pula hasil penelitian Noureddini dan Zhu 1997 yang menyatakan bahwa ada perbedaan yang nyata pengaruh suhu terhadap hasil metil ester antara 30-60
o
C akan tetapi antara 60 - 70
o
C tidak ada perbedaan nyata. Sedangkan untuk viskositas ada perbedaan yaitu transesterifikasi suhu 45
o
C dan 60
o
C menunjukkan perlakuan yang lebih baik dari pada suhu 75
o
C .
Berdasarkan hasil penelitian dan kajian pustaka maka suhu 60
o
C dipilih sebagai suhu transesterifikasi. Suhu 60
o
C digunakan untuk transesterifikasi oleh Darnoko dan Cheryan 2000, Cheng et al. 2004, Sudradjat et al. 2005 dan
Van Garpen et al. 2005.
4.2.6.2 Optimasi Proses Transesterifikasi
Optimasi proses transesterifikasi diperlukan untuk menentukan kondisi proses yang paling sesuai sehingga diperoleh hasil yang optimum. Tahapan ini
merupakan lanjutan sintesis hasil penelitian pengaruh perlakuan terhadap proses transesterifikasi yang telah dibahas sebelumnya. Optimasi proses transesterifikasi
dilakukan dengan metode permukaan respon. Pada optimasi respon ini digunakan perancangan faktorial 2
2
=4 ditambah titik pusat 5 dan titik observasi 4. Titik tengah dari konsentrasi katalis terhadap minyak 1, nisbah molar metanol
terhadap minyak sebagai triolein 6:1, sedangkan faktor lain dibuat tetap yaitu kecepatan pengadukan 400 rpm, suhu transesterifikasi 60
o
C dan waktu transesterifikasi 30 menit. Dipilih dua faktor yang dioptimasi yaitu nisbah molar
metanol terhadap minyak dan konsentrasi katalis didasarkan pada tingkat pengaruh faktor tersebut dan pertimbangan ekonomi. Nisbah molar metanol terhadap
minyak dan konsentrasi akan menjadi variabel tetap pada penentuan kinetika reaksi pada tahap berikutnya.
Hasil estimasi koefisien regresi dan analisis varian dari optimasi respon produk oleh dua input variabel yaitu nisbah molar metanol terhadap minyak dan
katalis NaOH terhadap minyak yang dilakukan pada kecepatan pengadukan 400 rpm, suhu 60
o
C dan waktu 30 menit terhadap parameter kadar ALB, rendemen, viskositas dan kadar metil ester disajikan pada Gambar 28 dan Tabel 31,
sedangkan hasil analisis regresi respon permukaan, Analisis ragam dapat dilihat pada Lampiran 13.
Tabel 31 Rata-rata
kadar ALB,
viskositas, rendemen, dan kadar metil ester hasil percobaan dan perhitungan model pada optimasi proses transesterifikasi
Met Kat Kadar
ALB Viskositas
cSt Rendemen
biodiesel Kadar
metil ester Hasil Model
1
Hasil Model
2
Hasil Model
3
Hasil Model
4
-1 -1
1,243 1,292 16,950 16,712
68,40 66,83
71,55 74,04 1
-1 1,332 1,378 20,040
19,151 58,60
60,74 51,43 54,39
-1 1
1,479 1,434 20,600 19,466
66,70 66,03
76,32 73,92 1
1 1,043 0,996 14,600
12,815 60,50
63,55 90,08 88,16
-1,414 1,276 1,273 17,900
18,451 64,50
66,39 69,18 69,23
1,414 1,023 1,024 14,000
15,472 63,70
60,33 66,03 65,41
0 -1,414 1,552 1,485 18,000
18,378 64,60
64,50 69,77 66,03
0 1,414 1,251 1,316 14,200
15,845 67,30
65,92 86,66 89,83
0 0 0,725
0,831 9,410
11,140 70,40
70,50 93,24
93,12 0,841 0,831 10,250
11,140 70,00
70,50 95,42 93,12
0,880 0,831 11,040 11,140
69,10 70,50
91,82 93,12 0,819 0,831 11,850
11,140 70,10
70,50 90,80 93,12
0,891 0,831 13,150 11,140
72,90 70,50
94,31 93,12
1
: Y = 0,831-0,088M-0,059K +0,159M
2
+0,285K
2
+ -0,131MK
2 :
Y = 11,140-1,053M -0,896K+2,911M
2
+2,986K
2
-2,273MK
3
: Y = 70,500-2,141M +0,502K-3,569M
2
-2,643K
2
-0,900MK
4 :
Y = 93,118-1,352M +8,413K-12,898M
2
-7,593K
2
-8,470MK
Berdasarkan analisis of varians Analisis ragam kadar ALB, viskositas, rendemen, dan metil ester khususnya dilihat dari nilai p ternyata model regresi
kuadratik menunjukan nilai peluang p 0,05. Nilai p model regresi kuadratik kadar ALB, viskositas, rendemen, dan metil ester masing-masing berturut-turut
adalah 0,000, 0,0018, 0,008 dan 0,000, hal tersebut menunjukkan bahwa model regresi kuadratik adalah tepat.
