Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kemiri Sunan (Reutealis Trisperma (Blanco) Airy Shaw) Dengan Keberadaan Co-Solvent Aseton dan Katalis Heterogen Natrium Silikat Terkalsinasi

PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KEMIRI

SUNAN (Reutealis Trisperma (Blanco) Airy Shaw)

DENGAN KEBERADAAN CO-SOLVENT

ASETON DAN KATALIS HETEROGEN

NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI

SKRIPSI

Oleh

MANGUNSONG, RUBEN R G

100405065

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2015

PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KEMIRI

SUNAN (Reutealis Trisperma (Blanco) Airy Shaw)

DENGAN KEBERADAAN CO-SOLVENT

ASETON DAN KATALIS HETEROGEN

NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI

SKRIPSI

Oleh

MANGUNSONG, RUBEN R G

100405065

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah banyak memeberikan berkat, kekuatan dan penyertaan-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini.

2. Kedua orang tua penulis tercinta, Selfi Marlina Sianipar dan Pandapotan Simangunsong yang tak henti-hentinya memberikan dukungan moril serta materil.dalam penyelesain skripsi ini.

3. Serta kakak adik tercinta, Natasya Putri Selpana dan Katherine Ribka Selpana yang selama ini telah banyak mendukung dalam suka maupun duka dalam penulis sampai saat ini.

4. Buat semua anggota keluarga yang kumiliki terutama Triana Sianipar dan Eriani Sianipar yang telah banyak membantu dalam memberikan dukungan dalam penulisan skripsi ini.

5. Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MTselaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

6. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia USU 7. Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia

USU.

8. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T, selaku Koordinator Skripsi Departemen Teknik Kimia USU.

9. Ir. Bambang Trisakti, MT sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

10. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.

11. Buat teman-teman FriendGineer Magi, Dewi, Deril, Poophy, Jekky dan Lean yang sudah memberikan semangat extra dalam pengerjaan skripsi ini.

12. Sahabat sekaligus keluarga terbaik selama di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara, khususnya semua 58 orang stambuk 2010 tanpa terkecuali yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup, dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

13. Rekan-Rekan Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia yang telah banyak menemani dan memberikan semangat saat pengerjaan penelitian. 14. Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara baik junior

maupun senior yang telah banyak memberi sokongan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Mangunsong Ruben R G

NIM : 100405065

Tempat, tanggal lahir : Samarinda, 6 Agustus 1994 Nama orang tua : Selfi dan Pandapotan Alamat orang tua :

Jl. Jakarta, Loabakung

Asal Sekolah:

 SD Katholik 3 Wr.Soepratman 2000-2006  SMP Negeri 1 Samarinda 2006-2008  SMA Negeri 1 Samarinda 2008-2010 Beasiswa yang diperoleh:

1. Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2011

Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Pengurus Bidang Bakat dan Minat 2. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik

Kimia FT USU tahun 2013-2015 modul Biodiesel,Pulp,Esterifikasi dan Resin Urea Formaldehid

3. Unik Kegiatan Mahasiswa Kebaktian Mahasiswa Kristen ( UKM KMK USU) tahun 2010-2014 sebagai anggota kelompok kecil 4. Yayasan Pemimpin Anak bangsa (YPAB) tahun 2013 sebagai

pengajar

ABSTRAK

Biodiesel dapat diproduksi dari baik minyak nabati maupun minyak hewani melalui proses transesterifikasi. Masalah yang sering timbul dalam proses transesterifikasi adalah waktu reaksi yang lama karena minyak dan alkohol tidak saling melarut dan juga pemisahan dan pemurnian katalis yang sulit dengan katalis homogen. Penambahan co-solvent dapat membantu pencampuran reaktan dan pemakaian katalis heterogen dapat mengatasi masalah katalis homogen. Dalam penelitian ini, minyak kemiri sunan dengan FFA 9,1517% sebagai bahan baku sehingga dilakukan pretreatment dengan esterifikasi sehingga bahan baku memiliki FFA 1,0538%. Variebel-variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah jumlah katalis, waktu, suhu, dan jumlah co-solvent. Pada penlitian ini setiap variable penelitian dianalisis terhadap yield yang dihasilkan dnegan mengunakan metode respon pemukaan (RSM) dengan bantuan software design expert dan didapat yield biodiesel optimum pada pengunaan katalis sebesar 3%, waktu reaksi 30 menit, suhu 40oC dan jumlah co-solvent 20%. Produk dianalisis dengan kromatografi gas untuk memperoleh komposisi biodiesel. Sifat-sifat biodiesel seperti, densitas,viskositas, bilangan iodine,bilangan asam dan kadar metil ester,trigliserida, digliserida, dan mono gliserida yang diperoleh telah sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) dan EN. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa aseton memiliki efektifitas yang yg tinggi dalam pembuatan biodiesel dari minyak kemiri sunan. Dari analisis potensi energi dengan mengunakan meteode EPR (Energy Profit Ratio) didapatkan nilai EPR Sebesar 0,78.

ABSTRACT

Biodiesel can be produced from either vegetable oil or animal oil through transesterification process. The problem that often arises in the transesterification process is the long reaction time because of oil and alcohol are not mutually dissolve and also separation and purification catalysts are difficult to homogeneous catalysts. The addition of co-solvent may assist the mixing of the reactants and the use of heterogeneous catalysts can overcome the problem of homogeneous catalysts.raw material in this study is Sunan candlenut oil with FFA 9.1517% so it needs to be pretreated by esterification so that the raw material has a 1.0538% FFA. The variables used in this study is the amount of catalyst, time, temperature, and the amount of co-solvent. In this study, each variable was analyzed on the yield produced using the response surface (RSM) methodology with the help of Design Expert.The variables used in this study is the amount of catalyst, time, temperature, and the amount of co-solvent. In this study analyzed each variable to the yield generated by using the response surface methodology (RSM) with the help of expert design software. The optimum yield of biodiesel found in the catalyst amount: 3%, reaction time 30 min, temperature: 40 ° C and co-solvent amount: 20%. The products were analyzed by gas chromatography to obtain the composition of biodiesel. The properties of biodiesel, such as density, viscosity, iodine value, acid value and content of methyl esters, triglycerides, diglycerides, and mono-glycerides acquired are in accordance with the Indonesian National Standard (SNI) and EN. The results of this study indicate that acetone has a high effectiveness in making biodiesel from the Sunan candlenut oil. From potential energy analysys by using EPR (Energy Profit Ratio) method it found the EPR value 0,78.

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvii

DAFTAR SIMBOL xviii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 5

1.3 TUJUAN PENELITIAN 5

1.4 MANFAAT PENELITIAN 5

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1 BIODIESEL 7

2.2 MINYAK KEMIRI SUNAN 8

2.3 ALKOHOL 9

2.4 KATALIS HETEROGEN 10

2.5 CO-SOLVENT ASETON 11

2.6 TRANSESTERIFIKASI 13

2.7 ANALISIS POTENSI ENERGI 15

BAB III METODE PENELITIAN 18

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 18

3.2.1 Bahan 18

3.2.2 Peralatan 18

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 19

3.3.1 Preparasi Katalis Natrium Silikat 19 3.3.2 Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas 19

3.3.3 Proses Esterifikasi 20

3.3.4 Proses Transesterifikasi 20

3.4 ANALISIS BIODIESEL 21

3.4.1 Analisis Kualitatif 21

3.4.2 Analisis Kuantitatif 21

3.4.2.1 Analisis Densitas 21

3.4.2.2 Analisis Viskositas 222

3.5 FLOWCHART PERCOBAAN 22

3.5.1 Flowchart Preparasi Katalis Natrium Silikat 22 3.5.2 Flowchart Kadar Asam Lemak Bebas 23 3.5.3 Flowchart Proses Esterifikasi 24 3.5.4 Flowchart Proses Transesterifikasi 25 3.5.5 Flowchart Analisis Densitas 26 3.5.6 Flowchart Analisis Viskositas 27

3.6 RANCANGAN PERCOBAAN 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1 HASIL ANALISA BAHAN BAKU 30

4.2 PREPARASI KATALIS NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI 32

4.3 PROSES ESTERIFIKASI 33

4.4 OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KEMIRI SUNAN DENGAN KEBERADAAN CO-SOLVENT ASETON

DAN KATALIS NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI 34

4.5 VALIDASI MODEL 46

4.6 EFEKTIFITAS CO-SOLVENT 48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50

5.5 KESIMPULAN 50

5.5 SARAN 51

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Pembuatan Biodiesel dengan

Natrium Silikat 11

Gambar 2.2 Mekanisme Umum Transesterifikasi 14 Gambar 3.1 Garis Besar Tahapan-Tahapan Penelitian 19 Gambar 3.2 Flowchart Preparasi Katalis Natrium Silikat 22 Gambar 3.3 Flowchart Kadar Asam Lemak Bebas 23 Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi 24 Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi 25 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas 26 Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas 27 Gambar 4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Komposisi Asam Lemak

Minyak Kemiri Sunan 30

Gambar 4.2 Reaksi Pembentukan Asam Linoleat Terkonjugasi 31 Gambar 4.3 Proses Preparasi Natrium Silikat 33 Gambar 4.4 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Jumlah Katalis Dan Waktu

Pada Suhu 40oc Dan Co-Solvent 20% 37 Gambar 4.5 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Katalis Dan Suhu Reaksi

Dengan Waktu Reaksi 30 Menit Dan Co-Solvent 20% 39 Gambar 4.6 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Jumlah Katalis Dengan

Jumlah Co-Solvent Pada Suhu Reaksi 40 Oc Dan Waktu

Reaksi 30 Menit 40

Gambar 4.7 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Waktu Reaksi Dengan Suhu Reaksi Pada Jumlah Katalis 3% Dan Jumlah

Co-Solvent 20% 42

Gambar 4.8 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Jumlah Co-Solvent Dengan Waktu Reaksi Pada Jumlah Katalis 3% Dan Waktu

Reaksi 40oc 43

Gambar 4.9 Kontur %Yield Biodiesel Untuk Jumlah Co-Solvent Dengan Suhu Reaksi Pada Jumlah Katalis 3% Dan Waktu

Gambar 4.10 Hubungan Nilai Aktual dengan Nilai Prediksi dari

Run 1 Sampai run 30 46

Gambar 4.11 Efek Aseton Vs Yield 48 Gambar L4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 20 66 Gambar L4.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Tanpa

Co-Solvent 67

Gambar L4.3 Hasil Analisis AAS 68

Gambar L5.1 Bahan Baku Minyak Kemiri Sunan 69 Gambar L5.2 Proses Analisis Kadar FFA 69 Gambar L5.3 Natrium Silikat Terkalsiasi 140 Mesh 70

