PENGEMBANGAN ZEOLIT SINTETIK BERBASIS SILIKA SEKAM PADI SECARA ELEKTROKIMIA SEBAGAI KATALIS UNTUK PENGOLAHAN MINYAK NABATI MENJADI BIODIESEL

ABSTRAK

PENGEMBANGAN ZEOLIT SINTETIK BERBASIS SILIKA SEKAM
PADI SECARA ELEKTROKIMIA SEBAGAI KATALIS UNTUK
PENGOLAHAN MINYAK NABATI MENJADI BIODIESEL

Oleh

LAILA SUSANTI

Dalampenelitian
ini,
telah
disintesis
prekusorzeolitdarisilikasekam
padidanlogamaluminiummenggunakan
metodeelektrokimia
dengan
variasipHdanpotensial yang kemudiandiuji sebagai katalis dalam reaksi
transesterifikasiminyak kelapa dan minyak jarak. Katalis dengan unjuk kerja
terbaik dalam transesterifikasi minyak kelapa yakni prekusor zeolit yang disintesis

pada pH 10 dan potensial 8 volt (prek-zeo10:8) suhu kalsinasi 300 oC
menghasilkan morfologi permukaan yang homogen dengan distribusi ukuran
partikel 172-252,6 nm, biodiesel diperoleh persen konversi 94% dan dianalisis
dengan GC-MS terbentuk metil ester dengan komponen tertinggi metil laurat.
Katalis dengan unjuk kerja terbaik dalam transesterifikasi minyak jarak yakni
prekusor zeolit yang disintesis pada pH 10 dan potensial 10 volt (prek-zeo10:10)
suhu kalsinasi 500 oC menghasilkan morfologi permukaan relatif tidak homogen
dengan distribusi ukuran partikel 901,9-1399,7 nm, biodiesel diperoleh dengan
persen konversi 98% dianalisis dengan GC-MS terbentuk metil ester dengan
komponen tertinggi metil ricinoleat. Kedua jenis biodiesel yang dihasilkan
memenuhi standar SNI 04-7182-2006 untuk nilai viskositas, titik nyala dan massa
jenis. Data XRD menunjukkan bahwa prek-zeo10:8 suhu kalsinasi 300 oC
mempunyai fasa albite dan nepheline. Katalis prek-zeo10:10 suhu kalsinasi 500 oC
mempunyai fasa albite.

Kata kunci : Elektrokimia, sekam padi, albite, nepheline, transesterifikasi, zeolit
sintetik

ABSTRACT

DEVELOPMENT
OFSYNTHETICZEOLITESILICAFROMRICEHUSKSILICA
USINGELECTROCHEMICAL METHODASA
CATALYSTFORPROCESSINGOF VEGETABLE OILTO BIODIESEL

By

LAILA SUSANTI

In this study, a series of synthetic zeolites synthesized from rice husk silica and
aluminum metal using an electrochemical method was tested with the potential
variations in pH and then tested for transesterification of coconut oil and castor
oil. Catalysts with different Si/Al ratios were prepared through application of
different pHs and potentials, and the catalysts were subjected to calcination
treatments at 300 and 500 oC before use. The results of transesterification
experiments revealed that the best catalyst for transesterification of coconut oil
was the catalyst prepared at pH 10 and potential 8 volt, calcined at 300 oC, with
the yield of 94%. For castor oil, the best catalysts was that prepared at pH 10 and
potential 10 volt, calcined at 500 oC, with the yield of 98%. The conversion of
fatty acids in oils into coresponding methyl esters were confirmed using GC-MS

method. Characterizations of the best catalysts for transesterification of coconut
oil indicate the particle size distribution from 172 to 252.6 nm, and from 901.9 to
1399.7 nm for the best catalyst for ransterification of castor oil. The XRD data
showed the presence of albite and nepheline phases.

Keyword : Electrochemical, rice husk, albite, nepheline, transesterification,
synthetic zeolite.

PENGEMBANGAN ZEOLIT SINTETIK BERBASIS SILIKA SEKAM
PADI SECARA ELEKTROKIMIA SEBAGAI KATALIS UNTUK
PENGOLAHAN MINYAK NABATI MENJADI BIODIESEL

Oleh
Laila Susanti

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Magister Sains

Program Pasca Sarjana Magister Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung
Bandar Lampung
2015

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 27 Agustus
1980

dan

merupakan

anak

ke

dua

dari

tiga

bersaudara.dari Bapak H. Marisidi dan Ibu Hj. Marisah.
Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Tri
Rawa Bakti 1 tahun 1992, kemudian melanjutkan
pendidikan tingkat menengah di SMP N 4 Bekasi hingga
tahun 1995. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan
tingkat atas di SMK Analis Kimia Caraka Nusantara, Jakarta (program studi : 4
tahun) hingga 1999. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Lampung melalui jalur Ujian Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Pada tahun 2013 penulis terdaftar sebagai
mahasiswa program studi Magister Kimia FMIPA Universitas Lampung.
Selama menempuh pendidikan magister, penulis bekerja di Lembaga Bimbingan
Ganesha Operation sebagai pengajar dan pendiklat mata pelajaran kimia dan
pernah mengikuti lomba teknologi inovasi ramah lingkungan yang diadakan oleh
Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) Provinsi Lampung
sebagai juara II.

Ku Persembahkan Hasil Karya ini Teruntuk yang
Tercinta :
1. Orang Tua ku Bpk H. Marsidi dan Ibu Hj.
Marisah atas segala cinta, doa dan
dukungannya dari buaian hingga saat ini.
2. Suamiku Dimyati, S.Si atas semua cinta,
doa, nasehat, dukungan moril dan materil.
Love you cause Alloh SWT.
3. Anak-anakku Musyaffa Mumtaz
Ramadhan dan Muhammad Arkan Danish,
lihatlah bundamu yang tak pernah berhenti
belajar, begitu juga kalian, raih masa
depan cemerlang kalian, doa Ayah Bunda
selalu menyertai.

