PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK NABATI NURUL LAILI ARIFIN STTN-BATAN YOGYAKARTA I.
ABSTRAK
Telah dilakukan praktikum pembuatan biodiesel dengan skala lab, untuk mengetahui dan memahami proses pembuatan biodiesel serta untuk mengetahui variable yang berpengaruh pada proses tersebut. Proses pembuatan biodiesel berdasarkan reaksi kimia yang disebut reaksi transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya adalah mereaksikan minyak nabati dengan etanol yang dibantu dengan katalisator soda api (NaOH). Variabel yang divariasi ialah jenis minyak nabati dan waktu pemanasan. Minyak nabati yang digunakan a dalah minyak kelapa sawit dan da n minyak jelantah. Pada pemanasan selama 5 menit, kedua jenis minyak tersebut mengahasilkan biodiesel dengan volume yang sama (11,4mL) namun dengan kualitas yang berbeda. berbeda. Jika waktu reaksi ditambah ditambah menjadi 10 menit, dihasilkan volume volume biodiesel yang lebih sedikit (5mL). Hal ini dikarenakan reaksi telah mencapai setimbang pada waktu reaksi 5 menit. Selain itu, telah dilakukan pula pengujian kualitas biodiesel melalui analisis kualitatif dan kuantitatif. Untuk analisis kuantitatif , dapat dilakukan dengan pengujian secara asidimetri. Dimana, parameter yang dianalisis ialah bilangan asam, bilangan ester, bilangan penyabunan, viskositas dan densitas,. densitas,. Berdasarkan hasil analisis serta pembandingan pembandingan terhadap biodiesel biodiesel standar, biodiesel yang dihasilkan, kurang memenuhi kriteria dalam segi densitasnya. Sehingga, diperlukan proses lebih lanjut lagi agar memenuhi kriteria. Sedangkan, berdasarkan uji kualitatif, biodiesel dari minyak kelapa sawit lebih berwarna kuning muda daripada biodiesel dari minyak jelantah.
II. PENDAHULUAN/TEORI
Penggunaan BBM cenderung meningkat akibat pertumbuhan penduduk dan industri, sementara cadangan minyak yang semakin menipis dan tidak dapat diperbaharui, sangat potensial menimbulkan krisis energi pada masa yang akan datang. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan ketergantungan pada bahan bakar minyak (BBM) perlu diadakan diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang dapat diperbaharui (renewable ( renewable). ). Salah satunya adalah energi alternatif yang berasal dari minyak tanaman / tumbuhan Biodiesel merupakan salah satu solusi dari berbagai masalah tersebut. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif pengganti minyak diesel yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau lemak hewan. Biodiesel memiliki keunggulan yaitu:
1|
y Biodiesel mudah digunakan, bersifat biodegradable dan tergolong senyawa aromatik. lash point (titik nyala) yang lebih tinggi dari petroleum diesel y Biodiesel mempunyai nilai f lash sehingga lebih aman jika disimpan dan digunakan.
y Biodiesel dapat sebagai pengganti 100% minyak solar, maupun sebagai campuran minyak solar tanpa modifikasi mesin.
y Biodiesel mempunyai kadar belerang yang jauh lebih kecil (sangat ramah lingkungan karena kadar belerang kurang dari 15 ppm). Penurunan kadar belerang dapat menurunkan emisi gas buang kendaraan berupa gas SOx dan SPM (S ( S olid olid Particulate Matters) Matters) yang mengotori udara.
y Viskositas biodiesel lebih tinggi dibandingkan viskositas solar, sehingga biodiesel mempunyai daya pelumasan yang lebih baik daripada daripa da solar. Oleh karena mampu melumasi melumasi mesin dan sistem baha n bakar, maka dapat menurunkan menur unkan keausan piston. Sehingga, mesin mesi n yang menggunakan bahan bakar biodiesel menjadi lebih awet.