Gambar L5.4 Analisa Densitas 70

Gambar L5.5 Analisa Bilangan Iodin 71

Gambar L5.6 Proses Esterifikasi 71

Gambar L5.7 Hasil Esterifikasi 72

Gambar L5.8 Proses Transesterifikasi 72

Gambar L5.9 Filtrasi Katalis 72

Gambar L5.10 Proses Destilasi Dengan Rotary Evaporator 73 Gambar L5.11 Proses Pemisahan Gliserol 73 Gambar L5.12 Pencucian Metil Ester 73 Gambar L5.13 Pengeringan Metil Ester 74 Gambar L5.14 Biodiesel Minyak Kemiri Sunan 74 Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan 75 Gambar L6.2 Hasil Pengolahan Data Dengan Design Expert 75

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Penelitian – Penelitian Esterifikasi Terdahulu 3 Tabel 1.2 Penelitian – Penelitian Transesterifikasi Terdahulu 3 Tabel 2.1 Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar (Biofuel)

Jenis Biodiesel 8

Tabel 2.2 Asam Lemak Penyusun Kemiri Sunan 9

Tabel 2.3 Sifat –Sifat Metanol 10

Tabel 2.4 Karakteristik Beberapa Co-Solvent 13 Tabel 2.5 Kebutuhan Listrik Proses Pembuatan Biodiesel 16

Tabel 2.6 Total Energi Input 16

Tabel 2.7 Jumlah Energi Output 17

Tabel 3.1 Perlakuan Terkode Reaksi Transesterifikasi 28 Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 4 Faktor 28 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Miyak Kemiri Sunan 30 Tabel 4.2 Sifat Fisika dari Minyak Kemiri Sunan 32 Tabel 4.3 Karakteristik Minyak Hasil Esterifikasi 34 Tabel 4.4 Hasil Yield Biodiesel dari Berbagai Perlakuan 35 Tabel 4.5 Pemilihan Model Persamaan Statistik 35 Tabel 4.6 Analysys Variance (ANOVA) terhadap Yield 36 Tabel 4.7 Nilai Aktual dan Nilai Perdiksi Yield Biodiesel 47 Tabel 4.8 Karakteristik Biodiesel Minyak Kemiri Sunan 49 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Minyak Kemiri Sunan 60 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida Minyak Kemiri Sunan 60 Tabel L2.1 Hasil Analisis Yield Biodiesel 61

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU 60

L1.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU MINYAK KEMIRI SUNAN HASIL

ANALISA GCMS 60

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU

MINYAK KEMIRI SUNAN 60

LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 61

L2.1 DATA YIELD BIODIESEL 61

LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 62

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA MINYAK

KEMIRI SUNAN 62

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 63 L3.3 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 63 L3.4 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 64 L3.5 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 64 L3.6 PERHITUNGAN BILANGAN IODINE 65 L3.7 PERHITUNGAN KADAR AIR BAHAN BAKU 65 LAMPIRAN D HASIL ANALISIS BIODIESEL 66 L4.1 HASIL ANALISIS BIODIESEL 66

LAMPIRAN E DOKUMENTASI PENELITIAN 69

L5.1 GAMBAR BAHAN BAKU 69

L5.2 PROSES ANALISIS KADAR FFA 69 L5.3 NATRIUM SILIKAT TERKALSIASI 140 MESH 70

L5.4 ANALISA DENSITAS 70

L5.5 ANALISA BILANGAN IODIN 71

L5.6 PROSES ESTERIFIKASI 71

L5.7 HASIL ESTERIFIKASI 72

L5.8 PROSES TRANSESTERIFIKASI 72

L5.10 PROSES DESTILASI DENGAN ROTARY

EVAPORATOR 73

L5.11 PROSES PEMISAHAN GLISEROL 73 L5.12 PENCUCIAN METIL ESTER 73 L5.13 PENGERINGAN METIL ESTER 74 L5.14 BIODIESEL MINYAK KEMIRI SUNAN 74 LAMPIRAN F ANALISA STATISTIK DENGAN DESIGN EXPERT 75 L6.1 DATA RANCANGAN PERCOBAAN 75 LF.2 HASIL PENGOLAHAN DATA DENGAN

DAFTAR SINGKATAN

AAS ANOVA

Atomic Absorption Spectrophotometry Analysys of Variance

BM Berat Molekul

CCD cSt dkk

Central Composite Design Centistokes

dan kawan kawan

et al et alia

EPR Energy Profit Ratio FAME Fatty Acid Methyl Ester

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

PSCO Pretreated Sunan Candlenut Oil rpm

RSM

rotary per minute

Respon Surface Methodology SNI Standar Nasional Indonesia

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

T Suhu oC

c Normalitas larutan NaOH N V Volume larutan NaOH terpakai Ml

M Berat molekul FFA gr/mol

m Berat sampel Kg

ρ Massa jenis kg/m3

t Waktu alir S

ABSTRAK

Biodiesel dapat diproduksi dari baik minyak nabati maupun minyak hewani melalui proses transesterifikasi. Masalah yang sering timbul dalam proses transesterifikasi adalah waktu reaksi yang lama karena minyak dan alkohol tidak saling melarut dan juga pemisahan dan pemurnian katalis yang sulit dengan katalis homogen. Penambahan co-solvent dapat membantu pencampuran reaktan dan pemakaian katalis heterogen dapat mengatasi masalah katalis homogen. Dalam penelitian ini, minyak kemiri sunan dengan FFA 9,1517% sebagai bahan baku sehingga dilakukan pretreatment dengan esterifikasi sehingga bahan baku memiliki FFA 1,0538%. Variebel-variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah jumlah katalis, waktu, suhu, dan jumlah co-solvent. Pada penlitian ini setiap variable penelitian dianalisis terhadap yield yang dihasilkan dnegan mengunakan metode respon pemukaan (RSM) dengan bantuan software design expert dan didapat yield biodiesel optimum pada pengunaan katalis sebesar 3%, waktu reaksi 30 menit, suhu 40oC dan jumlah co-solvent 20%. Produk dianalisis dengan kromatografi gas untuk memperoleh komposisi biodiesel. Sifat-sifat biodiesel seperti, densitas,viskositas, bilangan iodine,bilangan asam dan kadar metil ester,trigliserida, digliserida, dan mono gliserida yang diperoleh telah sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) dan EN. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa aseton memiliki efektifitas yang yg tinggi dalam pembuatan biodiesel dari minyak kemiri sunan. Dari analisis potensi energi dengan mengunakan meteode EPR (Energy Profit Ratio) didapatkan nilai EPR Sebesar 0,78.

ABSTRACT

Biodiesel can be produced from either vegetable oil or animal oil through transesterification process. The problem that often arises in the transesterification process is the long reaction time because of oil and alcohol are not mutually dissolve and also separation and purification catalysts are difficult to homogeneous catalysts. The addition of co-solvent may assist the mixing of the reactants and the use of heterogeneous catalysts can overcome the problem of homogeneous catalysts.raw material in this study is Sunan candlenut oil with FFA 9.1517% so it needs to be pretreated by esterification so that the raw material has a 1.0538% FFA. The variables used in this study is the amount of catalyst, time, temperature, and the amount of co-solvent. In this study, each variable was analyzed on the yield produced using the response surface (RSM) methodology with the help of Design Expert.The variables used in this study is the amount of catalyst, time, temperature, and the amount of co-solvent. In this study analyzed each variable to the yield generated by using the response surface methodology (RSM) with the help of expert design software. The optimum yield of biodiesel found in the catalyst amount: 3%, reaction time 30 min, temperature: 40 ° C and co-solvent amount: 20%. The products were analyzed by gas chromatography to obtain the composition of biodiesel. The properties of biodiesel, such as density, viscosity, iodine value, acid value and content of methyl esters, triglycerides, diglycerides, and mono-glycerides acquired are in accordance with the Indonesian National Standard (SNI) and EN. The results of this study indicate that acetone has a high effectiveness in making biodiesel from the Sunan candlenut oil. From potential energy analysys by using EPR (Energy Profit Ratio) method it found the EPR value 0,78.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1LATAR BELAKANG

Permintaan energi global sedang meningkat sebagai hasil dari prtumbuhan dari populasi, industri serta peningkatan penggunaan alat transportasi [1], Bahan bakar minyak bumi diperkirakan akan habis jika dieksploitasi secara besar – besaran [2]. Menurut prediksi dari World Energy Forum, cadangan dari bahan bakar minyak bumi, batubara dan gas alam akan habis kurang dari 10 dekade dengan tingkat komsumsi minyak dunia mencapai 85,4 juta barel minyak per hari [3]. Ketergantungan terhadap bahan bakar minyak bumi dapat dikurang dengan cara memanfaatkan bahan bakar biodiesel, dimana bahan bakunya masih sangat besar untuk dikembangkan [2].

Proses kimia yang luas digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah transesterifikasi. Transesterifikasi dideskripsikan sebagai reaksi kimia antara trigliserida dan alkohol dengan keberadaan katalis untuk membentuk monoester [4]. Biodiesel atau metil ester dapat diperoleh melalu reaksi melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati maupun hewani [5].

Ada banyak sumber bahan baku yang tersedia untuk produksi biodiesel, tetapi 95% diantaranya diproduksi secara luas dengan menggunakan minyak nabati pangan. Dimana penggunaan minyak nabati pangan akan memacu masalah kemandirian pangan. Untuk meminimalkan masalah tersebut maka diperlukan sumber alternatif seperti minyak nabati non pangan [6]. Di Indonesia, banyak tanaman penghasil minyak yang dapat dikategorikan sebagai minyak nonpangan antara lain, kepuh, kipahang laut, kesambi, bintaro, jarak pagar, dan kemiri sunan [7].

Kemiri Sunan (Reutealis trisperma (blanco) airy shaw) merupakan tanaman yang dapat menghasilkan minyak nabati, yang dapat berfungsi sebagai tanaman konservasi, dan bukan merupakan penghasil minyak makan karena mengandung racun [8]. Racun yang terkandung merupakan senyawa asam α-eleostearat dengan kandungan sebesar 50%. Kandungan asam lemak bebas dari kemiri sunan bervariasi dari 6,19-39,3 % [9]. Keberadaan dari FFA akan turut campur dengan

reaksi proses dan membuat reaksi tak terselesaikan. Salah satu cara untuk menaikan yieldnya adalah dengan reaksi esterifikasi dengan katalis asam [10].

Pada proses pembuatannya, biodiesel dapat menggunakan katalis asam ataupun basa [5]. Dimana katalis tersebut berguna untuk meningkatkan proses transesterifikasi dari trigliserida menjadi fatty acid methyl ester (FAMEs). Reaksi ini biasanya mengunakan katalis homogen seperti natrium dan kalium hidroksida [11]. Masalah utama dari katalis homogen adalah penghilangan katalis homogen yang sangatlah susah dibandingkan dengan katalis heterogen, dimana katalis heterogen memiliki beberapa kelebihan seperti kemudahan pemisahannya untuk di recycle dan tahap pemurniannya yang mudah tanpa adanya netralisasi [12]. Natrium silikat merupakan salah satu dari katalis heterogen dimana natrium silikat mempunyai toleransi terhadap FFA sampai sebesar 2,5% dan juga toleransi terhadap air hingga sebesar 4% [13].