27 Juni 2015
10 Ramadhan 1436 H

Dihargai atau tidak oleh manusia,

Dipandang atau tidak oleh manusia,
Janganlah kita merasa bangga atau
khawatir...
Karenaseharusnya kita patut malu dan
khawatir karena ada sang
AlKhaliqdisana yang menilai kadar
keikhlasan dan kesungguhan atas
setiap hal yang kita kerjakan....
Maka, tetap teruslah bergerak,
teruslah menghasilkan karya, dan tak
lupa selipkan hati ikhlas dan sungguhsungguh di dalamnya...
~Laila Susanti~

SANWACANA

Alhamdulillahirabbil ‘alamin, segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam yang
selalu melimpahkan rahmat, hidayah dan kasih sayang yang tak terhingga
sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul
PENGEMBANGAN ZEOLIT SINTETIK BERBASIS SILIKA SEKAM
PADI SECARA ELEKTROKIMIA SEBAGAI KATALIS UNTUK

PENGOLAHAN MINYAK NABATI MENJADI BIODIESEL
Shalawat dan salam penulis haturkan kepada manusia terbaik suri tauladan umat
Rasulullah SAW beserta keluarga dan sahabat serta umatnya yang selalu
istiqomah di jalan-NYA semoga dipertemukan kelak di yaumil akhir, Aamin.
Dengan segala kerendahan hati, izinkanlah penulis menyampaikan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Wasinton Simanjuntak, Ph.D. selaku pembimbing I dan
Pembimbing Akademik atas dedikasi yang luar biasa dalam memberikan
saran dan ide selama penelitian berlangsung, memberikan pointer dan
petunjuk tata bahasa dalam penulisan tesis disemua bab, serta memberikan
motivasi untuk segera menyelesaikan penelitian dan tesis.
2. Bapak Prof. Simon Sembiring, Ph.D. selaku Pembimbing II yang telah
menyediakan waktu untuk berdiskusi mengenai prinsip SEM, XRD dan

PSAdan memberikan pointer-pointer pada bab IV yang berguna untuk
memperbaiki hasil penelitian di tesis saya.
3. Bapak Dr. Rudy TM Situmeang, M.Sc. selaku Pembahas atas semua kritik
dan saran terhadap kaidah penulisan dan substansi tesis ini, demi
menjadikan tesis ini lebih baik lagi.
4. Bapak Prof. Sutopo Hadi, Ph.D. selaku ketua Program Studi Magister

Kimia yang telah sabar memberikan informasi, layanan akademik dan
arahan kepada mahasiswa Magister Kimia.
5. Bapak Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku Ketua Jurusan Kimia
FMIPA yang telah memberikan fasilitas akademik selama penulis
menempuh perkuliahan dan penelitian.
6. Bapak Prof. Suharso, Ph.D. selaku Dekan FMIPA yang telah memberikan
fasilitas akademik selama penulis menempuh perkuliahan dan penelitian.
7. Bapak Prof. John Hendri, Ph.D dan Bunda Aspita Laila, M.Si, terimakasih
atas perhatiannya yang selalu menanyakan “kapan sidang?” meskipun
beliau bukan pembimbing saya.
8. Kedua orang tua ku tersayang, Bapak H. Marsidi dan Ibu Hj. Sumiyarsih
atas seluruh cinta, do’a, dan kasih sayang kepada penulis dari masih dalam
buaian hingga saat ini. Rabighfirlii waliwalidayya warhamhuma kamma
Rabbayani saghiraa. Semoga Allah tetap menjaga masa tua kalian dengan
tetap istiqomah di jalan-NYA dan mengumpulkan kita di Jannah-NYA.
9. Suamiku tercinta, Dimyati, S.Si sebagai tempat curhat berbagai masalah
atas seluruh cinta, do’a, dukungan, kesabaran, motivasi, nasihat, yang
menjadikan penulis merasa sangat bersyukur menjadi pendampingmu .

Semoga Allah tetap menjaga cinta kita dan menjodohkan kita kembali di

Jannah-NYA.
10. Anak-anakku tersayang, „guru-guru kecil’ kami Musyaffa Mumtaz
Ramadhan dan Muhammad Arkan Danish, kalianlah amanah Allah yang
selalu menjadi pembelajaran untuk kami, semoga do’a anak sholeh seperti
kalian menjadi penolong kami di akhirat kelak.
11. Mas Fajar Miyarhadi, Astri Nur Andini serta semua kakak ipar dan adik
ipar, tak lupa semua keponakan-keponakan yang telah menjadi bagian
keluarga besar Bapak Marsidi dan Bapak Bunyani (alm).
12. Bapak Doni Permana, S.Si, selaku Kepala Cabang Ganesha Operation
Lampung, terima kasih atas motivasi dan kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk menempuh pendidikan magister dan tetap bekerja.
13. Mbak Nora dan Pak Gani, terima kasih atas kemudahan dan kelancaran
yang diberikan dalam pengurusan administrasi akademik.
14. Uni Noor dan Mbak Liza selaku Laboran Kimia Dasar dan Laboran Kimia
An Organik-Fisik, terima kasih atas kemudahan dan kelancaran yang
diberikan dalam pengurusan peminjaman alat-alat laboratorium.
15. Ibu Nurhasanah, M.Si, Ibu Dr. Dian Herasari dan Ibu Kamisah D
Pandingan, M.Si yang telah membantu karakterisasi sampel.
16. Teman satu tim ku : jeng Rina Mediasari, S.Pd. terima kasih atas kerja
sama selama penelitian yang dimulai dari nol sampai selesai sehingga

dapat terkumpul cerita dengan judul „Suka Duka Wanita Bekerja, Ibu
Rumah Tangga dan Peneliti’.

17. Teman-teman satu peer grup kimia fisik : Tutik, S.Si., Rodhiansyah, S.Si.,
Iip Sugiharta, S.T., Septian Dwi S.Si., Raffel Stevano, S.Si, terima kasih
atas kerja sama yang saling memotivasi, keceriaan dan keriangan selama
perkuliahan.
18. Teman-teman program studi Magister Kimia angkatan 2013 kelas A dan
B, serta angkatan 2014, terima kasih telah memberikan pengalamanpengalaman hebat, berkumpul dengan mereka telah memberikan wawasan
baru akan arti sebuah perjuangan, senang telah mengenal Bapak dan Ibu
semua.
19. Teman-teman laboratorium Kimia Polimer : Faradilla Syani, S.Si., Hanif
Amrullah, S.Si, Funda Elisya, S.Si., Leni Astuti, S.Si., Tata, Gege, Lusi,
Vevi, Umi, Debo, Rully, Ferdinand dan lain-lain yang telah membantu
penulis selama penelitian.
20. Semua pihak yang telah membantu dan tidak bisa disebutkan satu persatu,
semoga Allah memberikan balasan yang baik atas kebaikan yang
diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan tesis ini masih terdapat banyak kekurangan,
namun penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat dan bisa dilanjutkan
untuk kajian baru yang lebih mutakhir, sehingga ilmu ini selalu akan berkembang
hingga akhir zaman.

Bandar Lampung, Juni 2015

Laila Susanti

i

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR ISI ……………………… ...........................................................

i

DAFTAR TABEL .......................................................................................

iv

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................

vi

PENDAHULUAN …………………. ..............................................

1

A. Latar Belakang ….. .......................................................................
B. Tujuan Penelitian ……… .............................................................
C. Manfaat Penelitian …… ...............................................................

1
7
8

TINJAUAN PUSTAKA . ................................................................

9

A. Biodiesel .. ....................................................................................
1. Sifat Umum Biodiesel ..............................................................
2. Bahan Baku Biodiesel ..............................................................
2.1 Minyak Kelapa ...................................................................
2.2 Minyak Jarak......................................................................
3. Reaksi Pembuatan Biodiesel ....................................................
B. Katalis Reaksi Transesterifikasi … ..............................................
1. Katalis Homogen … ................................................................
2. Katalis Heterogen ….… .........................................................
2.1 Zeolit Alam ........................................................................
2.2 Zeolit Sintetik ....................................................................
2.2.1 Silika Sekam Padi ........................................................
2.2.2 Logam Alumunium ......................................................
C. Elektrosintesis...............................................................................
D. Karakterisasi Katalis Zeolit ..........................................................
1. SEM/EDS .................................................................................
2. PSA ...........................................................................................

