Kelarutan minyak atau lemak dalam suatu pelarut ditentukan oleh sifat polaritas asam lemaknya. Asam lemak yang bersifat polar cenderung larut dalam
pelarut polar, sedangkan asam lemak non polar larut dalam pelarut non polar. Sifat dan daya kelarutan ini digunakan sebagai dasar pada praktek pengujian-pengujian
analitis dan ekstraksi minyak dengan pelarut. Sifat minyak dan lemak yang larut dalam pelarut tertentu digunakan dalam pengolahan minyak secara komersial melalui
ekstraksi pelarut.
Daya kelarutan asam lemak biasanya lebih tinggi dari komponen trigliseridanya, dan dapat larut dalam pelarut organik yang bersifat polar dan non
polar. Semakin panjang rantai atom karbon maka minyak dan lemak tersebut akan bersifat non polar, sehingga semakin sukar larut dalam pelarut polar dan sebaliknya.
Minyak atau lemak yang tidak jenuh lebih mudah larut dalam pelarut organik daripada asam lemak jenuh dengan panjang rantai atom karbon yang sama. Minyak atau lemak
yang asam lemak dengan derajat ketidakjenuhannya tinggi akan lebih mudah larut daripada asam lemak dengan derajat ketidakjenuhan rendah.
Salah satu dari beberapa tanaman golongan nabati yang menghasilkan minyak adalah dari bahan kepala sawit, minyak dihasilkan berasal dari inti kelapa sawit yang
dinamakan miyak inti sawit Palm Kernel Oil Ketaren, 2005.
2.3. Inti Sawit
Minyak inti sawti yang baik adalah minyak inti sawit berkadar asam lemak bebas yang rendah dan berwarna kuning terang, serta mudah dipucatkan. Bungkil inti sawit
yang diinginkan berwarna relatif terang dan nilai gizi serta kandungan asam aminonya
tidak berubah.Komposisi rata-rata inti sawit ditunjukkan pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Komposisi Rata-Rata Inti Sawit Bailey, 1950
Komponen Jumlah
Minyak 47-52
Bahan ekstraksi tidak mengandung nitrogen
23-24
Protein 7,5-9,0
Air 6-8
Selulosa 5
Abu 2
Kelapa sawit mengandung kurang lebih 80 perikarp dan 20 buah yang dilapisi kulit yang tipis; kadar minyak dalam perikarp sekitar 34-40. Minyak kelapa
sawit adalah lemak semi padat yang mempunyai kompoisis yang tetap. Rata-rata komposisi asam lemak minyak kelapa sawit dengan minyak inti sawit dapat dilihat
pada tabel 2.4 Ketaren, 2005.
Tabel 2.4. Perbandingan Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit Dengan Minyak Inti Sawit Eckey, 1995
Asam Lemak Minyak Kelapa
Sawit Minyak Inti
Sawit Asam kaprilat
- 3-4
Asam kaproat -
3-7 Asam laurat
- 46-52
Asam miristat 1,1-2,5
14-17 Asam palmitat
40-46 6,5-9
Asam stearat 3,6-4,7
1-2,5 Asam oleat
39-45 13-19
Asam linoleat 7-11
0,5-2
2.4. Katalis
Produk metil ester asam lemak yang terbentuk MEAL harus melewati serangkaian proses lagi untuk mendapatkan MEAL yang murni, yaitu dengan menghilangkan
sejumlah katalis, produk samping yaitu gliserin yang masih bergabung dengan MEAL dengan mencucinya menggunakan air dan membutuhkan sejumlah air yang besar
untuk memisahkannya, tentunya hal ini memakan biaya produksi yang besar dan bila dibandingkan dengan bahan bakar dari minyak bumi tidak sebanding harganya.