Dalam produksi biodiesel, salah satu masalah yang timbul adalah keterbatasan transfer massa dimana kelarutan minyak dalam metanol sangatlah rendah. Salah satu strategi mengatasi keterbatasan transfer massa tersebut adalah dengan reaksi satu fase. Reaksi satu fase tersebut dapat dibentuk dengan menambahkan solvent yang dapat meningkatkan kelarutan minyak, solvent tersebut dapat juga disebut co-solvent.

Co-solvent memiliki sifat yang sangat larut dengan alkohol, asam lemak dan trigliserida [14]. Keuntungan penggunaan co-solvent adalah co-solvent dalam reaksi dapat meningkatkan kelarutan minyak dan alkohol pada termperatur yang rendah [15] dan juga mempercepat reaksi [16]. Aseton merupakan salah satu jenis co-solvent pada reaksi transesterifikasi. Aseton memiliki momen dipole sebesar 2,88 D, dimana ini diklasifikasikan sebagai aprotic solvent, dengan kepolaran menengah, oleh karena itu dapat larut dengan baik pada trigliserida (polaritas rendah) dan metanol (polaritas tinggi) [17].

Berikut ini merupakan penelitian-penelitian terdahulu yang digunakan sebagai referensi penelitian, dimana penelitian berbasis esterifikasi dapt dilihat pada Tabel 1.1 dan transesterifikasi pada Tabel 1.2 sebagai berikut:

Tabel 1.1 Penelitian – penelitian esterifikasi terdahulu

No. Judul Variabel Hasil Penelitian 1. Producing Biodiesel

from High Fatty Acid Jatropha Curcas Oil by A Two Step Method – An Indian Case Study [10]

Sampel: minyak jelantah Waktu: 60 menit

Rasio alkohol/minyak (9:1) Suhu: 60oC

Jumlah katalis: 1%

FFA tereduksi hingga 1,12 %

2. Esterifikasi Minyak Biji Randu dengan Katalis Asam Sulfat pada Peningkatan Kualitas Biodiesel: faktorial Desain [18]

Variable berubah: suhu (40-60oC); rasio alkohol/ minyak (3:1-6:1); waktu reaksi (30-120 menit) Variabel tetap: jumlah katalis (1,5% volume)

Menurunkan

bilangan asam hingga 0,348 pada suhu 60oC; rasio alkohol/minyak 6:1 dan waktu 120 menit 3. Statistical

Optimization for Biodiesel Production from Waste Frying Oil Through Two-Step Catalyzed Process [19]

Sampel: minyak jelantah Variabel berubah: Jumlah katalis (0,5-1,5%); Suhu (45-55oC) dan waktu (30-60 menit)

FFA tereduksi hingga 0,32 %

Tabel 1.2 Penelitian – penelitian transesterifikasi terdahulu

No. Judul Variabel Hasil Penelitian 1. A New Co-Solvent

Method For Green Production Of Biodiesel Fuel – Optimation And Practical Application [17]

Variabel berubah: waktu (0,10,20,30,40,50,60 menit); jenis minyak (canola, jelantah, catfish, jatropha); jumlah co-solvent aseton (0-30% berat minyak), katalis KOH (0,1-1,25%); rasio molar alkohol/minyak (3:1-5:1); termperatur (25-50oC)

Yield tertinggi: 98% pada suhu 25oC dan ratio alkohol/hinyak (4,5:1) dengan waktu 30 menit.

2. Karakteristik

Biodiesel Kemiri Sunan (Reutealis Trisperma (Blanco) Airy Shaw) Menggunakan Proses Transesterifikasi Dua Tahap [7]

Kondisi operasi : termperatur 60oC dan waktu reaksi 75 menit dengan katalis KOH

Rendemen: 88% Kadar alkil ester : 99,56%

3. Calcined Sodium Silicate As Base Catalyst For Biodiesel Production

Minyak kedelai

Variabel berubah: waktu kalsinasi (1-5 jam); termperatur kalsinasi

(200-Yield tertinggi ≈ 100% pada waktu reaksi 60 menit; jumalah katalis 3%;

[13] 500oC); rasio molar alkohol / minyak (3:1-9:1); kecepatan pengadukan: (100-300 rpm)

Variabel tetap : suhu reaksi (60oC)

rasio alkohol/minyak (7,5:1); pada suhu 60oC

Didapat bahwa katalis dapat bekerja dengan minyak dengan kadar air di 4% dan FFA 2,5%. 4. Biodiesel Production

From Subcritical Methanol

Transesterification Of Soybean Oil With Sodium Silicate [20]

Variabel berubah: jumlah katalis (0-1%); suhu (180-260oC); tekanan (2-12 MPa) dan rasio minyak:alkohol (1:6-1:42)

Yield tertinggi: 95,6%

5. Co - Solvents Transesterification Of Cotton Seed Oil Into Biodiesel : Effect Of Reaction Condition On Quality Of Fatty Acids Metyl Esters [4]

Variabel berubah: co-solvent (dietil eter, diklorobenzena, aseton); jumlah co-solvent (10-50% v/v); waktu (10-50 menit); termperatur (45-65) dan jumlah katalis KOH (0,25-1,25%)

Yield tertinggi pada co-solvent aseton dan diklorobenzena dengan jumlah co-solvent 10%; suhu 55oC; jumlah katalis 0,75%; waktu 10 menit

6. Production of biodiesel from Vietnamese Jatropha curcas oil by a co-solvent method [21]

Variabel berubah: termperatur reaksi (30-60oC); molar alkohol/minyak (3:1-12:1); jumlah katalis KOH (0,5-3%); jumlah co-solvent (10-60%) dan waktu reaksi (10-60 menit).

Yield tertinggi: 99% pada waktu reaksi 30 menit; termperatur 40oC; jumlah co-solvent 20%; jumlah katalis 1% dan rasio alkohol:metanol 6:1

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Thanh pada tahun 2013, pemakaian aseton sebagai co-solvent pada pembuatan biodiesel memberikan yield 98 % dengan pemanfaatan energi yang rendah pada waktu yang relatif singkat. Selain itu, Guo, dkk. pada tahun 2010, menyatakan bahwa pengunaan katalis natrium silikat terkalsinasi pada pembuatan biodiesel menghasilkan biodiesel yang unggul dimana yield yang didapat hampir mendekati 100% . Hal inilah yang menjadi dasar penggunaan co-solvent aseton dan katalis natrium silikat dalam perbaikan proses pembuatan biodiesel dengan bahan baku kemiri sunan.

1.2PERUMUSAN MASALAH

Minyak kemiri sunan mengandung kadar asam lemak bebas yang tinggi sehingga harus dilakukan proses esterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dengan katalis asam. Campuran reaksi antara minyak kemiri sunan dengan metanol tidak saling melarut pada reaksi transesterifikasi. Penambahan aseton sebagai co-solvent dapat membantu pencampuran minyak kemiri sunan dan metanol. Penggunaan katalis heterogen dalam pembuatan biodiesel memiliki keuntungan dari segi pemisahan katalis dan produk biodiesel yang diinginkan dibandingkan katalis homogen. Natrium silikat terkalsinasi merupakan katalis heterogen yang memiliki toleransi kadar FFA dan kadar air yang cukup tinggi dalam proses transesterifikasi. Oleh karena itu perlu diteliti lebih lanjut pengaruh waktu, dosis katalis, suhu dan jumlah co-solvent terhadap bahan baku minyak kemiri sunan melalui proses transesterifikasi mengunakan katalis natrium silikat dan co-solvent aseton serta kefektifan aseton sebagai co-solvent dalam pembuatan biodiesel dari minyak kemiri sunan dengan katalis heterogen natrium silikat terkalsinasi.

1.3TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Mengkaji faktor – faktor yang mempengaruhi yield biodiesel yang dihasilkan (co-solvent, suhu, waktu reaksi, dan % katalis)

2. Menguji mutu biodiesel yang dihasilkan

3. Mendapatkan hasil terbaik dalam kombinasi penggunaan co-solventdan katalis natrium silikat dalam transesterifikasi minyak kemiri sunan.

1.4MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat :

1. Untuk menambah informasi mengenai kajian penggunaan kinerja katalis heterogen dengan keberadaan co-solvent dalam pembuatan biodiesel. 2. Untuk mendapatkan cara pemrosesan biodiesel dari minyak kemiri sunan

3. Meningkatkan nilai ekonomis dari minyak kemiri sunana yang merupakan minyak non pangan yang beracun.

1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu minyak kemiri sunan sebagai bahan baku, natrium silikat sebagai katalis dan aseton sebagai co-solvent. Variabel yang digunakan adalah :

Kalsinasi Natrium silikat [13] :

1. Suhu = 400 oC

2. Waktu = 2 jam

Esterifikasi [10] :

1. Perbandingan rasio mol alkohol/FFA = 9:1 2. Suhu reaksi = 60 oC 3. Jumlah katalis H2SO4 = 1,0%

4. Waktu reaksi = 60 menit Transesterifikasi :

a. Variabel tetap :

1. Rasio molar alkohol/minyak = 6:1 [21] 2. Kecepatan pengadukan = 250 rpm [13] b. Variabel berubah :

1. Jumlah co-solvent = 10, 15, 20, 25 dan 30 % [17] 2. Waktu reaksi = 10, 20,30,40 dan 50 menit [4] 3. Suhu reaksi = 30, 35, 40, 45 dan 50 oC [17] 4. Jumlah katalis = 1,2,3,4 dan 5 % [13] Parameter yang dianalisis pada biodiesel adalah :

1. Analisis kemurnian biodiesel dengan kromatografi gas. 2. Analisis densitas biodiesel.

3. Analisis viskositas biodiesel.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1BIODIESEL

Biodiesel berasal dari dua kata yaitu bio dan diesel. Bio berarti bahan alami yang berasal dari makhluk hidup yang mudah diperbaharui serta mudah kembali untuk terurai di alam. Sedangkan diesel berasal dari nama suatu mesin injeksi yang diciptakan Rudolph Diesel jadi, biodiesel merupakan bahan bakar diesel yang berasal dari minyak nabati atau hewani yang dapat bekerja pada mesin diesel konvensional, sekalipun tanpa perlu ada modifikasi apapun dengan penambahan bahan pelindung [22].

Biodiesel merupakan bahan bakar diesel nonpetroleum alternatif yang mengandung turunan dari alkil ester dari bahan baku yang terbaharukan seperti minyak nabati atau lemak hewani [23]. Biodiesel secara langsung digunakan atau dicampurkan dengan bahan bakar konvensional dalam mesin diesel untuk mengurangi polusi udara dan ketergantungan terhadap bahan bakar minyak [24].