9
9
10
12
13
14
19
20
22
24
26
28
31
33
36
36
37

I.

II.

ii

III.

IV.

3. XRD ..........................................................................................
E. Karakterisasi Biodiesel .................................................................
1. Uji Kelayakan Biodiesel ...........................................................
2. GC-MS......................................................................................

38
41
41
41

METODOLOGI PENELITIAN ………………………… ...........

44

A. Tempat dan Waktu Penelitian …..................................................
B. Alat dan Bahan ………………….. .............................................
1. Alat-alat yang digunakan ........................................................
2. Bahan-bahan yang digunakan .................................................
C. Prosedur Penelitian……………………………………………. ..
1. Preparasi Sekam Padi …..........................................................
2. Ekstraksi Silika dengan Metode Presipitasi … ........................
3. Pembuatan Sol Silika Sekam Padi …… ..................................
4. Pembuatan Prekusor Zeolit Dengan Metode Elektrokimia .....
5. Kalsinasi Katalis ......................................................................
6. Seleksi Katalis Pada Reaksi Transesterifikasi .........................
7. Analisis Produk Transesterifikasi (Biodiesel) .........................
8. Karakterisasi Katalis ................................................................
a. Karakterisasi Dengan SEM/EDS .........................................
b. Karakterisasi Dengan PSA...................................................
c. Karakterisasi Dengan XRD ..................................................

44
44
44
45
45
45
45
46
46
47
48
49
51
51
52
52

HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................

54

A. Pengantar ......................................................................................
B. Ekstraksi Silika Sekam Padi .........................................................
C. Preparasi Prekusor Zeolit Sintetik ................................................
D. Uji Aktivitas Katalis Prekusor Zeolit Sintetik ..............................
1. Transesterifikasi Minyak Kelapa .............................................
2. Transesterifikasi Minyak Jarak ................................................
E. Analisis Biodiesel .........................................................................
1. Analisis GC-MS Hasil Transesterifikasi Minyak Kelapa ........
2. Analisis GC-MS Hasil Transesterifikasi Minyak Jarak ...........
3. Kualitas Biodiesel ....................................................................
F. Karakterisasi Katalis .....................................................................
1. Analisis Mikrostruktur dan Distribusi Ukuran Partikel ...........
1.1 Analisis SEM-EDS Katalis Transesterifikasi Minyak
Kelapa ................................................................................

54
55
57
60
61
64
69
69
76
82
83
83
84

iii
1.2 Analisis SEM-EDS Katalis Transesterifikasi Minyak
Jarak ...................................................................................
1.3 Analisis Dengan PSA.........................................................
2. Karakterisasi Dengan XRD ......................................................
2.1 Analisis XRD Katalis Transesterifikasi Minyak Kelapa ...
2.2 Analisis XRD Katalis Transesterifikasi Minyak Jarak ......

86
89
92
93
96

SIMPULAN DAN SARAN .............................................................

100

A. Simpulan .......................................................................................
B. Saran .............................................................................................

100
102

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................

103

V.

iv

DAFTAR TABEL

Tabel

Halaman

1. SNI biodiesel ........................................................................................

10

2. Berbagai macam tanaman penghasil minyak nabati ............................

11

3. Kandungan asam lemak minyak kelapa ...............................................

12

4. Kandungan asam lemak minyak jarak .................................................

13

5. Contoh mineral zeolit alam yang umum ditemukan ............................

25

6. Rumus oksida beberapa jenis zeolit sintetik ........................................

27

7. Massa prekusor zeolit yang dihasilkan dari percobaan dengan pH dan
potensial (E) yang berbeda ..................................................................

59

8. Massa jenis, viskositas, dan % konversi hasil transesterifikasi
Minyak kelapa dengan katalis prekusor zeolit pH 10 suhu kalsinasi
300 oC .................................................................................................
9. Massa jenis, viskositas dan % konversi hasil transesterifikasi 50 mL
Minyak jarak dengan volume koreaktan 10 mL, katalis prekusor zeolit
pH 10 suhu kalsinasi 500 oC ...............................................................

67

10. Massa jenis, viskositas dan % konversi hasil transesterifikasi minyak
jarak dengan variasi koreaktan, katalis zeolit pH 10 dan potensial 10
volt suhu kalsinasi 500oC (prek-zeo10:10 suhu 500 oC) .....................

67

11. Profil biodiesel hasil transesterifikasi minyak kelapa dengan katalis
prek-zeo10:4 suhu kalsinasi 300 oC .......................................................

70

12. Profil biodiesel hasil transesterifikasi minyak kelapa dengan
katalis prek-zeo10:8 suhu kalsinasi 300oC ............................................

71

13. Profil komponen senyawa hasil transesterifikasi minyak jarak
variasi koreaktan 15 mL dengan katalis prek-zeo10:10 suhu kalsinasi
500 oC ..................................................................................................

77

63

v
14. Profil komponen senyawa hasil transesterifikasi minyak jarak
variasi koreaktan 20 mL dengan katalis prek-zeo10:10 suhu kalsinasi
500 oC .................................................................................................

78

15. Karakteristik biodiesel hasil transesterifikasi minyak kelapa dan
minyak jarak dengan katalis terbaik...................................................

83

16. Komposisi prekusor zeolit sintetik pH 10 suhu kalsinasi 500 oC berdasarkan
spektra EDS.........................................................................................
88
17. Profil distribusi ukuran partikel zeolit pH 10 suhu kalsinasi
500 oC yang dihasilkan dengan potensial yang berbeda ....................

91

18. Puncak-puncak representatif dari difraktogram prek-zeo10:8 suhu
kalsinasi 300 oC..................................................................................

93

19. Puncak-puncak representatif dari difraktogram referensi
(PCPDFwin 1997) senyawa prekusor zeolit .......................................

94

20. Puncak-puncak representatif prek-zeo10:10 suhu kalsinasi 500 oC .......

96

I.