Viskositas
Rendemen
Metil ester Kadar ALB
Gambar 28 Optimasi proses transesterifikasi berdasarkan respon permukaan dan kontur terhadap kadar ALB, viskositas, rendemen dan metil ester.
Adapun persamaan model kuadratik pengaruh nisbah molar metanol dan konsentrasi katalis terhadap kadar ALB, viskositas, rendemen dan kadar metil ester
adalah sebagai berikut: Y
1
= 0,831-0,088M-0,059K +0,159M
2
+0,285K
2
+ -0,131MK Y
2
= 11,140-1,053M -0,896K+2,911M
2
+2,986K
2
-2,273MK Y
3
= 70,500-2,141M +0,502K-3,569M
2
-2,643K
2
-0,900MK Y
4
= 93,118-1,352M +8,413K-12,898M
2
-7,593K
2
-8,470MK Dengan :
Y
1
= kadar ALB, Y
2
= viskositas, Y
3
= rendemen, Y
4
= kadar metil ester M = nisbah molar metanol terhadap minyak, K = konsentrasi katalis NaOH
terhadap berat minyak Hasil uji kesahihan model menunjukkan bahwa model kuadratik kadar
ALB, viskositas, rendemen dan kadar metil ester mempunyai nilai koefisien determinasi R
2
relatif tinggi masing-masing yaitu 96,0, 88,3, 89,7, dan
97,3. Hal itu menunjukkan bahwa 96,0, 88,3, 89,7, dan 97,3.dari keragaman pada parameter optimasi dapat dijelaskan dengan model. Uji lack of fit
yang digunakan untuk menguji kecukupan model berdasarkan tabel Analisis ragam menunjukkan bahwa P-value lack of fit kadar ALB, viskositas, rendemen dan metil
ester masing masing berturut-turut adalah = 0,383, 0,304, 0,066 dan 0,084 α =
0,05 maka tidak ada lack of fit artinya model yang dibuat telah sesuai dengan data. Hasil uji residual menunjukkan bahwa plot residual menyebar acak sehingga
dapat disimpulkan bahwa model regresi cukup tepat dengan data. Disamping itu plot residual mendekati garis lurus sehingga dapat disimpulkan bahwa residual
telah terdistribusi normal. Uji kecukupan model juga dilakukan dengan cara menganalisis residual yaitu menguji kenormalan residual dengan menggunakan
statistik Kolmogorov-Smirnov. Nilai Statistik Kolmogorov-Smirnov untuk kadar ALB, rendemen dan viskositas masing-masing berturut-turut adalah 0,202,
0,110, 0,094 dan 0,0110 nilai statistik tabel Kolmogorov-Smirnov dengan 13
pengamatan yaitu 0,361. Kesimpulan dari uji kenormalan residual adalah model regresi linier yang dibuat telah mengikuti distribusi normal sehingga kenormalan
residual pada suatu model regresi telah dipenuhi sehingga model bisa digunakan. Uji parameter model menunjukkan bahwa kuadrat nisbah molar metanol dan
kuadrat konsentrasi katalis memiliki pengaruh penting terhadap model kadar ALB, viskositas, rendemen dan kadar metil ester dibandingkan dengan variabel nisbah
molar metanol dan konsentrasi katalis. Nilai p dari pengaruh variabel kuadrat nisbah molar metanol terhadap kadar ALB, viskositas, rendemen dan metil ester
masing-masing berturut-turut adalah 0,001, 0,002, dan 0,006 dan 0,000 sedangkan untuk pengaruh variabel kuadrat katalis masing-masing berturut-turut adalah
0,000, 0,002, 0,025 dan 0,000. Dengan demikian kuadrat varibel mempunyai pengaruh nyata terhadap model persamaan regresi.