Biodiesel adalah bahan bakar subtitusi terbaharukan yang biodegrable, ramah lingkungan, hemat energi, serta dapat memenuhi keamanan energi tanpa mengorbankan kinerja mesin operasional. Produksi biodiesel dilakukan dengan mekanisme reaksi kimia dari minyak nabati dengan metanol yang menghasilkan fatty acid methyl ester (FAME) dan gliserol sebagai produk samping [25].

Dibandingkan dengan minyak diesel dari minyak bumi, biodiesel tidak mempunyai perbedaan yang besar dalam daya tahan mesin atau peyimpanan karbon, tetapi dia mempunyai beberapa keuntungan seperti dapat teruraikan, tidak beracun, beremisi rendah dan terbaharukan [26]. Pemakaian biodiesel Dapat mereduksi emisi dari SOx, CO, dan masalah partikulat hidrokarbon dalam gas

buang dibandingkan bahan bakar diesel biasa [15]. Akan tetapi biaya produksi cukuplah tinggi dibandingkan dengan bahan bakar solar dari minyak bumi [27].

Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar (Biofuel) Jenis

Biodiesel[28]

2.2MINYAK KEMIRI SUNAN

Kemiri sunan (Reutealis trisperma (Blanco) Airy Shaw) berasal dari Filipina dan telah berkembang di Indonesia secara alamaiah di antaranya di daerah Jawa Barat dengan suhu udara berkisar antar 18-20oC. Kemiri sunan juga dapat hidup di daerah dataran rendah sampai ketinggian diatas 100 m diatas permukaan laut [9].

Minyak kemiri sunan dapat digolongkan jenis minyak nabati mudah mengering. Menurut Ketaren (1986), minyak nabati seperti minyak kacang kedelai, miyak kemiri, minyak biji karet dan lain-lain adalah minyak yang mudah

No. Parameter Uji Persyaratan Satuan, Min/ Max 1 Densitas (40oC) 850 – 890 Kg/m3 2 Viskositas (40oC) 2,3 – 6,0 Mm2/s (cSt)

3 Angka Setan 51 Min

4 Titik nyala 100 oC, min

5 Titik kabut 18 oC, maks

6 Air dan sedimen 0,05 %vol, maks 7 Kandungan sulfur 100 mg/kg, maks 8 Bilangan asam 0,6 Mg KOH/g,

maks 9 Korosi lempeng tembaga

(3 jam pada 50 oC) Nomor 1 10

Residu karbon dalam percontoh asli atau dalam 10 % ampas distilasi

0,05

0,3

% massa, maks

11 Temperatur destilasi 90% 360 oC, maks 12 Abu tersulfatkan 0,02 % massa, maks

13 Fosfor 10 mg/kg, maks

14 Gliserol bebas 0,02 % massa, maks 15 Gliserol total 0,24 % massa, maks 16 Kandungan ester 96,5 % massa, min 17 Angka iodium 115 % massa (g I2/

100g), maks

18

Kestabilan oksidasi Periode induksi metode rancimat

360

Menit Periode induksi metode

petro oksi

Minyak kemiri sunan dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti sebagai insektisida alami yang sangat efektif untuk membunuh hama dan bahan pelapis cat [29].

Berdasarkan hasil ekstraksi minyak kemiri sunan diperoleh rendemen minyak yang berkisar 36,53-50 persen [9]. Bahkan Carlos Martin et al (2010) mendapatkan bahwa minyak kemiri sunan memiliki kadungan minyak sebesar 62% dimana jarak pagar hanya mengandung 49,1% dari berat bijinya [30]. Lalu jika ditinjau dari potensi biji, produktivitas biji kemiri sunan dapat mencapai 12 ton/ ha/ tahun, dimana bila dibandingkan dengan jarak pagar yang hanya mencapai 10 ton/ ha/ tahun [7].

Minyak kemiri sunan tersusun dari beberapa asam lemak yang dapat diolah lebih lanjut menjadi berbagai produk oleokimia yang bernilai tinggi [9], akan Tetapi minyak kemiri sunan mengandung racun sehingga tidak dapat dikomsumi dimana dikatakan bahwa minyak kemiri sunan mengandung asam alpha-eleostearat yang menyebabkan minyak kemiri beracun [29]. Berikut ini merupakan tabel kandungan asam lemak kemiri sunan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Asam Lemak Penyusun Kemiri Sunan [31]

Komponen Komposisi

Asam palmitat 10 %

Asam stearat 9 %

Asam oleat 12 %

Asam linoleat 19 %

Asam alpha- eleostearat 51 %

2.3ALKOHOL

Metanol merupakan salah satu bahan kimia industri yang penting. Sebagai bahan kimia industri, metanol telah digunakan secara luas untuk produksi berbagai baha kimia yang lain. Sekitar sepertiga dari produksi metanol digunakan untuk membuat formaldehida dan selebihnya digunakan untuk membuat MTBE (Methyl Tertiary Buthyl Ester), asam asetat, plarut, metaklirat, bahan bakar dan lain-lain [32].

Alkohol seperti metanol, etanol, propanol, butanol dan amil alkohol dapat digunakan dalam proses transesterifikasi. Metanol dan etanol merupakan yang paling banyak digunakan, terutama metanol karena biayanya murah dan

keuntungan fisik dan kimianya [23]. Metanol merupakan turunan alkohol yang memiliki berat molekul paling rendah sehingga kebutuhannya untuk proses alkoholisis relatif sedikit dan lebih stabil [33]. Sifat – sisat fisika dan kimia dari metanol dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Sifat – Sifat Metanol [34] Berat Molekul 32,04 g/mol Wujud Cairan tidak berwarna

Titik Didih 64,7oC

Viskositas 0,541 Cp

Densitas 0,7869 g/ml

Kelarutan dalam air Mudah larut Konstanta dielektrik 32,7

2.4KATALIS HETEROGEN

Secara komersial, biodiesel secara umum dibuat dengan reaksi transesterifikasi dari minyak nabati mengunakan katalis homogen basa/asam seperti H2SO4, NaOH atau KOH. Tetapi dalam prosesnya, pengilangan katalis dan

pemurnian gliserolnya sangatlah susah dan dalam jumlah yang besar menghasilkan air buangan secara simultan, yang mana memerlukan biaya ekstra untuk membentuk produk akhir. Katalis heterogen dapat mengubah pendekatan sintesa biodiesel dengan menghindari biaya proses dalam penghilangan katalis yang ada pada katalis homogen [20].

Sodium silikat merupakan material padatan basa. Sodium silikat tidak dapat larut dalam medium pereaksi (minyak dan alkohol) dan dalam kinerjanya ia berfungsi sebagai katalis heterogen dalam reaksi transesterifikasi [20]. Natrium silikat sama seperti natrium karbonat yang dapat bereaksi dengan air untuk membentuk NaOH dalam produksi biodiesel. Dalam penambahannya, ia tidak larut dalam trigliserida dan alkohol dan mempunyai aktivitas katalitik yang tinggi setelah proses kalsinasi [35]. Berikut ini merupakan mekanisme reaksi pembuatan biodiesel dengan aktivitas katalitik dari natrium silikat yang dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Mekanisme Reaksi Pembuatan Biodiesel Dengan Natrium Silikat [35]

Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa reaksi trasnsesterifikasi dimulai pada permukaan katalis natrium silikat terkasinasi dimana terjadinya pertukaran ion setelah terabsorbsinya metanol pada permukaaan katalis lalu terbentuklah gugus aktif katalitik (CH3O-). Setetlah itu nukleofilik dari CH3O- menyerang gugus

karbonil karbon sehingga terbentuklah intermediet yang tetrahedral sperti yang dapat dilihat pada alur 2. Setelah itu terjadinya penyususan kembali dari intermediet membentuk metil ester seperti yang terlihat pada alur 3. lalu akhirnya proton ditransfer kepada anion digliserida untuk membentuk digliserida [35].

2.5CO-SOLVENT ASETON

Transesterifikasi yang juga disebut alkoholisis sampai pada saat ini dipandang sebagai metode paling menguntungkan dalam memproduksi bahan bakar biodiesel dari minyak nabati, tetapi reaksi transesterifikasi minyak nabati yang selama ini dilakukan memerlukan waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 1 jam untuk

mendapatkan yield diatas 90%. Waktu yang lama tersebut salah satunya disebabkan oleh reaksinya yang tergolong dua fase yaitu fase minyak dan alkohol [16]. Untuk meningkatkan efisiensi transesterifikasi, sangat penting untuk menemukan cara mencampur reaktan cair dengan baik, terutama minyak dan alkohol, dimana minyak dan alkohol sangat berbeda dalam polaritas dan densitasnya [36].

Reaksi satu fase dapat dibentuk dengan menabahkan solvent yang dapat menambahkan kelarutan minyak yang disebut juga sebagai co-solvent [14]. Co-solvent akan mengubah sistem reaksi dua fase menjadi satu fase, karena co-solvent mampu melarutkan dengan sempurna baik alkohol maupun trigliserida. Co-solvent sebisa mungkin mempunyai titik didih yang dekat dengan titik didih alkohol , sehingga bisa dipisahkan bersama-sama dengan alkohol setelah reaksi berakhir [16]. Keuntungan penggunaan co-solvent adalah co-solvent dalam reaksi dapat meningkatkan kelarutan minyak dan alkohol pada temperatur yang rendah [15] dan juga mempercepat reaksi [16].

Berdasarkan penelitian yang dilakukan Maeda.Y et al pada tahun 2010, aseton merupakan co-solvent terbaik dalam produksi biodiesel. Aseton merupakan salah satu jenis co-solvent pada reaksi transesterifikasi. Aseton memiliki momen dipol sebesar 2,88 D, dimana ini diklasifikasikan sebagai aprotic solvent, dengan kepolaran menengah, oleh karena itu dapat larut dengan baik pada trigliserida (polaritas rendah) dan metanol (polaritas tinggi). Selanjutnya, sifat terpenting dari aseton sebagai aprotic solvent ialah kemampuannya untuk menstabilkan ion metoksida (CH3O-), yang merupakan intermediet aktif untuk reaksi

transesterifikasi [17]. Berikut ini merupakan karakteristik dari beberapa jenis co-solvent seperti yang terdapat pada gambar 2.4

Tabel 2.4 Karakteristik beberapa jenis co-solvent [4]

Sifat-sifat Klorobenzena Aseton Dietil eter Metanol Stuktur kimia

Nama dagang Fenil klorida - Dietilen glikol Metil alkohol Keadaan fisik Cairan tak

berwarna

Cairan tak berwarna

Cairan tak berwarna

Cairan tak berwarna

Titik nyala 24 -17 -45 11

Titik didih 132 56-57 34,6 64,7

Densitas 1,106 0,792 0,706 0,791

Viskositas 0,8 0,32 0,224 0,55

2.6TRANSESTERIFIKASI

Ada beberapa metode yang digunakan untuk memproduksi dan mengaplikasikan biodiesel yaitu : pengunaan langsung minyak nabati, mikroemulsi, perengkahan termal (Pirolisis) dan transesterifikasi. Transesterifikasi merupakan metode yang paling sering digunakan untuk peroduksi biodiesel selain simpel, metode ini telah secara luas dipelajari dan digunakan untuk dalam industri untuk mengkonversi minyak nabati menjadi biodiesel.