A.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Bertambahnya populasi manusia dan jumlah kendaraan serta perkembangan
industrialisasi menyebabkan kebutuhan akan bahan bakar semakin meningkat. Hal
ini menyebabkan ketersediaan bahan bakar menjadi semakin menipis, terutama
bahan bakar fosil yang masih menjadi andalan saat ini. Dampak utama adalah
harga bahan bakar fosil yangterus naiksehingga diperlukan terobosan baru agar
ketersediaan bahan bakar dapat memenuhi berbagai kebutuhan. Masalah lain
yang terkait dengan bahan bakar fosil adalah emisi gas CO2 dari hasil pembakaran
yang berdampak langsung pada pemanasan global.
Dua masalah utama di atas menjadi faktor pendorong pengembangan bahan bakar
alternatif dan terbarukan di seluruh dunia, termasuk di Indonesia. Dari berbagai
upaya yang telah dilakukan dewasa ini telah dikenal berbagai jenis bahan bakar
alternatif, salah satunya adalah biodiesel. Di Indonesia, bahan bakar alternatif ini
berpeluang besar menjadi komoditas unggulan, bukan hanya untuk memenuhi
kebutuhan dalam negeri tetapi menjadi komoditas ekspor sebagai sumber devisa.
Peluang ini didasarkan pada kenyataan bahwa biodiesel saat ini sudah digunakan
secara komersial, karena sifatnya yang ramah lingkungan yaitu tidak mengandung

2
sulfur yang bersifat karsinogen, jumlah CO2 yang dihasilkan pada pembakarannya
lebih sedikit dibanding dengan bahan bakar fosil, serta memiliki angka cetane
yang lebih tinggi dari minyak diesel yang dihasilkan dari industri petrokimia. Di
samping itu, industri biodisel juga didukung ketersediaan bahan baku yang cukup
melimpah di Indonesia, yaitu minyak nabati yang dapat diperoleh dari berbagai
sumber antara lain biji bunga matahari, kedelai, biji kapas, kelapa, kelapa sawit,
dan biji jarak.
Secara kimia, pembuatan biodiesel pada hakekatnya adalah reaksi transesterifikasi
minyak nabati menjadi ester yang lebih sederhana dengan menggunakan alkohol,
terutama metanol (Crabbe et al., 2001) dan etanol (Al-Widyan and Al-Shyoukh.,
2002).

Karakteristik utama reaksi transesterifikasi adalah merupakan reaksi

reversibel dan kedua reaktan merupakan senyawa yang tidak reaktif, sehingga
untuk mendorong reaksi ke arah produk dibutuhkan katalis.
Katalis yang paling umum digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis
homogen asam kuat dan basa kuat seperti H2SO4dengan persen konversi metil
ester sebesar 95 % (Canakci et al., 2001), NaOHdengan persen konversi etil ester
95,8 % (Alamu et al., 2008; Hossain et al., 2012) dan KOHdengan persen
konversi metil ester sebesar 88,20 % (Komintarachat et al., 2010). Penggunaan
katalis asam dalam reaksi transesterifikasi masih berjalan lambat dan harus
dilangsungkan tanpa air, karena adanya air akan meningkatkan pembentukan
asam karboksilat sehingga akan mempengaruhi rendemen reaksi. Penggunaan
katalis basa diketahui efektif meningkatkan laju reaksi, akan tetapi dihasilkan air
dari reaksi antara hidroksida dan alkohol. Keberadaan air mengakibatkan produk

3
ester yang sudah terbentuk akan mengalami reaksi hidrolisis, selain itu air juga
mengakibatkan pembentukan sabun dan buih yang tidak hanya akan mengurangi
rendemen reaksi tetapi juga akan meningkatkan viskositas, dan mempersulit
pemisahan gliserol.

Disamping itu, residu katalis homogen seringkali masih

terdapat dalam produk, sehingga mengurangi kelayakgunaan produk karena sifat
korosif asam maupun basa, dan katalis tersebut pada umumnya tidak dapat
digunakan ulang.
Kelemahan katalis homogen seperti dipaparkan di atas telah mendorong
pengembangan katalis heterogen. Katalis heterogen mempunyai fasa berbeda
dengan reaktan, yaitu katalis berbentuk padat sedangkan reaktan pada fasa cair.
Penggunaan katalis heterogen mempunyai beberapa keunggulan diantaranya,
tahan terhadap reaksi bersuhu tinggi, kemudahan pemisahan katalis dari campuran
reaksi, dapat digunakan ulangdan tidak korosif (Moffat, 2002; Frenzer et al.,
2006).
Dewasa ini,berbagai jenis katalis heterogen untuk reaksi transesterifikasi telah
dikembangkan dan salah satunya adalah zeolit (Ramos et al., 2008; Kusuma dkk,
2012). Secara kimia, zeolit merupakan senyawa alumino silikat berstruktur tiga
dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga
di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul
air yang dapat bergerak bebas. Secara alami zeolit ditemukan sebagai mineral dan
tersebar di berbagai negara dengan komposisi yang berbeda. Meskipun tersedia
dalam jumlah besar, zeolit alam memiliki sejumlah kelemahan yang membatasi
pemanfaatannya sebagai katalis yaitu mengandung banyak pengotor, pori-porinya

4
tidak seragam, dan kekuatan asamnya juga sulit di kontrol.Kelemahan tersebut
merupakan faktor pendorong pengembangan zeolit sintetik karena memiliki
kemurnian yang tinggi dan komposisi yang sangat homogen.
Pada umumnya, zeolit sintetik diproduksi dari bahan baku berupa senyawa silika
yang mudah larut dalam air misalnya tetra methyl ortho silicate(TMOS) dan tetra
ethyl ortho silicate (TEOS), sedangkan senyawa alumina didapatkan dari garam
aluminium terutama aluminium nitrat (Wang et al., 2010) dan aluminum klorida
(Dirdianti, 2011) yang juga mudah larut dalam air. Dari bahan baku tersebut,
zeolit dapat dibuat dengan metode sol-gel.

Bahan baku lain yang sudah

dimanfaatkan adalah berupa padatan, misalnya fume silika (Tomiyama et al.,
2003; Barrault et al., 2002) dan alumino silikat (Dirdianti, 2011), untuk bahan
baku ini metode yang digunakan adalah hidrotermal (Wustoni, 2011). Teknik
lainnya adalah microwave, pada teknik ini gelombang elektromagnetik dengan
frekuensi 300 MHz – 300 GHz dialirkan ke dalam campuran larutan aluminat dan
silikat sampai terbentuk campuran yang homogen (Musthofa dan Lukman, 2010).
Dari beberapa jenis bahan baku dan metoda sintesis yang telah disebutkan diatas,
terdapat beberapa kelemahan, diantaranya adalah bahan baku silika TEOS dan
TMOS merupakan produk impor yang harganya mahal, metode preparasi zeolit
dengan hidrothermal membutuhkan waktu teknis yang relatif panjang karena
melibatkan beberapa tahap dan banyak bahan kimia yang terbuang, dan teknik
pembuatan zeolit dengan microwavemasih dipertanyakan mengenai keamanan dan
efek kesehatan bagi pengguna karena tingginya frekuensi yang digunakan dan
tingkat krisnalitasnya rendah (Turner et al., 2004).