y Biodiesel sudah mengandung oksigen dalam senyawanya, sehingga pembakaran di dalam mesin nyaris sempurna dan hanya membutuhkan membutuhkan nisbah udara/bahan bakar rendah. Dengan demikian emisi senyawa karbon non-CO2 dalam gas buang kendaraan sangat kecil dan penggunaan penggunaan bahan bakar lebih efisien (Suirta, 2009) Persyaratan mutu biodiesel di Indonesia sudah dibakukan dalam SNI-04-7182-2006, yang telah disahkan dan diterbitkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) tanggal 22 Februari 2006 (Soerawidjaja,2006). (Soerawidjaja,2006). Tabel.1 menyajikan persyaratan kualitas biodiesel yang diinginkan. Tabel 1 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006. SNI-04-7182-2006.
2
|
Langkah awal awa l pembuat pembua tan bi
iesel esel adal adalah pembuat pembuatan minyak nabati naba ti Unt Untuk bi b i diesel esel dar i biji
jarak jarak mi minyak dapat dapat di perol peroleh seper ti ti pada di diagram ali alirr di di bawah ini :
Kering Jarak Jatrova Kering PRES KONTINYU
Ampas Ampas Bungkil Bungkil
Minyak Jarak
EKSTRAKSI SOLVEN
Minyak Jarak Jatrova (90 100%) Ampas Amp as Bungkil Bungkil
EVAPORASI
Solve olve n
Minyak Jarak
Gambar 1. Bagan proses pembuat pembua t an an mi minyak jarak
3
|
Proses pembuatan biodiesel merupakan reaksi alkoholisis yang merupakan reaksi setimbang dengan kalor reaksi kecil. Metil ester dari minyak jarak pagar dapat dihasilkan melalui transesterifikasi trigliserida dari minayk jarak sehingga menghasilkan biodiesel (metil ester). Transesterifikasi adalah penggantian gugus alkohol alkohol dari suatu ester dengan alkohol, alkohol, jadi mirip reaksi r eaksi hidrolisis, tetapi bukan air untuk menghidrolisis tetapi alkohol sehingga dinamakan alkoholisis. Transesterifikasi merupakan suatu reaksi kesetimbangan untuk menggeser reaksi ke kanan biasanya digunakan alkohol raksi pendek dengan berlebih atau mengambil salah satu produk campuran, metanol sering digunakan karena lebih murah, boleh jadi dengan alkohol lain seperti etanol. Reaksi kimia proses transesterifikasi tri glyceride menjadi methyl ester dengan alkohol sebagai senyawa pengesterifikasi, adalah sebagai berikut:
Pada intinya, tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman, 1984): a. Pengaruh air dan asam lemak bebas
Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dankarbon dioksida. b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah
Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan memberikan konversi yang maksimum. c. Pengaruh jenis alkohol
Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengaan menggunakan etanol atau butanol. d. Pengaruh jenis katalis
4
|
kali Alkali
kat katalis lis (kat (katalis lis basa) akan mempercepat mempercepa t reaksi reaksi transest ransester i ikasi kasi bila ila di bandi bandingkan
dengan kat ka talis lis asam. Kat Katalis lis basa yang pali pa ling ng popul populer unt untuk reaksi reaks i transest ransester i ikasi kasi adal adalah nat natr ium hidroksi droksida (NaOH), kali ka lium um hidroksi droksida (KOH), nat natr ium met metoksi oksida (NaOC (NaOCH ), dan 3
kali kalium um met metoksi oksida (KOC (KOCH ). Kat Katalis lis se ja jati bagi bagi reaksi reaks i sebenarnya adal ada lah ion metil metilaat 3
(met (metoksi oksida). R eaksit eaksitranses ransestter i ikasi kasi akan menghasil menghas ilkan kan konversi konvers i yang maksi maks imum dengan jum jumllah kat lis 0,5-1,5%-b mi lis yang efek tif tif unt katalis minyak nabati naba ti.. Juml Jumlah kat katalis untuk reaks reaksii adal adalah 0,5%-b mi minyak nabati naba ti unt untuk nat natr ium met metoksi oksida dan 1%-b minyak nabati nabati unt untuk nat natr ium hidroksi droksida. e.