Transesterifikasi merupakan proses reaksi dimana molekul trigliserida yang ada dalam lemak hewani dan minyak nabati direaksikan dengan alkohol dengan keberadaan katalis untuk membentuk ester dan gliserol. Ketika reaksi transesterifikasi dengan alkohol berlangsung, tahap pertamanya adalah konversi dari trigliserda menjadi digliserida, dimana diikuti dengan yang berikutnya yaitu konversi dari gliserida yang lebih tinggi hingga menjadi gliserida yang lebih rendah dan menjadi gliserol [37]. Mekanisme sederhana dari reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Mekanisme Umum Trasesterifikasi [38]

Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi katalis heterogen antara lain :

a. Molar rasio (minyak:alkohol).

Secara stokiometris, metanolisis membutuhkan tiga mol metanol per mol minyak. Dikarenakan reaksi transesterifikasi dari trigliserida adalah reaksi reversible, metanol berlebih dibutuhkan untuk mendorong kesetimbangan kearah pembentukan ester [39].

b. Katalis yang digunakan.

Reaksi transesterifikasi katalis heterogen akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 2-20%-b [40].

c. Suhu reaksi.

Pada dasarnya, reaksi transesterifikasi katalis heterogen dilakukan dekat dengan titik didih metanol (60-70 oC) pada tekanan atmosfer. Semakin meningkatnya temperatur, akan ada kemungkinan metanol yang hilang di dalam reaksi sehingga menurunkan yield biodiesel [40].

d. Waktu reaksi.

Pada dasarnya, reaksi transesterifikasi katalis heterogen dilakukan dengan waktu reaksi 3-24 jam [40].

e. Kandungan asam lemak dan air dalam minyak atau lemak.

Katalis alkali memberikan kinerja yang baik jika digunakan bahan baku dengan kualitas yang bagus (FFA <0,5 wt % dan air <0,5% wt%) [17].

2.7ANALISIS POTENSI ENERGI

Kemiri sunan merupakan salah satu tumbuhan penghasil minyak nabati non pangan yang memiliki jumlah kandungan minyak hingga 62% dimana minyak nabati non pangan lainnya seperti jarak hanya mengandung 49,1% minyak dari berat bijinya, sehingga miyak kemiri sunan dapat dijadikan alternatif baru dan memiliki potensi besar sebagai bahan baku pembuatan biodiesel untuk meminimalkan dampak lingkungan [30]. Karena memiliki potensi yang cukup besar, minyak kemiri sunan diharapkan dapat menjadi sumber alternatif bahan baku untuk pembuatan biodiesel guna mencukupi kebutuhan bahan bakar dalam negeri yang semakin tinggi. Adapun peluang untuk mengembangkan potensi biodiesel sendiri di Indonesia cukup besar terutama untuk substitusi minyak solar mengingat saat ini penggunaan minyak solar mencapai sekitar 40% dari total penggunaan BBM untuk sektor transportasi. Sementara penggunaan solar pada industri dan PLTD adalah sebesar 74% dari total penggunaan BBM pada kedua sektor tersebut.

Sebagai indikator evaluasi energi, EPR (energy profit ratio) diperkenalkan sebagai konsep pengevaluasiannya. Nilai dari EPR menunjukan kualitas dari suatu energi yang didapatkan dari perbandingan jumlah energi output per jumlah energi yang diinput [41]. Dimana rumus perhitungan EPR dapat dilihat dari persamaan 2.1 berikut:

= ℎ

ℎ

Oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi energi pada pembuatan biodiesel dari minyak kemiri sunan. Dimana pada laporan ini energi output adalah energi yang dihasilkan biodiesel, gliserol dan energi bahan yang terecovery (aseton, natrium silikat dan metanol) dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan untuk

memproses minyak kemiri sunan menjadi biodiesel yaitu energi yang terkandung dalam bahan baku (minyak kemiri sunan dan metanol), energi listrik yang digunakan untuk proses pembuatan biodiesel dan equal energi bahan yang dipakai pada proses pembuatan biodiesel. Evaluasi dilakukan dengan ketentuan bahwa rasio yang lebih besar dari 1 (satu) mengindikasikan konversi energi yang menguntungkan namun nilai rasio yang kurang dari 1 (satu) mengindikasikan konversi energi kurang menguntungkan [42].

Untuk menghasilkan 1 kg biodiesel diperlukan 1.040,05 gram minyak kemiri sunan, 31,2015 gram katalis natrium silikat terkalsinasi, 573,804 gram metanol, 208,01 gram aseton, 10,4005 gram asam sulfat dan 3.120,15 gram air pencuci lalu didapatkan gliserol sebanyak 108,4031 gram. Dimana diasumsikan bahwa efesiensi pemisahan pelarut sebesar 80%. Untuk menghasilkan 1 kg biodiesel dibutuhkan listrik sebesar 6,325 seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.5 berikut:

Tabel 2.5 Kebututhan Listrik Proses Pembuatan Biodiesel Nama Alat Daya (watt) Waktu pemakaian

(jam)

Pemakaian listrik (kwh/kg biodiesel)

Rotary evaporator 1.000 1 1

Hot Plate 350 1,5 0,525

Furnace 1.050 2 2.1

Oven 400 1,25 0,5

Pompa 400 0.5 0,2

Jumlah* 4,325

Untuk menghitung EPR diperlukan jumlah energi output dan juga jumlah energi input seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.6 dan Tabel 2.7 Berikut:

Tabel 2.6 Total Energi Input [41,42,43,44,45,46] Bahan Masukan Kandungan Energi

Bahan (kal/ gram)

Total Energi (kkal/kg biodiesel) Minyak Kemiri Sunan 8484 8823,36

Metanol 4750 2725,57

Natrium Silikat 4340 135,41

Asam Sulfat 2222 23,1

Aseton 7042 1464,84

Air 10 31,2

Jumlah energi bahan baku 13.203,48 Kebutuhan Energi Listrik

Peralatan*

Tabel 2.7 Jumlah Energi Output [41,42,44,46,47,49]

Produk Kandungan Energi Bahan (kal/gram)

Total Energi (kkal/ kg biodiesel)

Biodiesel 9898 9.869

Gliserol 3625 392,96

Metanol 4750 1599.05

Natrium Silikat 4340 135.41

Aseton 7042 1171.88

Total 13.197,3

Dari jumlah energi output dan input pembuatan biodiesel yang dapat dilihat pada Tabel 2.6 dan Tabel 2.7 maka dapat dihitung nilai EPR dengan mengunakan persamaan 2.1 sebagai berikut:

= ℎ

ℎ =

13.197,3

16.922,98= 0,78

Dari perhitungan didapatkan nilai EPR sebesar 0,78, dimana nilai EPR lebih kecil dari 1 (satu). Dapat disimpulkan bahwa pembuatan biodiesel dari minyak kemiri sunan dengan katalis heterogen natrium silikat dan co-solvent membutuhkan energi input yag lebih besar dari energi output yang dihasilkan. Hal ini disebabkan tahapan pembuatan biodiesel yang cukup panjang dimana dibutuhkan energi yang besar pada tahapan pretreatment bahan baku untuk menurunkan kadar asam lemak bebasnya.

Pengontrolan nilai asam lemak bebas bahan baku dapat mengurangi jumlah energi input yg diperlukan, seperti yang dilaporkan oleh Maman Herman dkk (2010) bahwa dengan mengseleksi biji kemiri sunan yang berkualitas nilai asam lemak dari kemiri sunan dapat direduksi hingga 1,7% [9]. Oleh karena itu perlunya dicari metode alternatif untuk memproses minyak kemiri sunan menjadi biodiesel dengan energi input yang rendah sehingga didapatkan nilai EPR > 1.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

3.2BAHAN DAN PERALATAN 3.2.1Bahan

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain : 1. Minyak Kemiri Sunan

2. Natrium Silikat 3. Aquadest

4. Asam sulfat (H2SO4)

5. Indikator Phenolphthalein 6. Metanol (CH3OH)

7. Natrium hidroksida (NaOH) 8. Etanol

3.2.2Peralatan

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain : 1. Bunsen

2. Batang pengaduk 3. Beaker glass 4. Cawan porselen 5. Corong gelas 6. Corong pemisah 7. Desikator 8. Erlenmeyer 9. Furnace

10. Gelas ukur (Fine Tech) 11. Hot plate (A&E lab)

13. Lumpang dan alu 14. Magnetic stirrer

15. Oven (Cosmos CO-958) 16. Penjepit tabung

17. Piknometer 18. Pipet tetes

19. Refluks kondensor 20. Satu set alat titrasi 21. Stopwatch

22. Termometer 23. Timbangan digital

3.3PROSEDUR PENELITIAN

Pada penelitian yang ada beberapa tahapan – tahapan penting yang dilakukan pada penetitian seperti yang dpat dilihat pada gambar 3.1 berikut

Gambar 3.1 Garis Besar Tahapan-Tahapan Penalitian

3.3.1Preparasi Katalis Natrium Silikat [13]

1. Natrium silikat di dehidrasi pada suhu 200oC didalam oven selama 15-20 menit

2. Natrium silikat dikalsinasi di dalam furnace pada suhu 400oC selama 2 jam 3. Natrium silikat yang telah dikalsinasi di ayak dengan ayakan yang

berukuran 140 mesh

3.3.2Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas [49]

1. Sebanyak 20 gram sampel 0,1-20 gram minyak kemiri sunan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer.

2. Dipanaskan campuran etanol 96% 50 ml dengan 0,5 ml phenolptalein hingga suhu diatas 70oC.

3. Campuran dimasukkan kedalam labu erlenmeyer yang berisi sampel kemiri sunan.

4. Campuran dikocok kuat hingga sampel larut.

5. Campuran dititrasi dengan NaOH 0,1 N hingga berubah dari bening menjadi merah rosa.

6. Dicatat volume NaOH 0,1 N yang terpakai.

Kadar asam lemak bebas sampel dapat dihitung berdasarkan persamaan 3.1 berikut :

Kadar asam lemak bebas = c x V x M

1000 xm x 100% (3.1) Pre-treatment

(Esterifikasi)

Preparasi katalis

Transesteri

c = Normalitas larutan NaOH V = Volume larutan NaOH terpakai M = Berat molekul FFA

m = Berat sampel kemiri sunan yang digunakan

3.3.3Proses Esterifikasi [10,13]

1. Dimasukkan Minyak kemiri Sunan 100 gram ke dalam labu leher tiga. 2. Dicampurkan katalis H2SO4 1% dari berat minyak kedalam metanol dengan

perbandingan metanol banding minyak sebesar 9:1.