5
Dalam upaya menekan biaya produksi zeolit sintetik, penelitian ini digagas untuk
memanfaatkan silika dari sekam padi sebagai bahan baku.Sekam padi diketahui
merupakan residu pertanian yang melimpah di Indonesia, termasuk Provinsi
Lampung.Sekitar 20 % sekam padi akan diperoleh dari padi yang digiling. Hasil
penelitian Harsono(2002) juga menunjukkan, bahwa sekam padi mengandung
silikasekitar 85-97 %.Kandungan silika dan kelimpahan yang tinggi, memberi
peluang untuk dimanfaatkan sebagai sumber silika menggantikan sumber silika
lain yang lebih mahal. Silika sekam padi diketahui larut dalam larutan alkali,
sehingga dapat diperoleh dengan mudah menggunakan metode ekstraksi alkalis
misalnya dengan NaOH dan KOH (Kalaphathy et al., 2000; Suka dkk., 2008;
Daifullah et al., 2003; Pandiangan dkk., 2009).

Pada

penelitian

ini,

zeolit

sintetikdibuat

dengan

metode

elektrokimia

menggunakan batangan alumina sebagai elektrodanya. Metode ini memiliki
keunggulan antara lain peralatan yang digunakan sederhana, biaya operasional
alat relatif murah, bisa digunakan pada sistem alir (Yatmaz et al., 2009) dan yang
paling utama adalah proses dapat dikendalikan dengan mengatur variabel
elektrokimia seperti waktu dan potensial.

Prinsip dasar gagasan ini adalah,

elektrolisis logam alumina yang ditempatkan dalam sol silika sekam padi. Logam
Al yang digunakan sebagai anoda akan teroksidasi menjadi kation Al3+, yang akan
terlarutdalam sol silika.Dengan mengatur variabel potensial, pH dan waktu maka
akan didapatkan zeolit sintetik dengan nisbah Si/Al yang berbeda-beda.
Pengaruh nisbah Si/Alzeolit yang dihasilkan terhadap unjuk kerja sebagai katalis
reaksi transesterifikasi menjadi kajian utama dalam penelitian ini. Seperti telah

6
dijelaskan sebelumnya, reaksi transesterifikasi merupakan reaksi pembuatan
biodiesel yang membutuhkan katalis. Katalis zeolit sintetik dengan nisbah Si/Al
berbedaakan memberikan perbedaan unjuk kerja dalam reaksi transesterifikasi,
sehingga akan terpilih katalis terbaik dengan nisbah Si/Al tertentu.
Beberapa peneliti menggunakan zeolit sintetik untuk uji transesterifikasi
diantaranya adalah Santoso dkk (2012) melakukan sintesis katalis zeolit dari
sekam padi dengan metode sol gel yang digunakan untuk uji transesterifikasi
minyak biji kapuk diperoleh rendemen metil ester sebesar 21,94 %. Wirasito dkk
(2014) melakukan sintesis katalis zeolit termodifikasi abu tandan kosong kelapa
sawit untuk uji transesterifikasi minyak goreng bekas dengan diperoleh rendemen
metil ester sebesar 91,58%.
Terkait dengan pembuatan zeolit sintetik secara elektrokimia untuk reaksi
transesterifikasi, Syani (2014) melakukan sintesis zeolit dari sekam padi secara
elektrokimia sebagai katalis untuk reaksi transesterifikasi minyak kelapa,
diperoleh rendemen metil ester sebesar 100%. Liani (2014) mensintesis alumina
dengan metode elektrokimia yang digunakan sebagai bahan baku zeolit sintetik
faujasit dengan metode hidrotermal.
Atasdasar ini, katalis terbaik dikarakterisasi dengan beberapa metode, diantaranya
adalah X-Ray Difraktometer (XRD) untuk melihat struktur dan analisis fasa
katalis, Scanning Electron Microscope (SEM-EDS) untuk melihat morfologi
permukaan sampel dan komposisi unsur dalam sampel, Particle Size Analyzer
(PSA) untuk mengetahui pola distribusi ukuran partikel.Pada penelitian ini, unjuk
kerja katalis yang dibuat dievaluasi berdasarkan persen konversi minyak nabati

7
menjadi ester dengan GC-MS, yang tujuannya adalah untuk mengidentifikasi jenis
ester yang terbentuk, serta uji biodiesel umum seperti viskositas, berat jenis dan
flash point.
Sesuai dengan latar belakang yang dipaparkan diatas, masalah utama yang akan
dipelajari dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh potensial, waktu dan
pH terhadap nisbah Si/Al zeolit sintetik yang dihasilkan dan bagaimana hubungan
komposisi ini dengan unjuk kerja zeolit sebagai katalis transesterifikasi. Dari
rangkaian percobaan yang akan dilakukan, diharapkan akan diperoleh zeolit
sintetik dengan unjuk kerja yang baik sebagai katalis transesterifikasi, dan
berpeluang untuk dikembangkan sebagai katalis aplikasi hingga ke skala yang
lebih besar.

B. TUJUAN PENELITIAN
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan diatas, berikut ini beberapa
tujuan spesifik dari penelitian ini antara lain :
1. Mensintesis zeolit melalui penerapan potensial dan pH yang berbeda,
sehingga akan dihasilkan nisbah Si/Al yang berbeda-beda.
2. Menguji aktivitas zeolit sebagai katalis untuk reaksi transesterifikasi
minyak kelapa dan minyak jarak untuk mendapatkan katalis dengan
unjuk kerja terbaik.
3. Mengkarakterisasi zeolit sintetik yang mempunyai unjuk kerja terbaik
dengan SEM-EDS, PSA dan XRD untuk mengungkapkan kaitan

8
antara karakteristik dengan unjuk kerja zeolit sebagai katalis reaksi
transesterifikasi.
4. Menentukan jenis zeolit sintetik yang memberikan unjuk kerja terbaik
melalui karakterisasi SEM-EDS dan XRD
5. Mengkarakterisasi

biodiesel

yang

dihasilkandengan

GC-MS,

viskositas, massa jenis dan flash pointuntuk melihat kelayakannya
sebagai bahan bakar.

C. MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Meningkatkan pemanfaatan silika sekam padi, untuk perolehan nilai
tambah dari sektor pertanian
2. Memberikan informasi pembuatan zeolit sintetik dengan metoda baru,
yaitu metoda elektrokimia
3. Memberikan informasi ilmiah tentang jenis katalis zeolit sintetik yang
yang efektif dalam pembuatan biodiesel.
4. Memberikan

informasi

tambahan

mengenai

teknologi

ramah

lingkungan yakni biodiesel yang dihasilkan dari minyak kelapa dan
minyak jarak

9

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Biodiesel

1.

Sifat Umum Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan yang dapat digunakan untuk
menggantikan bahan bakar diesel yang berasal dari minyak bumi.Secara kimia,
biodiesel merupakan alkil ester asam lemak yang dapat dibuat dengan rangkaian
reaksi esterifikasi dan transesterifikasi asam lemak yang bersumber dari minyak
nabati maupun minyak hewani.
Biodiesel merupakan cairan dengan warna yang bervariasi antara kuning
keemasan hingga coklat gelap tergantung dari bahan baku yang digunakan.
Biodiesel tidak dapat bercampur dengan air. Memiliki titik didih tinggi dan dan
titik uap yang rendah. Titik pembakaran biodiesel (>130 °C) sangat signifikan
lebih tinggi dari petrodiesel (64 °C) atau premium (−45 °C).Biodiesel memiliki
kerapatan ~ 0.88 g/cm³ lebih rendah dari air.
Biodiesel memiliki tingkat pelumasan lebih tinggi dan tidak mengandung sulfur,
sehingga digunakan sebagai aditif untuk bahan bakar diesel rendah sulfur (UltraLow Sulfur Diesel-ULSD).