Hasil analisis kanonik yang digunakan untuk menentukan titik optimum adalah penentuan titik stasioner terhadap nisbah molar metanol terhadap minyak
dan persentase katalis NaOH terhadap minyak. Hasil analisis kanonik titik optimum diperoleh pada nilai kode peubah nisbah molar metanol terhadap minyak
0,1121 atau nilai aktual 6,3 :1 dan kode persentase katalis NaOH terhadap berat minyak 0,1785 atau nilai aktual persentase katalis NaOH terhadap berat minyak
sebesar 1,1 dari berat minyak.
Model hasil percoban dilakukan validasi laboratorium dengan cara melakukan proses transesterifikasi sebanyak 5 kali pada kondisi optimum. Hasil pengukuran
parameter proses transesterifikasi rata-rata adalah kadar ALB 0,623 model 0,831 , rendemen 70,64 model 70,50 , kadar metil ester 95,7 model
93,12 dan viskositas 12,3 cSt model 11,14 cSt. Hal tersebut menunjukkan bahwa hasil validasi model melalui percobaan mendekati hasil perhitungan model.
4.2.6.3 Peningkatan Rendemen Biodiesel Kadar ALB minyak nyamplung hasil esterifikasi ternyata masih tergolong
besar 4,3 - 4,7, syarat minyak nabati dapat diproses menjadi biodiesel harus mempunyai kadar ALB yang rendah yaitu
≤ 5 Canakci dan Van Gerpen 1999, ≤ 2 Lele 2005 bahkan ≤ 1 Tyson 2005. Berdasarkan hasil penelitian
menunjukkan bahwa walaupun minyak nyamplung hasil esterifikasi masih sekitar 4,3 - 4,7, ternyata dapat diproses menjadi biodiesel dengan proses
transesterifikasi pada nisbah molar metanol terhadap minyak 6:1, katalis NaOH 1, kecepatan pengadukan 400 rpm, dan waktu 30 menit akan tetapi
menghasilkan rendemen yang masih relatif rendah seperti ditunjukkan pada Gambar 29.
0,0 10,0
20,0 30,0
40,0 50,0
60,0 70,0
80,0
4,22 4,37
4,47 4,56
4,64
KadarALB R
e n
d em
en
Gambar 29 Pengaruh kadar ALB awal terhadap rendemen biodiesel pada proses transesterifikasi.
Rendemen biodiesel sangat dipengaruhi oleh kadar ALB sebelum proses transesterifikasi, hal tersebut sesuai dengan Tyson 2005 yang menyatakan
bahwa minyak yang mengandung asam lemak bebas 10 apabila diproses menjadi biodiesel dengan transesterifikasi akan kehilangan rendemen sebesar 30 . Lee et
al . 2002 menyatakan bahwa rendemen transesterifikasi dapat ditingkatkan dari
25 menjadi 96 dengan menurunkan kadar asam lemak bebas dan air masing- masing berturut-turut 10 menjadi 0,23 dan 0,2 menjadi 0,02 . Usaha
meningkatkan rendemen biodiesel dilakukan dengan memperbaiki bahan baku proses transesterifikasi dengan cara melakukan esterifikasi ulang, netralisasi atau
dengan transesterifikasi ulang. Esterifikasi ganda dilakukan oleh Canacki dan Van Garven 2003 pada proses pembuatan biodiesel dari lemak.
Dengan melakukan esterifikasi ulang ternyata dapat meningkatkan rendemen biodiesel secara signifikan seperti ditampilkan pada Tabel 32.
Rendahnya rendemen biodiesel disebabkan oleh terbentuknya sabun selama proses transesterifikasi. Sabun dalam biodiesel akan menarik metil ester selama proses
pencucian. Dengan demikian semakin banyak sabun yang terbentuk, semakin besar penurunan rendemen. Usaha lain untuk meningkatkan rendemen dapat
dilakukan dengan dua kali proses transesterifikasi atau dengan proses netralisasi. Transesterifikasi pertama bertujuan untuk mengurangi kadar ALB sekaligus
menkonversi sebagian trigliserida menjadi metil ester sedangkan transesterifikasi kedua lebih difokuskan untuk menkonversi sisa trigliserida menjadi metil ester.
Proses netralisasi secara laboratorium belum bisa menghasilkan ALB yang rendah kurang dari 1 dan kehilangan selama proses netralisasi cukup besar karena
sebagian metil ester yang terbentuk terikut oleh sabun pada saat dilakukan
pencucian. Proses netralisasi untuk meningkatkan rendemen biodiesel kurang efektif dibanding dengan esterifikasi ulang. Esterifikasi ulang dengan nisbah
molar metanol terhadap minyak 40:1 dan katalis HCl terhadap minyak 10 dapat meningkatkan rendemen biodiesel dari 71,6 menjadi sekitar 83,4. Usaha untuk
menurunkan kadar ALB dengan melakukan esterifikasi berikutnya dilakukan namun tidak signifkan menurunkan kadar ALB.
Tabel 32 Rendemen dan kadar ALB biodiesel rata-rata dari proses esterifikasi dan transesterifikasi yang dihitung berdasarkan minyak nyamplung kasar
No. Variasi Kondisi
Proses Biodiesel
Kadar ALB rata-
rata Rendemen
1. E T
• E : nisbah molar metanol terhadap ALB 20:1, persentase katalis HCL
terhadap berat ALB 6 , suhu 60
o
C, pengadukan 300 rpm dan waktu 30
menit. • T: nisbah molar metanol terhadap
minyak 6:1, katalis NaOH terhadap berat minyak 1, suhu 60
o
C, pengadukan 400 rpm dan waktu
30 menit. E: 4,45
T: 0,44 71,6
2. E
1
E
2
T • E
1
: nisbah molar metanol terhadap ALB 20:1, persentase katalis HCL
terhadap ALB 6 , suhu 60
o
C, pengadukan 300 rpm dan lama 30
menit. • E
2:
nisbah molar metanol terhadap ALB 40:1, persentase katalis HCL
dari berat ALB 10, suhu 60
o
C, pengadukan 300 rpm dan lama 30
menit. • T
1
: nisbah molar metanol 6:1, persentase katalis NaOH terhadap
minyak 1, suhu 60
o
C, pengadukan 400 rpm dan lama 30 menit.
E
1
= 4,65 E
2
= 2,32 T = 0,36
83,4
E: Esterifikasi, T: Transesterifikasi : Rendemen dihitung berdasarkan bobot minyak kasar
Rendemen tersebut mendekati hasil penelitian Canacki dan Van Garven 2003 yang menyatakan bahwa proses produksi biodiesel dari yellow grease dengan kadar
ALB 9 melalui proses esterifikasi pertama dengan katalis asam sulfat 5 dan
nisbah molar metanol 20:1, esterifikasi dua dengan katalis asam sulfat 5 dan nisbah molar metanol 40:1 berdasarkan jumlah ALB kemudian transesterifikasi
dengan katalis NaOCH
3
0,82 dan nisbah molar metanol 6:1 berdasarkan jumlah
trigliserida menghasilkan biodiesel dengan rendemen 90,2 akan tetapi untuk bahan baku brown grease dengan kadar ALB awal 39,6 rendemen turun menjadi
73,9.
4.2.7 Analisis Model Kinetika Reaksi Transesterifikasi