3. Campuran metanol dan H2SO4 dimasukkan kedalam labu leher tiga dan

direaksikan pada suhu 60oC.

4. Hasil reaksi didestilasi dengan rotary evaporator selama 30 menit untuk memisahkan metanol yang berlebih.

5. Minyak hasil esterifikasi dicuci dengan air hingga PH netral.

6. Lalu minyak kemiri sunan yang telah di eseterifikasi (PSCO - Pretreated Sunan Candlenut oil) dimasukkan kedalam beaker glass lalu dipanaskan pada suhu 105oC selama 30 menit,

7. Dihitung FFA PSCO yang diperoleh tidak boleh lebih dari 3%.

3.3.4Proses Transesterifikasi [13,17]

1. Ditimbang katalis natrium silikat terkalsinasi sebanyak 1-5% dari 40 gram PSCO lalu dimasukkan kedalam beaker glass.

2. Dimasukkan sebanyak 40 gram PSCO kedalam erlenmeyer.

3. Erlenmeyer yang berisi PSCO ditambahkan co-solvent aseton sebanyak 10-30% massa minyak lalu diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 detik. 4. Ditambahkan metanol dari rasio molar metanol/minyak kemiri sunan 6:1

kedalam beaker glass yang berisi natrium silikat terkalsinasi lalu diaduk. 5. Campuran natrium silikat dan metanol dimasukkan ke dalam erlenmeyer

yang dilengkapi dengan termometer dan magnetic stirrer lalu ditutup, dan direaksikan selama 10-50 menit pada suhu 25-45oC.

7. Lalu fitrat di masukkan kedalam rotary evaporator pada suhu 60oC selama 30 menit untuk memisahkan co-solvent dan metanol dari campuran metal ester dan gliserol.

8. Lalu campuran tersebut dipisahkan dalam corong pemisah, lapisan bawah (gliserol) dibuang sehingga yang tertinggal hanya lapisan atas yaitu metil ester. Metil ester dicuci dengan air hangat dalam corong pemisah untuk membuang residu katalis dan sabun. Pencucian ini dilakukan berulang kali dan dilakukan secara perlahan-lahan hingga lapisan air pencuci telah jernih. 9. Setelah dicuci, metil ester yang dihasilkan dimasukkan ke dalam beaker

glass dan dipanaskan pada suhu 105 oC kemudian diukur volumenya dan di analisis.

3.4ANALISIS BIODIESEL 3.4.1Analisis Kualitatif [50]

Analisis kualitatif yang dilakukan adalah analisis kemurnian dimana ini dilakukan dengan kromatografi gas (GC-14B, SHIMADZU) dan sampel yang dianalisis adalah sampel yang menghasilkan biodiesel maksimum.

3.4.2Analisis Kuantitatif 3.4.2.1Analisis Densitas [51]

1. Piknometer kosong yang bersih dan kering ditimbang dan dicatat massanya.

2. Piknometer diisi dengan air hingga penuh lalu ditimbang dan dicatat massanya. Massa air dalam piknometer adalah selisih dari massa piknometer berisi air dengan piknometer kosong.

3. Volume piknometer dihitung dengan membagi massa air dengan densitas air pada suhu pengukuran. Selanjutnya piknometer diisi dengan metil ester dan ditimbang massanya.

4. Massa metil ester diperoleh dari selisih massa piknometer berisi metil ester dengan massa piknometer kosong.

5. Densitas metil ester diperoleh dengan pembagian massa metil ester dengan volume piknometer.

3.4.2.2Analisis Viskositas [52]

1. Aquadest dituang sebanyak 5 ml ke dalam viskosimeter dan suhunya dicatat.

2. Kemudian dihisap dengan karet penghisap sampai cairan berada di atas tanda garis “a” pada bulatan pipa kecil.

3. Cairan dibiarkan turun, waktu selama cairan turun dari tanda “a” ke tanda “b” dihitung dengan stopwatch dan dicatat.

4. Prosedur 2 dan 3 diulangi sampai tiga kali.

5. Ditentukan konstanta viskosimeter dan diisi sebanyak 5 ml metil ester ke dalam viskosimeter.

6. Pengukuran waktu dilakukan sebanyak tiga kali dan dihitung viskositas sampel dari waktu alir yang diperoleh.

3.5Flowchart Percobaan

3.5.1Flowchart Preparasi Natrium Silikat Terkalsinasi

Gambar 3.2 Flowchart Preparasi Katalis Natrium Silikat Terkalsinasi Mulai

Natrium silikat didehidrasi pada suhu 200oC selama 2 jam

Hasil gilingan diayak dengan ayakan 140 mesh

Selesai

Dimasukkan ke dalam furnace lalu dipanaskan selama 2 jam pada suhu 400oC

3.5.2Flowchart Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas Sebanyak 0,1- 20 gram sampel minyak kemiri sunan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer kemudian ditambahkan 100 ml metanol 95%

dan 0,5 ml phenolptalein panas.

Dicatat volume NaOH 0,1 N yang terpakai

Selesai Mulai

Dititrasi dengan NaOH 0,1 N hingga berubah dari bening menjadi merah

rosa

Apakah ada sampel minyak yang lain ?

Tidak

3.5.3Flowchart Proses Esterifikasi

Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi

Dimasukkan 100 gram minyak kemiri sunan ke dalam labu leher tiga

Diaduk dan direaksikan pada suhu 60oC

Selesai Mulai

Apakah FFA minyak kemiri sunan < 3 % ?

Hasil reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dibiarkan terjadi pemisahan selama dua jam pada temperatur kamar

Minyak dan metil ester dicuci dengan aquadest lalu dipanaskan dalam oven pada suhu 100 oC sampai berat konstan

Tidak

Ya

Setelah itu metanol dipisahkan dengan cara mendistilasi campuran tersebut

Ditambahkan campuran antara metanol sebanyak 9:1 dengan rasio minyak : metanol dan H2SO4 sebanyak

3.5.4Flowchart Proses Transesterifikasi Mulai

Ditimbang katalis natrium silikat terkalsinasi sebanyak 1-5% dari berat minyak kemiri sunan lalu

dimasukkan ke dalam beaker glass

Ditambahkan aseton sebanyak 10-50% dari berat minyak kedalam minyak lalu diaduk selama 30 detik di dalam

erlenmeyer

Campuran dipanaskan sampai temperatur 30-50oC di atas hot plate selama 10-50 menit

Ditambahkan metanol dari rasio molar metanol/minyak 6:1 ke dalam beaker glass

Campuran katalis natrium silikat terkalsinasi dan metanol dimasukkan kedalam erlenmeyer

Setelah itu metanol dipisahkan dengan cara mendistilasi campuran tersebut

Campuran yang terbentuk dituang ke dalam corong pemisah dan dibiarkan terjadi pemisahan selama 2 jam pada temperatur kamar

Apakah lapisan pencuci sudah jernih ?

Metil ester dicuci dengan air hangat untuk membuang residu katalis dan sabun dan dilakukan berulang kali

Diukur volume biodiesel yang dihasilkan kemudian dikeringkan hingga suhu biodiesel mencapai 105 oC lalu diukur volume dan dianalisis

A

Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi

3.5.5Flowchart Analisis Densitas

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Selesai

Apakah ada variabel lain yang divariasikan

?

A B

Piknometer dikalibrasi dengan air untuk mencari volume piknometer (mair/ρair)

Dimasukkan metil ester ke dalam piknometer dan ditimbang massanya

Dihitung densitas metil ester (msampel/volum piknometer)

Mulai

Selesai

3.5.6Flowchart Analisis Viskositas

Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas Dilakukan pengukuran sebanyak 3 kali

Dihisap air dengan karet penghisap sampai melewati batas atas tanda garis “a”

Selesai

Cairan dibiarkan turun dan diukur waktu saat air turun dari batas atas (tanda “a”) ke batas bawah (tanda “b”)

Mulai

Diisi sebanyak 5 ml air ke dalam viskosimeter

Ditentukan konstanta viskosimeter

Diisi sebanyak 5 ml metil ester ke dalam viskosimeter

Pengukuran waktu dilakukan sebanyak 3 kali seperti pada pengukuran waktu alir air

3.6RANCANGAN PERCOBAAN

Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas yaitu jumlah katalis, waktu reaksi, temperatur reaksi dan jumlah co-solvent pada reaksi transesterifikasi dengan menggunakan metode permukaan respon (response surface methodology).

Metode permukaan respon (response surface methodology) merupakan sekumpulan teknik matematika dan statistika yang berguna untuk menganalisis permasalahan dimana beberapa variabel independen mempengaruhi variabel respon dan tujuan akhirnya adalah untuk mengoptimalkan respon. Ide dasar metode ini adalah memanfaatkan desain eksperimen berbantuan statistika untuk mengetahui pengaruh interaksi antara variabel bebas terhadap yield yang dihasilkan.

Level-level eksperimen pada masing-masing variabel independen dikodekan sedemikian hingga level rendah berhubungan dengan level tinggi. Untuk Central Composite Design (CCD) dengan 5 level dengan 4 faktor, variabel independen tersebut dikodekan dalam dua nama level yaitu rendah (-1) dan tinggi(+1), sedangkan titik aksial dikodekan sebagai -2 (-

α

) dan +2 (+

α

) [3].

Adapun level terkode percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan 3.2. Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi

Perlakuan Perlakuan Terkode

-2 -1 0 1 2

Jumlah Katalis 1 2 3 4 5

Waktu 10 20 30 40 50

Temperatur (oC) 30 35 40 45 50 Jumlah Co-solvent 10 15 20 25 30

Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 4 Faktor

No Jumlah Katalis (X1)

Waktu (X2)

Temperatur (X3)

Jumlah Co-solvent (X4)

1 –1 –1 –1 –1

2 0 0 0 0

3 –1 -1 1 1

4 1 -1 –1 –1

5 –1 –1 1 –1

6 0 0 0 –2

7 0 -2 0 0

8 1 1 -1 –1

9 1 1 –1 1

12 -1 1 1 1

13 2 0 0 0

14 1 1 1 1

15 1 -1 1 -1

16 1 1 1 -1

17 0 2 0 0

18 -1 1 -1 1

19 0 0 -2 0

20 0 0 0 0

21 -2 0 0 0

22 0 0 2 0

23 0 0 0 2

24 -1 -1 -1 1

25 -1 1 1 -1

26 -1 1 -1 -1

27 1 -1 -1 1

28 0 0 0 0

29 0 0 0 0

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bahan baku berupa minyak kemiri sunan yang diambil dari tempat kabupaten Sumedang, Jawa Barat. Gambar 4.1 menunjukkan hasil analisis dengan GC (Gas Chromatography) untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung di dalamnya.