Metanoli anoli i Crude dan Refined an Refined M Minyak Nabat i
Perol Perolehan metil metil est ester akan lebi ebih tingg tinggii jika jika menggunakan mi minyak nabati nabatiref ref ined . Namun apabil apab ilaa produk metil metil est ester akan di digunakan sebagai sebaga i bahan bakar mesi mes in diesel esel, cukup digunakan bahan baku berupa mi m inyak yang telah di d ihilangkan ilangkan get getahnya dan di disar ing. f .
Pengaruh te mperat ur
R eaksi eaksi transest ransester if ikasi kasi dapat dapat dilakukan ilakukan pada temperat emperatur 30 - 65° C (titik titik didih met metanol ano l sek itar itar 65° C). Semak in tingg tinggii temperat emperatur, konversi konvers i yang di di perol peroleh akan semak in tingg tinggii unt untuk wak tu yang lebi ebih singkat ngka t. Hal Hal ini ditun itun jukan jukan pada Gambar 2.7. Unt Un tuk wak tu 6 menit menit,, pada o
o
temperat emperatur 60 C konversi konvers i telah mencapai mencapa i 94% sedangkan pada 45 C yait yaitu u 87% dan pada o
32 C yait yaitu u 64%. Temperat Temperatur yang rendah akan menghas ilkan ilkan konversi konvers i yang lebi ebih tingg tinggii namun dengan wak tu reaksi reaksi yang lebi ebih lama.
emperatur t ur terhadap wak tu pencapai pencapa ian konversi konversi Gambar 2. Pengaruh temperat Anali Anali i Bio Biodiesel 5
|
Prinsip analisis biodiesel dapat dilakukan dengan pengujian secara asidimetri. Pengujian secara asidimetri dilakukan untuk menentukan bilangan asam, bilangan penyabunan, bilangan ester, asam lemak bebas, jumlah asam lemak total dan asa m lemak yang terikat sebagai ester. Bilangan asam adalah ukuran jumlah asam lemak bebas, dihitung berdasarkan berat molekul
dari asam lemak atau campuran asam lemak. Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram KOH yang digunakan diguna kan untuk menetralkan menetral kan asam lemak bebas yang terdapat terda pat dalam 1 gram ra m minyak atau lema k.
Bilangan asam !
Dengan :
56,1 V N ¨
V
mg KOH ¸ ©© ¹¹ gram biodiesel ª º
: N
volume KOH yang dibutuhkan dibutuhkan pada titrasi (ml) :
normalitas KOH
M
:
berat sampel biodiesel (gram)
56,1
:
berat molekul KOH
Bilangan penyabunan adalah jumlah alkali yang dibutuhkan untuk menyabunkan sejumlah
contoh minyak. Bilangan penyabunan dinyatakan dengan jumlah miligram KOH yang dibutuhkan untuk menyabunkan 1 gram minyak atau lemak. 40 ( C ) ¦
¦
ilangan penyabunan
Dengan :
¡
M
£
¨ ¸ g a ©© ¹¹ gra biodiesel ª º £
¥
¢
¤
¢
B
:
volume HCl 0,5 pada titrasi blangko (ml)
C
:
volume HCl 0,5 pada titrasi contoh (ml)
Bilangan ester adalah jumlah asam organik yang bersenyawa sebagai ester, dan mempunyai
hubungan hubungan dengan bilangan a sam dan bilangan penyabunan. penyabunan. Bilangan ester (Ae) = [ Bilangan penyabunan (As) ± Bilangan asam (Aa) ] Diagram alir proses pembuatan biodiesel dalam industri adalah sebagai berikut : H2
A
§ ¨
©
Me
¨
Metil
i
Ester
H
Me
H
Se arator
6
|
Mixer K o l o
E
M
III. ALAT DAN BAHAN
y
Peralatan yang digunakan adalah: 1. Kompor pemanas 2. Termometer 3. Magnetic S tirer tirer 4. Piknometer 5.