Keunggulan lain dari biodiesel antara lain, asap

buangan tidak terlalu hitam, menghasilkan 75% emisi CO2 lebih sedikit dibanding

10
dieselstandar, tidak beracun dan dapat dibiodegradasi.Untuk penggunaannya,
biodiesel harus memenuhi sejumlah parameter teknis, dan di Indonesia diatur
dalam Standar Nasional Indonesia (SNI)

nomor 04-7182-2006 seperti

dicantumkan dalam Tabel 1.
Tabel 1. SNI biodiesel
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Karakteristik
Angka Setana (Cetane Number)
Massa Jenis
Viskositas kinematik
Titik Nyala (Flash Point)
Titik Kabut (Cloud Point)
Titik Tuang (Pour Point)
Kandungan Air
Gliserol Bebas
Gliserol Total
Total Acid Number (TAN)

Satuan
gr/mL
mm2/s (cSt)
o
C
o
C
o
C
%-volume
%-massa
%-massa
mg KOH/gr

Nilai
Min. 51
0,820 – 0,860
2.3 – 6.0
Min. 100
Max. 18
Max. 18
Max. 0.05
Max. 0.02
Max. 0.24
Max. 0.80

Sumber : Standard Nasional Indonesia (SNI), 2006
Saat ini biodiesel telah dikembangkan secara luas karena semakin terbatasnya
persediaan minyak bumi seiring meningkatnya jumlah kendaraan dan aktifitas
industrialisasi.Penggunaan biodiesel sangat menguntungkan karena terbuat dari
bahan bakuyang mudah terbaharui dan mudah didapatkan di Indonesia.

2.

Bahan Baku Biodiesel

Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabati di antaranya adalah minyak sawit (Asri
dkk., 2012; Chantara et al., 2012), minyak kelapa (Alamu et al., 2010; Velasquez
et al., 2009),minyak jarak (Zhu et al., 2006 ; Endalew et al., 2011), dan minyak
kedelai (Liu et al., 2008).Selain itu, biodiesel juga dapat dibuat dari lemak
binatang atau lemak lainnya (Dermibas, 2002) dan minyak yang telah terpakai,

11
misalnya minyak goreng bekas (waste cooking oils) (Baharta, 2006). Lemak
hewani juga dapat diolah menjadi biodiesel, namun untuk skala industri
terkendala oleh kesulitan mendapatkan bahan baku yang cukup.
Tabel 2 di bawah ini menunjukkan berbagai macam tanaman penghasil minyak
nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
Tabel 2. Berbagai macam tanaman penghasil minyak nabati
Nama Indonesia
Sawit
Kelapa
Alpukat
Jarak Kaliki
Jojoba
Zaitun
Kanola

Nama Latin
Elais guinensis
Cocos nucifra
Persea americana
Ricinus communis
Simmondsia califor
Olea europea
Brassica napus

Sumber : Soerawidjaja, 2006
Berdasarkan Tabel 2 diatas, jumlah produksi minyak kelapa, minyak kelapa sawit
dan minyak jarak terdapat melimpah di Indonesia, sehingga bisa dialokasikan
selain untuk produksi rumah tangga, bisa di manfaatkan sebagai bahan baku
biodiesel. Provinsi Lampung mempunyai perkebunan kelapa sawit seluas 118.634
Ha, perkebunan kelapa seluas 129.216 Ha, sedangkan perkebunan jarak seluas
430 Ha. Komponen utama dari ketiga jenis minyak nabati tersebut adalah asam
lemak ditemukan dalam dua bentuk utama, yakni gliserida dan asam lemak bebas.
Gliserida merupakan ester asam lemak dan ditemukan dalam mono, di dan
trigliserida dengan struktur umumseperti disajikan dalam Gambar 1.

12

Gambar 1. Struktur molekul monogliserida, digliserida dan trigliserida
Trigliserida adalah ester dari tiga asam lemak rantai panjang (C 8 sampai dengan
C22) yang terikat pada satu gugus gliserol, dan merupakan komponen terbesar
penyusun minyak nabati dengan kadar 90-98%.

2.1 Minyak Kelapa
Buah kelapa (Cocos nucifera) merupakan sumber minyak nabati yang sangat
potensial dan terdapat di seluruh daerah Indonesia. Selain mempunyai kandungan
minyak yang tinggi, buah kelapa juga sangat mudah diolah untuk memisahkan
minyak dari daging buah.Komponen penyusun minyak kelapa disajikan dalam
Tabel 3.
Tabel 3.Kandungan asam lemak minyak kelapa
Asam Lemak

Rumus Kimia

Jumlah (%)

Asam laurat
Asam miristat
Asam palmitat
Asam Kaprilat
Asam oleat
Asam kaprat
Asam linoleat
Asam stearat

C11H23COOH
C13H27COOH
C15H31COOH
C7H15COOH
C17H33COOH
C9H19COOH
C17H31COOH
C17H35COOH

44,0 – 52,0
13,2 – 19,0
7,5 – 10
5,5 – 9,5
5,0 – 8,0
4,5 – 9,5
1,5 – 2,5
1,0 – 3,0

Sumber : Tambun, 2006

13
Dari Tabel 3terlihat bahwa komponen utama dalam minyak kelapa adalah asam
laurat dan asam miristat. Beberapa peneliti telah mengembangkan minyak kelapa
sebagai bahan baku biodiesel, diantaranya Alamu et al., (2010) menggunakan 100
gram minyak kelapa menghasilkan persen konversi sebesar 10,4%. Peneliti lain
Velasquezet al., (2009) melaporkan dengan persen konversi sebesar91,5-95,7 %
dan Syani (2014) mendapatkan persen konversi minyak sebesar 100%.

2.2Minyak Jarak
Kandungan minyak pada biji jarak cukup tinggi yaitu sekitar 30-50% dan sangat
potensial untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel karena minyak jarak
pagar tidak termasuk kategori minyak untuk makanan (edible oil) sehingga tidak
menganggu ketersediaan kebutuhan minyak pangan.

Berikut komposisi asam

lemak pada minyak jarak disajikan dalam tabel di bawah ini.
Tabel 4. Kandungan asam lemak minyak jarak
Asam lemak

Rumus Kimia

Jumlah (%)

Asam Ricinoleat
Asam Linoleat
Asam Palmitat
Asam Stearat
Asam Linolenat

C17H33COOH
C17H31COOH
C15H31COOH
C17H35COOH
C17H32COOH

35 – 64
19 – 42
12 – 17
5 – 10
2–4

Sumber : Sudrajat R, 2006
Berdasarkan Tabel 4 diatas, komponen utama minyak jarak adalah asam
ricinoleat. Beberapa peneliti telah mengembangkan pemanfaatan minyak jarak
sebagai bahan baku biodiesel diantaranya adalah Zhu et al., (2006) menghasilkan

14
biodiesel dengan persen konversi sebanyak 93% dan Endalew et al., (2011)
melaporkan persen konversi sebanyak 66,4%.

3.

Reaksi Pembuatan Biodiesel

Pembuatan biodiesel umumnya menggunakan 2 tahap yakni reaksi esterifikasi dan
transesterifikasi dengan bantuan katalis asam maupun basa. Kedua proses reaksi
ini dapat mengkonversi asam lemak bebas menjadi biodiesel berupa metil ester
(Crabbe et al., 2001) ataupun etil ester (Al-Widyan and Al-Shyoukh, 2002)
tergantung dari jenis alkohol yang digunakan (metanol atau etanol).
Proses reaksi esterifikasi adalah reaksi reversibel dimana asam lemak bebas (free
fatty acid/FFA) dikonversi menjadi alkil ester melalui katalis asam (HCl atau
H2SO4).Esterifikasi umumnya dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak
berkadar FFA tinggi (angka asam

5 mg-KOH/g). Pada tahap ini, asam lemak

bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Reaksi esterifikasi dapat dilihat
pada reaksi berikut :
R-COOH + R-OH

R-COO-R’ + H2O

Reaksi esterifikasi biasanya diikuti dengan reaksi transesterifikasi, tetapi sebelum
produk esterifikasi diumpankan ke reaksi transesterifikasi, air dan bagian terbesar
katalis asam yang dikandungnya harus dihilangkan terlebih dahulu (Soerawidjaja,
2006).Transesterifikasi pada hakekatnya merupakan pengubahan suatu ester
trigliserida menjadi ester lain yang sifatnya lebihsederhana menjadi molekul yang
lebih kecil, berantai lurus, dan hampir sama dengan molekul dalam bahan bakar
diesel. Reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.

15

katalis

Trigliserida

Metanol

Gliserol

Biodiesel

Gambar 2. Reaksi Transesterifikasi
Untuk mengolah minyak nabati menjadi biodiesel, ada beberapa faktor yang harus
diperhatikan diantaranya adalah reaksi minyak nabati (trigliserida) dan alkohol
merupakan reaksi yang tidak reaktif satu terhadap lainnya, sehingga katalis
menjadi kebutuhan mutlak karena tanpa katalis reaksi membutuhkan suhu hingga
250°C.

Dengan penggunaan katalis, suhu reaksi dapat diturunkan secara

signifikan hingga kisaran 65-75°C tergantung dari jenis minyak dan katalis yang
digunakan (Darnoko and Cheryan, 2000; Al-Widyan and Al-Shyoukh, 2002;
Dermibas, 2003).
Faktor kedua adalah reaksi transesterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan,
sehingga untuk mendorong reaksi ke arah produk diperlukan alkohol berlebih.
Berdasarkan stoikiometri reaksi, proses transesterifikasi memerlukan 3 mol
alkohol untuk setiap mol trigliserida supaya menghasilkan 3 mol biodiesel dan 1
mol gliserol. Namun pada beberapa penelitian, perbandingan mol trigliserida dan
alkohol tidak selalu 1 :3.

Sebagai contoh, Darnoko dan Cheryan (2000)

menggunakan perbandingan 1 : 6 untuk transesterifikasi minyak kelapa,
Padmaningsih

dkk

(2006)

menggunakan

transesterifikasi minyak goreng bekas.

perbandingan

1

: 12

untuk

16
Faktor ketiga adalah laju reaksi transesterifikasi dipengaruhi oleh panjang rantai
hidrokarbon dan posisi gugus hidroksil dalam molekul alkohol.

Laju reaksi

diketahui menurun secara signifikan dengan pertambahan panjang rantai karbon.
Sifat inilah yang menjadi alasan penggunaan metanol dan etanol sebagai alkohol
utama dalam industri biodiesel. Penggunaan kedua jenis alkohol tersebut juga
didukung keberadaannya sebagai alkohol primer yang jauh lebih reaktif dibanding
alkohol sekunder dan tersier. Selain dipengaruhi jenis alkohol, laju reaksi
transesterifikasi juga dipengaruhi oleh suhu dan waktu. Seperti telah diketahui,
kenaikan suhu akan meningkatkan laju reaksi secara umum.
Waktu reaksi juga merupakan variabel penting suatu reaksi karena untuk
memberikan kesempatan reaktan untuk bertumbukan satu sama lain. Namun
demikian pada reaksi transesterifikasi pengaruh suhu dapat disesuaikan dengan
sifat reaktan yang digunakan dan pengaruh waktu juga tidak mempengaruhi jika
kesetimbangan reaksi telah dicapai. Sebagai contoh hasil penelitian sebelumnya
Liu et al (2008) menunjukkan suhu efektif untuk transesterifikasi minyak kedelai
adalah 65°C dengan persen konversi 95% dengan waktu reaksi selama 3 jam. Zhu
et al(2006) melakukan transesterifikasi minyak jarak pada suhu efektif 70°C
selama 2,5 jam dengan persen konversi sebesar 93%. Suhu reaksi 70°C juga
digunakan dalam transesterifikasi minyak sawit bekas pakai yang dilakukan oleh
Padmaningsih dkk (2006) dengan persen konversi 76,76%.
Faktor selanjutnya adalah reaksi transesterifikasi sangat sensitif terhadap air.
Kehadiran air akan menyebabkan biodiesel yang terbentuk akan terhidrolisis
menjadi asam lemak kembali dan terjadinya reaksi penyabunan. Karena alasan

17
tersebut, reaksi transesterfikasi harus dilangsungkan menggunakan alkohol
absolut serta asam pekat atau basa dalam bentuk kristal sebagai katalis.
Secara garis besar, reaksi transesterifikasi minyak nabati dengan metanol
menggunakan katalis asam disajikan pada Gambar 3.

CH3
CH3

-CH3

Gambar 3. Mekanisme reaksi transesterifikasi minyak nabati dengan
metanolmenggunakan katalis asam (Schuchardtet al., 1998)
Berdasarkan Gambar 3 diatas terlihat bahwa reaksi berlangsung secara bertahap,
diawali dengan protonasi gugus karbonil ester sehingga akan terbentuk
karbokation (struktur II).

Karbokation ini selanjutnya mengalami serangan

nukleofilik oleh metanol menghasilkan produk intermediate tetrahedral (struktur
III) yang menyebabkan gliserol terlepas dan terbentuk ester baru (struktur IV) dan
melepaskan katalis H+.
Dari mekanisme diatas, asam karboksilat dapat dibentuk dari reaksi karbokation II
dengan air yang ada dalam campuran reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi
transesterifikasi dengan katalis asam harus dilakukan tanpa adanya air, untuk
menghindari pembentukan asam karboksilat yang bisa mengurangi konversi alkil
ester.

18
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, transesterifikasi juga dapat dikatalisis oleh
basa. Dalam penelitian sebelumnya telah diketahui bahwa reaksi transesterifikasi
yang menggunakan katalis basa berjalan lebih cepat dibandingkan dengan katalis
asam (Fredman et al., 1986). Contoh reaksi transesterifikasi dengan katalis basa
disajikan pada Gambar 4.
CH3 - OH

B

-

OCH3

OCH3

(1)

CH3O- + B H+

OCH3

CH3OOCR’’

(2)

(3)

(4)

Gambar 4. Mekanisme reaksi transesterifikasi minyak nabati dengan
metanol menggunakan katalis basa (Schuchardt et al., 1998)
Dari mekanisme reaksi di atas dapat dilihat bahwa tahap 1 adalah reaksi antara
katalis basa dengan metanol menghasilkan metoksida dan katalis yang
terprotonasi. Pada tahap 2 terjadi serangan nukleofilik metoksida terhadap gugus
karbonil pada gliserida menghasilkan senyawa intermediate tetrahedral, yang
selanjutnya berubah menjadi alkil ester dan suatu anion gliserida pada tahap 3.
Tahap 4 merupakan tahap akhir, yaitu katalis akan mengalami deprotonasi

19
sehingga katalis yang masih memiliki situs aktif akan dihasilkan kembali.
Digliserida dan trigliserida juga dapat dikonversi dengan mekanisme reaksi yang
sama untuk menghasilkan campuran alkil ester dan gliserol (Schuchardt et al.,
1998).
Transesterifikasi trigliserida dengan katalis basa homogen merupakan aspek kimia
biodiesel

yang

paling

penting.

Spesies

reaktif

dalam

transesterifikasi

menggunakan katalis basa homogen alkoksida yang terbentuk ketika alkohol dan
katalis bereaksi. Alkoksida yang sangat reaktif kemudian terlibat dalam serangan
nukleofilik pada gugus karbonil dari asam lemak sehingga memungkinkan
serangan nukleofilik oleh alkohol melalui oksigen yang bersifat elektronegatif.

B. Katalis Reaksi Transesterifikasi Dalam Pembuatan Biodiesel
Katalis merupakan suatu zat atau substansi yang dapat mempercepat reaksi tanpa
mengalami perubahan secara kimiawi pada akhir reaksi, reaksi yang berlangsung
dengan bantuan katalis secara umum dikenal dengan reaksi katalisis. Katalis
dapat mempercepat reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi reaksi. Energi
aktivasi reaksi merupakan banyaknya energi minimum yang dibutuhkan oleh
reaksi agar reaksi dapat berlangsung. Penurunan energi aktivasi reaksi disebabkan
oleh terjadinya pembentukan alur atau mekanisme reaksi yang berbeda darialur
reaksi tanpa katalis.
Secara garis besar,

katalis mempunyai tiga fungsi yakni (1) aktivitas untuk

memacu laju reaksi (2) selektivitas atau spesifitas untuk mengarahkan suatu reaksi
menghasilkan produk tertentu (3) stabilitas atau lifetime untuk menahan hal-hal

20
yang dapat mengakibatkan terjadinya deaktivasi katalis. Sehingga untuk setiap
reaksi yang dikatalisisnya, katalis harus mempunyai aktivitas kimia yang sama,
selektivitas dan stabilitas yang cukup tinggi.
Secara umum, katalis dikelompokkan dalam dua kelompok besar yaitu katalis
homogen dan heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fasa
sama dengan reaktan, sehingga reaksi berlangsung dalam keseluruhan sistem
karena dapat bercampur merata. Namun, katalis jenis ini terkadang menyulitkan
dalam pemisahan dari produk pada akhir reaksi, sehingga tidak dapat digunakan
ulang dan seringkali bersifat korosif dan berbahaya bagi lingkungan.
Jenis katalis yang kedua adalah katalis heterogen. Dewasa ini, katalis heterogen
menjadi andalan dalam beberapa reaksi, karena sifat fasanya berbeda dengan
reaktan sehingga dapat dipisahkan dari produk serta bisa digunakan kembali,
dengan demikianini akan memberikan nilai efisiensi proses. Disamping itu, hasil
akhir proses ini tidak bersifat korosif sehingga aman bagi lingkungan. Namun,
pada prosesnya dibutuhkan pengadukan secara kontinyu karena katalis ini tak
dapat bercampur merata dengan reaktan.
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, reaksi transesterifikasi mutlak membutuhkan
katalis. Berikut akan dijelaskan aplikasi katalis homogen dan heterogen yang
digunakan dalam reaksi transesterifikasi.

21
1.

Katalis Homogen

Pada awalnya, katalis yang umum digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah
katalis homogen yaitu cairan asam kuat atau basa kuat. Penggunaan katalis asam
diketahui menghasilkan kelimpahan alkil ester yang tinggi, namun membutuhkan
waktu reaksi yang cukup lama (Schuchardt et al., 1998) karena reaksi yang terjadi
adalah reversible (bolak-balik) dan pemisahan katalis dari produk sangat sulit
sehingga di butuhkan perlakuan khusus memisahkannya.Sebagai contoh, Canakci
et al., (1999) melakukan proses transesterifikasi minyak kedelai menggunakan
katalis H2SO4 menghasilkan kenaikan persen konversi dari 87,8% menjadi 95,1 %
setelah waktu reaksi ditambah dari 48 jam menjadi 96 jam.
Di samping itu, reaksi harus dilangsungkan tanpa air karena adanya air akan
meningkatkan pembentukan asam karboksilat sehingga mengurangi rendemen
reaksi.Beberapa peneliti lain yang telah melakukan reaksi transesterifikasi
menggunakan katalis asam kuat H2SO4 (Edwardet al., 2000 ; Al-Widyan and AlShyouk, 2002) dan HCl (Al-Widyan and Al-Shyouk, 2002 ; Tashtoush et al.,
2002).
Dibandingkan dengan asam, katalis basa menghasilkan reaksi dengan laju yang
lebih tinggi, karena reaksi berlangsung satu arah (irreversible) terhadap
pembentukan alkil ester, hal ini disebabkan senyawa basa juga berperan sebagai
pereaksi, yaitu dalam pembentukan ion alkoksida.Namun demikian, penggunaan
katalis ini dapat menghasilkan air dari reaksi antara hidroksida dan
alkohol.Pembentukan air ini akan mengakibatkan terjadinya reaksi hidrolisis ester
yang sudah terbentuk, menghasilkan sabun yang tidak hanya mengurangi

22
rendemen reaksi akan tetapi juga menyulitkan pemisahan gliserol akibat
pembentukan emulsi.
Hossain et al (2012) melakukan transesterifikasi minyak kelapa dengan katalis
NaOH memerlukan pencucian hingga 4 kali untuk menghilangkan sabun yang
terbentuk. Disamping itu, residu katali