Gambar 4.1 Hasil Analisis Kromatogram GC Komposisi Asam Lemak Minyak Kemiri Sunan

Dari kromatogram pada gambar 4.1, komposisi asam lemak minyak kemiri sunan tersebut disajikan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Minyak Kemiri Sunan No. Puncak Retention

Time (menit) Komponen Penyusun

Komposisi % (b/b) 1 13,662 Asam Laurat (C12:0) 0.0473 2 16,671 Asam Miristat (C14:0) 0.1329 3 19,343 Asam Palmitat (C16:0) 16.9349 4 19,686 Asam Palmitoleiat (C16:1) 0.8002 5 21,699 Asam Stearat (C18:0) 7.6561 6 22,020 Asam Oleat (C18:1) 38.6318 7 22,627 Asam Linoleat (C18:2) 35.0184 8 23,356 Asam Linolenat (C18:3) 0.2025 9 24,108 Asam Arakidat (C20:0) 0.3227 10 24,525 Asam Eikosenoat (C20:1) 0.2530

Berdasarkan data komposisi asam lemak dari minyak kemiri sunan dari data pada Tabel 4.1 dapat dilihat minyak kemiri sunan mengandung 25,0941% asam lemak jenuh dan 74,9059% asam lemak tak jenuh. Dari kandungan asam lemak tersebut maka dapat ditentukan bahwa berat molekul minyak kemiri sunan (dalam bentuk trigliserida) adalah 870,0246 gr/mol sedangkan berat molekul FFA minyak kemiri sunan adalah 277,325gr/mol.

Berdasarkan hasil analisis GC, komponen asam lemak yang dominan pada sampel adalah pada puncak 3 yaitu asam lemak jenuh berupa asam palmitat sebesar 16.9349% (b/b), puncak 6 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam oleat sebesar 38.6318% (b/b) dan puncak 4 yaitu asam lemak tidak jenuh berupa asam linoleat sebesar 35.0184% (b/b).

Minyak kemiri sunan merupakan minyak nabati yang mudah mengering. Menurut vossen dan ummali (2002) menyatakan bahwa minyak kemiri sunan mengandung asam α-eleostearat sebanyak 50% [54]. Sedangkan dalam penelitian tidak ditemukan asam α-eleostearat hal ini disebabkan oleh asam α-eleostearat yang dapat terkonjugasi menjadi asam linoleat seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2 [55] dimana dapat dilihat kandungan asam linoleat yang tinggi sebesar 35,0184%. Hal ini juga sama seperti yang didapatkan oleh carlos martin et al (2010) dimana terdapat tiga asam lemak dominan pada minyak kemiri sunan yaitu asam palmitrat, oleat dan linoleat [30].

Selain mengidentifikasi komponen asam lemak dalam minyak kemiri sunan dilakukan juga identifikasi sifat fisika dan kimia dari minyak kemiri sunan seperti densitas, viskositas dan kadar FFA. Data-data yang telah diperoleh akan disajikan dalam Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Sifat Fisika dan kimia dari Minyak kemiri sunan Sifat Fisika Jumlah

Densitas 0,9315 kg/m3 Viskositas 69,5747mm2/s

FFA 9,1517 %

Dari Tabel 4.2 terlihat bahwa minyak kemiri sunan memiliki kadar asam lemak yang tinggi yaitu sebesar 9,1517%, sedangkan bahan baku untuk proses transesterifikasi dengan katalis natrium silikat harus memiliki nilai toleransi angka asam lemak bebas < 2,5%. Sehingga perlunya dilakukan pre-treatment minyak dengan proses esterifikasi.

4.2 PREPARASI KATALIS NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI

Pada percobaan ini natrium silikat diaktivasi terlebih dahulu dengan kalsinasi pada suhu tinggi. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Guo dkk (2010) kondisi optimum proses kalsinasi natrium silikat diperoleh pada suhu 400oC dan waktu 2 jam. Dimana dengan proses kalsinasi dapat memperbaiki struktur dari katalis menjadi lebih teratur sehingga sisi aktif katalis dapat dimanfaatkan dalam proses transesterifikasi [13].

Gambar 4.3 Proses Preparasi Natrium Silikat [13]

Seperti yang terlihat pada gambar 4.3 bahwa pada percobaan dilakukakan pemanasan untuk menghilangkan kadar air yang terkandung dalam katalis sehingga terbentuklah natrium silikat. Dimana ketika kandungan air dalam natrium silikat tereduksi maka luas permukaan akan semakin besar sehingga dapat memperbaiki struktur katalis [13].

Dalam proses katalitik reaksi transesterifikasi kandungan natrium dalam natrium silikat sangatlah penting didalam keberlangsungan reaksi, dimana didalam katalis natrium silikat terkalisnasi, Na+ terdistribusi dalam kombinasi yang acak disekitar oksigen yang tidak berikatan. Selama proses transesterifikasi , Na+ yang terdapat dalam Si – O – Na tersebut secara kontiniu bertukar proton didalam metanol untuk membentuk gugus aktif katalitik transesterifikasi. Dimana saat ikatan antara SI dan atom O dalam Si – O tetrahedral mengubah densifikasi didalam ikatan polar menjadikan Na pad Si – O – Na menjadi lebih aktif [35]. Seperti yang dilaporkan oleh Guo dkk (2012) katalis natrium silikat yang baik untuk transesterifikasi hasrus memiliki kandungan natrium sebesar 19,3-22,8%. Hasil analisa dengan AAS didapatkan bahwa kandungan natrium dalam natrium silikat terkalsinasi adalah sebesar 20,7934 % dimana mempunyai kemampuan untuk mengkatalitik reaksi transesterifikasi.

4.3 PROSES ESTERIFIKASI

Pada percobaan ini dilakukan perlakuan awal yaitu esterifikasi pada minyak kemiri sunan dengan kondisi optimum perbandingan rasio mol Alkohol/FFA 9:1, suhu reaksi 60oC, jumlah katalis H2SO4 98% sebesar 1%, waktu reaksi 60 menit

[10]. Adapun tujuan dilakukan esterifikasi adalah untuk menurunkan angka asam lemak bebas pada minyak kemiri sunan.

Bahan baku untuk proses transesterifikasi dengan katalis natrium silikat harus memiliki angka asam lemak bebas < 2,5% [35]. Jika kadar asam lemak bebas tinggi akan mengakibatkan reaksi transesterifikasi terganggu akibat terjadinya

reaksi penyabunan antara katalis dengan asam lemak bebas sehingga menurunkan yield biodiesel [56].

Kadar asam lemak bebas minyak kemiri sunan dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini [49].

Kadar asam lemak bebas = N x c x M

10 x gr sampel x 100% Tabel 4.3 Karakteristik Minyak Hasil Esterifikasi

Parameter Jumlah

FFA 1,0538 %

Kadar air 1,173 %

Berdasarkan hasil perhitungan, didapat angka asam lemak bebas minyak kemiri sunan sebelum dilakukan esterfikasi yaitu 9,1517% Kemudian setelah dilakukan esterifikasi didapatkan penysihan angka asam lemak sebesar 88,48% sehingga angka asam lemak bebas berkurang menjadi 1,0538%. Kadar air bahan baku juga harus dikontrol secukupnya untuk menghindari pembentukan sabun Dimana pada penelitan didapat kadar air sebesar 1,173% dimana denga katalis natrium silikat terdapat toleransi kadar air sebesar 4% [35]. Dengan demikian, hasil esterifikasi dapat dilanjutkan ke dalam proses transesterifikasi karena angka asam lemak bebas < 2,5 dan kadar air <4%.

4.4OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK KEMIRI SUNAN DENGAN KEBERADAAN CO-SOLVENT ASETON DAN KATALIS NATRIUM SILIKAT TER KALSINASI

Pada penelitian ini terdapat 4 variabel bebas yaitu jumlah katalis (A), waktu reaksi (B), Suhu reaksi (C) dan jumlah co-solvent (x4). Dengan menggunakan Response Surface Methodology-Central Composite Design (RSM-CCD) akan dilihat pengaruh dari keempat variabel tersebut terhadap yield (Y) biodiesel yang dihasilkan beserta kondisi pembuatan biodiesel yang optimum. Yield biodiesel dari berbagai perlakuan ditunjukkan dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Yield Biodiesel dari Berbagai Perlakuan Run Jumlah Katalis (%-b) Waktu Reaksi (jam) Suhu Reaksi(oC)

Jumlah

Co-Solvent(%-b) %Yield

A B C D Y

1 2 20 35 15 78.4379

2 3 30 40 20 95.6928

3 2 20 45 25 90.6171

4 4 20 35 15 86.3199

5 2 20 45 15 78.4919

6 3 30 40 10 80.0916

7 3 10 40 20 89.4952

8 4 40 35 15 90.3757

9 4 40 35 25 94.6064

10 4 20 45 25 95.2433

11 3 30 40 20 94.0087

12 2 40 45 25 92.0177

13 5 30 40 20 82.9515

14 4 40 45 25 94.2151

15 4 20 45 15 84.5745

16 4 40 45 15 88.0321

17 3 50 40 20 94.0169

18 2 40 35 25 86.7511

19 3 30 30 20 91.1778

20 3 30 40 20 96.1493

21 1 30 40 20 73.9816

22 3 30 50 20 89.5256

23 3 30 40 30 92.7439

24 2 20 35 25 87.0641

25 2 40 45 15 84.9165

26 2 40 35 15 82.8006

27 4 20 35 25 88.9114

28 3 30 40 20 93.9288

29 3 30 40 20 95.7735

30 3 30 40 20 95.5899

Pengaruh keempat variabel penelitian (A, B, C danD) terhadap yield diolah dengan menggunakan software DESIGN EXPERT trial version (State-Ease inc., Minneapolis, MN, USA) dan disajikan pada Tabel 4.4 dan 4.5 berikut:

Tabel 4.5 Pemilihan Model Persamaan Statistik

Source

Standar Deviasi R2

Adjusted Predicted R-Squared

Linear 4.81 0.4467 0.3582 0.2478 2FI 5.34 0.4825 0.2101 0.1369 Quadratic 1.54 0.9662 0.9346 0.8244 Cubic 1.29 0.9888 0.9537 0.025