V iskosi iskosi
eter stwald
6. Ball pipet 7. Sendok sungu 8. Neraca analitik 9. Buret + statif 10. Labu leher tiga 11. Kolom pendingin untuk proses refluk 12. Alat-alat gelas lainnya ; kaca arloji ,gelas beker, gelas ukur, pipet tetes, corong, erlenmeyer, labu pemisah, pipet gondok.
y Bahan yang digunakan adalah: 1. Minyak jelantah jelantah
2.
thanol E thanol
dan
(C 3C
inyak kelapa sawit
) ke urnian 96%. Jauhkan bahan ini dari api karena sifatnya yang
mudah terbakar. Bahan ini mudah menguap, dan berbahaya apabila terhirup. 7
|
3.
N a
!
. Bahan ini berupa kristal putih. Larutannya apabila mengenai kulit dapat
menyebabkan iritasi. Apabila akan digunakan dikeringkan dulu, misalnya menggunakan oven, oleh karena sifatnyamudah menyerap air. 4.
Dietil
eter ke urnian 96%. Jauhkan dari api karena sifatnya yang mudah terbakar. Bahan "
ini mudah menguap, sehingga wadahnya harus ditutup rapat-rapat. 5.
aquades atau air bebas ion .
6 . H Cl Cl 7 . KOH 8.
Larutan
Phenolphthalein (PP). (PP) . Merupakan larutan tidak berwarna yang dapat berubah
warnanya menjadi merah muda pada pH tertentu. Larutan PP dibuat untuk segera digunakan, apabila disimpan disimpan dalam bentuk larutan tidak boleh lebih dari 1 tahun. Untuk menghindari kerusakan, penyimpanan sedapat mungkin menghindari cahaya, dimasukkan di dalam botol berwarna gelap/hitam. 9. K ertas ertas para f para f il il #
IV. LANGKAH KERJA Esterifikasi Minyak
1. NaOH dilarutkan dengan etanol, diaduk dan dipanaskan sa mpai suhu 400C 2. Setelah NaOH larut semua, secara cepat ditambahkan minyak jarak 10 mL ke dalam 0
reaktor dan dipanaskan hingga suhu 70 C serta diaduk selama 5 menit 3. Larutan hasil didinginkan sampai suhu kamar dan dibiarkan hingga terbentuk dua lapisaan, yaitu lapisan atas adalah biodiesel, sedangkan lapisan bawah berupa sisa pereaksi dan gliserol 4. Percobaan diulangi dengan variasi waktu pemanasan dan jenis minyak nabati Analisis Biodiesel Penentuan Bilangan Asam
1. Biodiesel ditimbang sebanyak 2 gram dan dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan 10 mL campuran pelarut (50% dietil eter dan 50% etanol 95%v) yang telah dinetralkan dengan indicator PP dan NaOH 0,1 N alkoholik. Larutan diaduk dengan kuat dan dititrasi dengan NaOH sampai kembali berwarna merah jambu dengan intensitas warna yang ya ng sama seperti pada campura c ampuran n pelarut yang tela h dinetralka n di atas. Warna merah jambu harus dapat bertahan minimal 15 detik. 2. Penentuan bilangan asam dihitung dari volume titran.
8
|
Penentuan Bilangan Penyabunan
1. Sampel Boidiesel ditimbang sebanyak 2 gram dan dimasukkan ke dalam labu leher tiga. Kemudian, ditambahkan 25 mL NaOH alkoholis , dipanaskan di bawah pendingin balik, dan dititrasi dengan HCl 0,5N. 2. Volume titran dicatat sebagai volume contoh 3. NaOH alkoholis 25 mL dipanaskan di bawah pending balik, didinginkan dan ditambahkan 1 mL indikator PP. Kemudian, dititrasi dengan HCl 0,5 N 4. Volume titran dicatat sebagai s ebagai volume blanko Penentuan Densitas Dan Viskositas
Diukur densitas dan viskositas biodiesel dengan menggunakan alat viskosimeter Ostwald dan piknometer, piknometer, dan hasil pengujian dibandingkan dengan standar biodiesel yang diizinkan.
9
|