Untuk mengatasi masalah tersebut, sudah dipelajari beberapa tipe dari pembuatan metil ester asam lemak, yaitu: katalis asam dan basa heterogen Freedman
et al., 1984, proses superkritikal Demirbas, 2006, proses enzim Akoh et al., 2007, dan proses katalis heterogen. Katalis heterogen semakin intensif untuk diteliti, hal ini
dikarenakan proses produksi yang dan proses pemurnian yang simpel, karena mengurangi penggunaan sejumlah besar air.
2.4.1. Katalis Homogen
Katalis Homogen dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu katalis homogen asam dan katalis homogen basa.
2.4.1.1. Katalis Asam Homogen
Katalis Asam Homogen yang biasa digunakan untuk reaksi transesterifikasi seperti sulphur, Phospor, klorida, dan asam sulponik organik, beberapa keuntungan dan
kekurangan dari katalis asam homogen untuk reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut ini.
Kelebihannya: 1. Dapat dilakukan pada reaksi transesterifikasi dengan nilai asam lemak yang
tinggi dan air yang banyak. 2. Katalis asam dapat digunakan untuk minyak dengan komponen material yang
rendah.
Kekurangannya: Reaksi transesterifikasi lebih lambat dibandingkan dengan katalis basa.
2.4.1.2. Katalis Basa Homogen
Tipe dari katalis basa yang digunakan untuk transesterifikasi contohnya adalah NaOH, KOH, Karbonat, dan Alkoksida, seperti natrium metoksida, etoksida,
propoksida, butoksida. beberapa keuntungan dan kekurangan dari katalis asam homogen untuk reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut:
Kelebihannya: 1. Lebih cepat hingga 4000 kali dari pada katalis asam untuk reaksi
transesterifikasi 2. Metoksi lebih efektif dibandingkan dengan hidroksi
3. Asam lemak bebas dari minyak harus serendah mungkin Kekurangannya:
1. Gliserida dan alkohol harus bebas air, karena akan mengakibatkan terjadinya proses saponifikasi, yang akan mengurangi efisiensi katalis dan akan terbentuk
gel sehingga gliserol semakin sulit dipisahkan. 2. Perbandingan molar antara metanol dan minyak harus 6:1 atau lebih tinggi hal
ini disebabkan karena perbandingan stoikiometrinya 3:1. Narasimharao et al., 2007
2.4.2. Katalis Heterogen
Katalis heterogen terbagi menjadi dua, yaitu katalis heterogen asam, dan katalis heterogen basa, keuntungan katalis heterogen asam adalah dapat digunakan untuk
pembuatan ester dengan asam lemak bebas yang tinggi, tetapi katalis jenis ini memiliki aktifitas yang rendah, membutuhkan waktu reaksi yang lama, dan suhu yang
tinggi, beberapa katalis heterogen asam yang telah diteliti adalah logam sulfate oksida Furuta et al., 2004, asam poli hetero Narasimharao et al., 2007, karbon amorf
sulfonat Toda et al., 2005, resin asam penukar ion Lopez et al., 2007. Contoh- contoh katalis heterogen asam dan heterogen basa dapat dilihat pada tabel 2.5.
Tabel 2.5. Contoh-Contoh Katalis Heterogen Asam Dan Heterogen Basa
Katalis asam Katalis Basa
Resin penukar ion sulphur Hidrotalsetis Mg-Al
Amberlist – 15 Oksida, seperti MgO, CaO, La
2
O
3
, ZnO Nafion
CaCO
3
, BaOH
2
Alumina Zinc aluminat
Asam heteropoli Logam garam dari asam amino
Katalis basa heterogen memiliki keaktifitasan yang tinggi. Katalis CaO merupakan katalis yang sering diteliti, karena sifat basanya tinggi, kelarutannya
rendah, harganya murah, dan mudah dikendalikan dibanding dengan KOH Peterson and Scarrah, 1984.
Perbandingan antara katalis homogen dan katalis heterogen adalah sebagai berikut:
2.4.3. Perbandingan Katalis Homogen Dengan Heterogen
Perbandingan antara katalis homogen dengan katalis heterogen ada terdapat dalam tabel 2.6.