Tabel 4.6 Analysys of Variance (ANOVA) terhadap Yield

Source Para meter

Sum

Squares df Mean Square

F Value

p-value Prob > F

Model 95.19 1009.93 14 72.14 30.60 < 0.0001 significant

A-Katalis 2.46 145.64 1 145.64 61.78 < 0.0001

B-Waktu 1.38 45.65 1 45.65 19.36 0.0005

C-Temperatur 0.4 3.79 1 3.79 1.61 0.2242

D-Co-Solvent 3.37 271.90 1 271.90 115.3

5 < 0.0001

AB 0.019 0.00582

6 1

0.0058 26

0.002

471 0.9610

AC -0.57 5.22 1 5.22 2.21 0.1575

AD -0.51 4.13 1 4.13 1.75 0.2054

BC -0.22 0.79 1 0.79 0.33 0.5722

BD -0.78 9.84 1 9.84 4.17 0.0590

CD 1.04 17.39 1 17.39 7.38 0.0159

A^2 -4.02 443.37 1 443.37 188.0

9 < 0.0001

B^2 -0.7 13.37 1 13.37 5.67 0.0309

C^2 -1.05 30.19 1 30.19 12.81 0.0027

D^2 -2.03 113.33 1 113.33 48.08 < 0.0001

Lack of Fit 30.70 10 3.07 3.29 0.1002 not significant

Pure Error 4.66 5 0.93

R-Sq = 96,62%; R-Sq(adj) = 93,46%; P-Value = <0,0001

Berdasarkan hasil analisis statistik kedua Tabel 4.5 di atas, dapat dilihat bahwa model yang terabaik untuk rancanggan percobaan adalah model quadratic dimana mempunyai nilai R2 yang besar dimana pencocokan model dapat dievaluasi dengan koefisien determinasi harus mendekati 1(satu) [57], dimana dalam percobaan nilai R2 pada persamaan quadratic adalah sebesar 0,9662. Berdasarkan hasil analisis metode respon permukaan dengan level terkode, diperoleh hubungan % yield dengan keempat variabel yaitu sebagai berikut:

YIELD = 95,19+ 2,46A+ 1,38B+ 0,4C+ 3,37D+ 0,019AB- 0,57AC- 0,51AD- 0,22BC- 0,78BD+ 1,04CD -4,02A2- 0,70B2- 1,05C2- 2,03D2

(4.1)

Dimana A,B,C,D secara berturut-turut merupakan jumlah katalis, waktu reaksi, suhu reaksi dan jumlah co-solvent. Hubungan interaksi antar faktor yang signifikan memiliki nilai P lebih kecil dari 0,05 (P-Value > 0,05) [58].

delapan parameter dengan nilai P lebih kecil dari 0,05 sehingga kedelapan variabel ini dinyatakan signifikan dalam mempengaruhi pembentukan biodiesel. Variabel tersebut adalah katalis yang memberikan pengaruh positif 2,46 kali terhadap yield, waktu dimana memberikan pengaruh positif 1,38 kali terhadap yield, co-solvent yang memberikan pengaruh positif sebesar 3,37 kali terhadap yield, interaksi anatara suhu dan solvent yang memberikan pengaruh positif 1,04 kali terhadap yield, lalu interaksi dari katalis, waktu, suhu dan co-solvent yang memberikan pengaruh negatif masing-masing sebesar 4,02;0,7;1,05;2,03 kali terhadap yield. Sehingga berdasarkan analisis statistik model persamaan yield dengan melihat variabel yang berpengaruh signifikan terhadap yield dapat direduksi menjadi:

YIELD = 95,19+ 2,46A+ 1,38B+ 3,37D+ 1,04CD- 4,02A- 0,7- 1,05C2 -2,03D (4.2)

Dari hasil ANOVA dapat dilihat bahwa interaksi antara keempat variabel tidak terlalu signifikan. Interaksi faktor yang paling signifikan adalah antara suhu reaksi terhadap jumlah co-solvent.

Plot secara kontur hubungan tersebut ditunjukkan pada gambar 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8 dan 4.9.

Gambar 4.4 Kontur Yield Biodiesel untuk jumlah katalis dan waktu pada suhu 40oC dan Co-Solvent 20%

W

a

k

tu

R

ea

k

si

Gambar 4.4 menunjukkan bahwa rasio jumlah katalis lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap yield biodiesel yang dihasilkan dibandingkan dengan waktu reaksi pada suhu reaksi dan jumlah co-solvent masing-masing 40oC jam dan 20% dari berat minyak. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin jumlah katalis maka yield biodiesel akan semakin meningkat, dimana jumlah yield yang tinggi (<95%) dapat diperoleh dengan katalis diantara 2,9 – 3,6% dengan waktu ≤30 menit, akan tetapi yield biodiesel berangsur-angsur menurun kembali saat jumlah katalis yang digunakan lebih dari 3,75%.

Pada plot kontur juga dapat dilihat bahwa yield biodiesel meningkat seiring bertambahnya waktu dimana didapatkan yield yang tinggi (<95%) pada waktu 26 menit dengan jumlah katalis 3,4%. Berdasarkan analisis statistik metode respon permukaan pada Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa interaksi antara katalis dan waktu memberikan pengaruh positif sebesar 0,019.

Jumlah katalis dapat mempengaruhi yield biodiesel. Ketika jumlah katalis ditingkatkan maka konversi trigliserida dan yield biodiesel akan meningkat juga. Kekurangan jumlah katalis akan menyebabkan konversi trigliserida menjadi ester asam lemak tidak sempurna [59]. Namun penambahan katalis secara eksponensial dapat menyebabkan pembentukan sabun [60]. Wilson et al (2014) menyatakan bahwa campuran reaksi yang memiliki viskositas yang tinggi akan memberikan hasil difusi massa yang buruk dalam sistem metanol-minyak-katalis heterogen yang akan memacu pengurangan yield dalam produksi biodiesel [61].

Hasil penelitian ini sesuai dengan yang dilaporkan Guo dkk (2010), tetapi menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku dimana pengunaan katalis optimum pada penggunaan katalis 3% [13]. Dimana pada percobaan didapatkan pada run 29 pada penggunaan katalis 3% didapatkan yield sebesar 95,7735%.

Guo dkk (2012) melaporkan bahwa permulaan reaksi katalitik pembentukan biodiesel dari natrium silikat adalah pada saat terjadi pertukaran ion antara metanol pada permukaan natrium silikat terkalsinasi [35]. Waktu reaksi merupakan parameter penting dalam produksi biodiesel [62]. Waktu reaksi yang lebih lama akan meningkatkan yield biodiesel [15]. Dimana dapat disimpulkan bahwa semakin lama waktu reaksi maka kontak antara minyak,metanol dan katalis

berlaku pula pada hasil yang dihasilkan seperti yang dapat dilihat pada gambar 4.4 dimana semakin tinggi waktu semakin tinggi pula yield yang dihasilkan.

Gambar 4.5 Kontur Yield Biodiesel Untuk Katalis Dan Suhu Reaksi Dengan Waktu Reaksi 30 Menit Dan Co-Solvent 20%

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa rasio jumlah katalis lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap yield biodiesel yang dihasilkan dibandingkan dengan Suhu reaksi pada waktu reaksi dan jumlah co-solvent masing-masing 30 menit dan 20% dari berat minyak. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin jumlah katalis maka yield biodiesel akan semakin meningkat, dimana jumlah yield yang tinggi (<95%) dapat diperoleh dengan jumlah katalis diantara 3% - 3,6% pada suhu diantara 40-44oC dan dengan jumlah katalis hingga 3,4% suhu dapat direduksi menjadi 36,5oC. Akan tetapi yield biodiesel menurun kembali saat jumlah katalis yang digunakan lebih dari 3,6%. Berdasarkan analisis statistik metode respon permukaan pada Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa interaksi antara katalis dan suhu memberikan pengaruh negatif sebesar -0,54.

Jumlah katalis dapat mempengaruhi yield biodiesel. Ketika jumlah katalis ditingkatkan maka konversi trigliserida dan yield biodiesel akan meningkat juga. Kekurangan jumlah katalis akan menyebabkan konversi trigliserida menjadi ester asam lemak tidak sempurna [59]. Namun penambahan katalis secara eksponensial

S

u

h

u

R

ea

k

si

dapat menyebabkan pembentukan sabun [60]. Wilson et al (2014) menyatakan bahwa Campuran reaksi yang memiliki viskositas yang tinggi akan memberikan hasil difusi massa yang buruk dalam sistem metanol-minyak-katalis heterogen yang akan memacu pengurangan yield dalam produksi biodiesel [61].

Hasil penelitian ini sesuai dengan yang dilaporkan Guo dkk (2010), tetapi menggunakan minyak kedelai sebagai bahan baku dimana pengunaan katalis optimum pada penggunaan katalis 3% [13]. Dimana pada percobaan didapatkan pada run 29 pada penggunaan katalis 3% didapatkan yield sebesar 95,7735%.

Temperatur memberikan pengaruh yang baik terhadap laju reaksi [17]. selain itu, penambahan dari temperatur reaksi memiliki efek positif terhadap kedua reaksi baik itu transesterifikasi maupun reaksi saponifikasi [60]. Hal ini terjadi juga pada percobaan dimana dapat dilihat pada gambar 4.5 bahwa pada jumlah katalis yang tinggi , semakin tinggi suhu reaksi maka semakin rendah pula yield yang dihasilkan.

Gambar 4.6 Kontur Yield Biodiesel Untuk Jumlah Katalis Dengan Jumlah Co-Solvent Pada Suhu Reaksi 40oC Dan Waktu Reaksi 30 Menit

Gambar 4.6 menunjukkan bahwa jumlah co-solvent dan jumlah katalis sama-sama menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap yield biodiesel yang

J

u

m

la

h

C

o

-S

o

lv

e

n

t

L5.3 GAMBAR NATRIUM SILIKAT TERKALSINASI 140 MESH

Gambar L5.3 Natrium Silikat terkalsinasi 140 Mesh

L5.4 GAMBAR ANALISA DENSITAS

L5.5 GAMBAR ANALISA BILANGAN IODIN

Gambar L5.5 Analisa Bilangan Iodin

L5.6 GAMBAR PROSES ESTERIFIKASI

L5.7 HASIL SESTERIFIKASI

Gambar L5.7 Hasil esterifikasi

L5.8 GAMBAR PROSES TRANESTERIFIKASI

Gambar L5.8 Proses Tranesterifikasi

L5.9 GAMBAR PROSES FILTRASI KATALIS

L5.10 GAMBAR PROSES DESTILASI DENGA ROTARY EVEPORATOR

Gambar L5.10 Proses Destilasi Denga Rotary Eveporator

L5.11 GAMBAR PROSES PEMISAHAN GLISEROL

Gambar L5.11 Proses Pemisahan Gliserol

L5.12 GAMBAR PROSES PENCUCIAN METIL ESTER

L5.13 GAMBAR PENGERINGAN METIL ESTER

Gambar L5.13 Proses Pengeringan Metil Ester

L5.14 GAMBAR BIODIESEL

LAMPIRAN 6

ANALISA STATISTIK DENGAN DESIGN EXPERT

L6.1 DATA RANCANGAN PERCOBAAN

Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan