. Research Into Biodiesel Kinetics and Development. The University of Queensland, Queensland.
Jauhari, Muhammad Firdaus et al. 2018. Analisa Perbandingan Kualitas Biodiesel dari Minyak Jelatah Berdasarkan Perbedaan Penggunaan Jenis Reaktor. Jurnal Intekna, 18 (1) : 1-66
Kumar, K., Dasgupta, C. N., & Das, D. (2014). Bioresource Technology Cell growthkinetics of Chlorella sorokiniana and nutritional values of its biomass.
JurnalBioresurce Technology, 167, 358–366.
Kussuryani, Yanni., Chairil Anwar. 2009. Bahan Bakar Nabati Biodiesel dan Jaminan Mutu Biodiesel. Jurnal Lemigas. 43 (3) : 247-255.
Liu, J., Sun, Z., Gerken, H. 2016. Recent Advances in Microalgal Biotechnology.
USA :OMICS Group eBooks.
Mahfud et al. 2024. Optimization bio-oil production from Chlorella sp. through microwave-assisted pyrolysis using response surface methodology. Green Energy and Resources. 2 : 2-8.
Mursandi, H. (2021). Aktivitas Antioksidan Ekstrak Etanol Mikroalga Chlorellasorokiniana Hasil Kultur pada Media Limbah Cair Tahu. Skripsi Universitas Nusa Bangsa.
Nakashima et,al. The Multicenter Study of a New Assay for Simultaneous Detection of Multiple Anti-Aminoacyl-tRNA Synthetases in Myositis and Interstitial Pneumonia. PLOS ONE 9(1):
Nurachman, Zeily, et. Al. 2015. Tropical marine Chlorella sp. PP1 as a source of photosynthetic pigments for dye-sensitized solar cells. Algal Research, 20. 25- 32
Panjaitan, Renova, Wa Ode Maryani Asrim. 2017. Pembuatan Biodiesel dari Mikrolalga Chlorella sp. Denga Metode Microwave-assisted Transesterification secara In-situ. Skripsi. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya
Ramanna, L., Guldhe, A., Rawat, I., & Bux, F. (2014). Bioresource Technology The optimization of biomass and minyak yields of Chlorella sorokiniana when using wastewater supplemented with different nitrogen sources. Bioresourc Technology.
Risris, N., Sastro, Y., Bakrie,B. 2011. Karakteristik Fisik, Kimia dan Biologi dari Tepung Limbah Rumah Potong Ayam sebagai Bahan Baku untuk Pakan Ternak. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian, Jakarta.
Rodolfi L, Chini Zittelli G, Bassi N, Padovani G, Biondi N, Bonini G, Tredici MR.
Microalgae for oil: strain selection, induction of minyak synthesis and outdoor mass cultivation in a low-cost photobioreactor. Biotechnol Bioeng 2009;102(1):100e12.
Santos, T., Valente,M.A., Monteiro, J., Costa, L.C. 2011. Electromagnetic and Thermal History During Microwave Heating. The Journal of Applied Thermal Engineering., Vol. 31, 3255-3261.
Shin, Hee-Young et al, 2018. Minyak Extraction form Tetraselmis sp. Microalgae for Biodiesel Production using Hexane-based Solvent Mixtures. Biotechnology and Bioprocess Engineering. 3(1), 16-22.
Singh, D., D. Sharma, S.L. Soni, S. Sharma and D.Kumari. 2019. Chemical Composition,Properties, and Standards for Different Generation Biodiesel: A Riview. Fuel.253: 60-71.
Syamsidar, HS. 2013. Pembuatan dan Uji Kualitas Biodiesel dari Minyak Jelantah.
Jurnal Teknosains. 7 (2) : 209-218.
Tang, Yuti., Zhang,Yue., Rosenberg, Julian., Betenbaugh, Michael., Wang,Fei. 2016.
Optimization of One-Step In Situ Transesterification Method for Accurate
Quantification of EPA in Nannochloropsis gadinata. Chemical Engineering, Nanjing Forestry University, China.
Thostenson, E.T. and Chou, T.W. (1999) Microwave Processing: Fundamentals and Applications. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 30, 1055-1071.
Triyastuti, Meilya Suzan (2023) Metode Pengeringan Minyak dari Mikroalgae Berpotensi Sebagai Biodesel. Science, Technology and Management Journal.
3(2), 43-52.
Wang L, Min M, Li Y, Chen P, Chen Y, Liu Y, Wang Y, Ruan R. 2010. Cultivation of green algae Chlorella sp. in different wastewaters from municipal wastewater treatment plant. Appl Biochem Biotechnol. 162: 1174-1186. doi:
https://doi.org/10.1007/s12010-009-8866-7.