Tabel 2.6. Perbandingan Antara Katalis Homogen Dengan Katalis Heterogen
Faktor Katalis Homogen
Katalis Heterogen Waktu reaksi
Waktu reaksi cepat dan konversinya tinggi
Waktu rekasi lebih lambat dan konversi tinggi
Katalis Katalis tidak bisa
didapatkan kembali, harus di netralisasi untuk
memisahkan produk kimia buangan
Bisa didapatkan kembali katalisnya
Metodologi Proses Digunakan terbatas
Digunakan kontinu Air asam lemak bebas
Sensitif Tidak sensitif
Penggunaan katalis kembali Tidak mungkin Mungkin
Biaya Harganya cenderung tinggi Berpotensi murah
Canakci et al., 1994
2.4.4. Katalis Heterogen Logam Alkali Tanah Oksida
Dalam bagian in akan dibahas mengenai katalis logam alkali tanah oksida, yaitu MgO, CaO, SrO, BaO. Dari penelitian Hatori tentang perbandingan katalis logam alkali
tanah oksida yaitu MgO, CaO, SrO, dan pengaruhnya mengenai yield dari metil ester asam lemak untu reaksi transesterifikasi dengan menggunakan logam oksida alkali
tanah, dan itu diidentifikasikan bahwa aktifitas katalis yang diurutkan sebagai MgO CaO SrO. Hal ini dipengaruhi dari area permukaan, semakin besar luas
permukaan maka akan semakin reatif katalis tersebut, sehingga semakin tinggi yield metil ester asam lemak yang dihasilkan, dimana dapat kita lihat luas permukaan dari
masing-masing katalis yaitu: SrO 2 m
2
g CaO 13 m
2
g MgO 200 m
2
, dengan luas permuakaan 2m
2
g maka SrO merupakan katalis yang lebih reaktif dibandingkan dengan katalis CaO dan MgO sehingga yield metil ester asam lemak yang dihasilkan
dengan menggunakan katalis SrO akan lebih tinggi dari katalis CaO dan MgO, hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.2 Hattori, 2004.
Gambar 2.2. Pebandingan Yield Metil Ester Asam Lemak Dengan Menggunakan Katalis MgO, CaO, Dan SrO
20 40
60 80
100 120
MgO CaO
SrO
Keterangan: Grafik Hitam menyatakan keadaan refluks dengan waktu 30 menit Grafik abu-abu menyatakan keadaan refluks dengan waktu 60 menit
Karakteristik dari katalis heterogen logam alkali tanah oksida dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7. Karakteristik Dari Katalis Heterogen Logam Alkali Tanah Oksida
Catalys Luas Permukaan
m
2
g Volume Pori-pori
Cm
3
g Lebar Pori-pori
BaO 0,0637
0,00020 157,984
CaO 5,1262
0,01021 78,973
SrO 0,0760
0,00030 126,419
MgO 10.1941
0,02825 110,877
Dengan luas permuakaan yang minum, sehingga mengakibatkan katalis BaO dan SrO lebih kuat dan aktif sebagai katalis, serta menghasilkan persen konversi lebih
besar, ketimbang dengan CaO dan MgO, hal ini dikarenakan adanya hubungan antara jari-jari dan sifat alkali dari suatu unsur dalam satu golongan, dimana semakin besar
jari-jari akan semakin meningkatkan sifat alkali unsur tersebut.
Dalam penggunaannya kembali, katalis CaO dan MgO terjadi sedikit perubahan dari yang fresh dan yang telah digunakan, hal ini dikarenakan waktu dan
temperature reaksi, sedangkan di lain pihak, katalis BaO dan SrO yang memiliki struktur yang besar sehingga keefektifitasannya akan berkurang, setelah reaksi untuk
mendapatkan yield maksimum dari biodiesel, sehingga tidak bisa digunakan beberapa kali untuk mendapatkan yield yang tinggai dari biodiesel Yan et al., 2008.
Dalam hasil peneliitiannya menunjukkan bahwa yield dari biodiesel dengan menggunakan katalis heterogen alkali oksida dengan urutan sebagai berikut:
BaOSrOCaOMgO. Maksimum biodiesel yield adalah dengan menggunakan katalis BaO, tetapi karena sifat dari katalis BaO yang beracun dan berbahaya,
sehingga penggunaan katalis BaO dibatasi Patil and Deng, 2009.
Katalis SrO merupakan katalis yang sangat aktif untuk menyelesaikan konversi ke MEAL dalam 0,5 jam, tetapi endapan yang terdapat dalam campuran
tidak dapat diamati setelah proses reaksi dan setelah pemisahaan metanol berlebih dalam campuran, produk tersebut bercampur dengan katalis yang kelihatan seperti
organosol berwarna putih, tentunya hal ini tidak dapat dikatakan bahwa metil ester asam lemak mudah dipisahkan dari produk yang diperoleh dengan reaksi
transesterifikasi dengan menggunakan katalis CaO Kouzu et al., 2007, sehingga katalis CaO cenderung sering digunakan dalam proses transesterifikasi.
2.4.5. Katalis CaO
Katalis kalsium oksida telah banyak digunakan dalam industri. Penggunaan CaO sebagai katalis logam alkali tanah oksida, yang merupakan katalis golongan heterogen
telah banyak diteliti, penggunaan CaO sebagai katalis untuk transesterifikasi menghasilkan 98 metil ester asam lemak yield selama proses reaksi yang pertama
kali Veljkovic et al., 2009.
Kalsium oksida CaO adalah katalis logam oksida tunggal yang sering digunakan untuk sintesis biodiesel, hal ini barangkali dikarenakan harganya yang
murah, sifat racun yang rendah, dan ketersediannya yang tinggi Gryglewicz, 1999.
Dalam penggunaan katalis CaO sebagai katalis basa diperlukan beberapa penanganan yang hati-hati, karena CaO sangat aktif dan bereaksi dengan H
2
O dan CO2, oleh karena itu, bahan-bahan yang tidak diinginkan tersebut harus dibuang pada
suhu tinggi lebih dari 973
o
K Lo’pez et al., 2007.
Kereaktifan dari katalis CaO ditentukan dari temperature kalsinasi, Modifikasi CaO menjadi logam organo alami sebagai contoh CaOCH
3
, CaC
3
H
7
O
3 2
, menurut laporan dari literature lainnya menyebutkan bahwa yield biodiesel sekitar 93 setelah
penggunaan 20 kali dari reaksi Liu et al., 2008.
Ciri-ciri kalsium oksida CaO dapat dilhat dalam tabel 2.8.
Tabel 2.8. Ciri-Ciri Kalsium Oksida CaO
Ciri-ciri Pemaparan
Nama Kimia Kalsium Oksida
Rumus Kimia CaO
Nama Umum Lime, catx, burnt lime, unstaked lime,
fluxing lime, caustic lime Densitas gcm
3
3,40 Titik lebur
o
C 2572
Titik didih
o
C 2850
Formasi dari pemanasan kcalmol 151,9
Hidrasi dari pemanasan kcalmol 15,1
Kelarutan dari CaOH
2
g100g H
2
O 0,219
Temperatur dekomposisi
o
C 547
Aplikasi Pembuatan gelas, agen pengering,
produksi kertas dan pulp, industri gula dan selulosa.
Boey et al., 2010
Untuk meningkatkan yield metil ester asam lemak, maka kereaktifan dari katalis CaO harus ditingkatkan, sehingga CaO harus dikalsinasi pada suhu tinggi
terlebih dahulu untuk memurnikan CaO tersebut dari pengotor-pengotor lainnya, dari penelitian yang pernah dilakukan terkait kalsinasi dari katalis CaO adalah, Granados
et al, melakukan sintesis metil ester asam lemak dengan menggunakan reaksi transesterifikasi dari minyak biji bunga matahari dengan bantuan katalis CaO, dimana
CaO dikalsinasi terlebih dahulu pada suhu 700
o
C, disini menunjukkan besar yield yang tinggi. Kouzu et al, meneliti kalsinasi katalis CaO pada suhu 900
o
C selama 1,5 jam, dalam proses kalsinasi ini CaO menjadi katalis yang sangat reaktif dalam reaksi
transesterifikasi untuk mengubah trigliserida menjadi metil ester asam lemak.
2.5. Transesterifikasi
Sintesis metil ester asam lemak MEAL cara kimia yaitu dengan menggunakan reaksi transesterifikasi dari trigliserida yang bersumber dari minyak menjadi alkil ester
menggunakan metanol, proses perubahan tersebut dapat berlangsung dalam keadaan katalis asam, basa, atau enzim.
Secara stoikiometri rasio antara trigliserida dengan alkohol adalah 1:3 dan reaksi akan menghasilkan 3 mol dari alkil ester dari 1 mol trigliserida. Reaksi
transesterifikasi merupakan reaksi yang berturut-turut, reaksi reversibel, dengan digliserida dan monogliserida ditempatkan sebagai intermediate Huber et al., 2006.
Pada dasarnya tranesterifikasi terdiri atas 4 tahapan: - Pencampuran katalis alkali umumnya sodium hidroksida atau potasium hidroksida
dengan alkohol umumnya metanol. Konsentrasi alkali yang digunakan bervariasi antara 0,5-1 wt terhadap massa minyak, sedangakn alkohol digunakan pada rasio
molar 9:1 terhadap minyak.
- Pencampuran alkohol ditambahkan alkali dengan minyak didalam wadah yang dijaga pada temperature tertentu 40-60
C dan dilengkapi dengan pengaduk baik magnetik maupun motor elektrik dengan kecepatan konstan pada umumnya pada
600 rpm. Keberadaan pengaduk sangat penting untuk memastikan terjadinya reaksi metanolisis secara menyeluruh dalam campuran. Reaksi metanolisis ini dilakukan
sekitar 1-2 jam.
- Setelah reaksi metanolisi berhenti, campuran didiamkan dan perbedaan densitas senyawa didalam campuran akan mengakibatkan terjadi pemisahan antara metil ester
dan pengotor.
- Metil ester yang sering disebut biodiesel tersebut kemudian dibersihkan menggunakan air destilat untuk memisahkan zat-zat pengotor seperti metanol, sisa
katalis alkalis, gliserol, dan sabun-sabun Indartono, 2006.
Pada proses transesterifikasi minyak nabati dihasilkan gliserin sebagai hasil samping selain metil ester atau biodiesel sebagai hasil utama. Reaksi antara minyak
atau lemak dengan alkohol merupakan reaksi yang bersifat bolak-balik. Menurut azas Le Chatelier bahwa “ Setiap perubahan pada salah satu variabel sistem kesetimbangan
akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah tertentu yang akan menetralkan atau meniadakan pengaruh variabel yang berubah tadi Bird, 1993.
Dalam proses transesterifiaksi, untuk memisahkan metil ester asam lemak dengan campuran lainnya dapat digunakan dengan metode sentrifugasi Kawashima,
2008. Secara umum sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa padat cair
tersuspensi maupun campuran berfasa cair-cair. Pada pemisahan dua fasa cair dapat dilakukan apabila kedua cairan mempunyai perbedaan rapat massa. Semakin besar
perbedaan rapat massa dari kedua cairan semakin mudah dipisahkan dengan cara sentrifugasi. Semakin mudah dipisahkan yang dimaksud adalah semakin kecil energi
yang diperlukan untuk proses pemisahannya. http:matekim.blogspot.com201005sentrifug-asi-cair-cair.html.
BAB 3
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1. Alat
