BAHAN DAN METODE
3.1. Bahan dan Alat
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah biji karet dari kebun karet milik PTPN XIII di Desa Nanga Jetak, Kabupaten Sintang, Provinsi
Kalimantan Barat. Selain itu juga dibutuhkan olein sawit merk Bimoli untuk keperluan pembuatan biodiesel sawit.
Bahan lain yang dibutuhkan adalah bahan untuk proses ekstraksi dan degumming
minyak akuades dan H
3
PO
4
, bahan untuk reaksi esterifikasi minyak biji karet metanol dan HCl, serta bahan untuk reaksi transesterifikasi metanol
dan NaOH. Bahan-bahan lainnya dibutuhkan pula untuk melakukan analisis bilangan asam, bilangan iod, dan stabilitas oksidatif.
Alat yang dibutuhkan yaitu alat untuk ekstraksi dan degumming minyak biji karet hot hydraulic press, wadah, dan corong pemisah. Kemudian alat untuk
melangsungkan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi yaitu ultrasonic probe instrument
, labu leher tiga, pengaduk magnetik, termometer, dan hot plate. Alat- alat lainnya juga diperlukan untuk melakukan analisis bilangan asam, bilangan
iod, stabilitas oksidatif menggunakan Metrohm Rancimat Model 743, titik tuang, titik kabut, viskositas, dan densitas.
3.2. Metode Penelitian
Tahap penelitian dimulai dengan melakukan persiapan minyak biji karet, kemudian melakukn pemilihan katalis NaOH atau CaO yang paling tepat untuk
reaksi transesterifikasi, melakukan transesterifikasi minyak biji karet dan olein sawit dengan bantuan ultrasonic probe instrument, serta diakhiri dengan
melakukan penambahan metil ester sawit ke dalam biodiesel biji karet.
3.2.1. Penyiapan Minyak Biji Karet
Minyak biji karet diperoleh dengan melakukan ekstraksi dilanjutkan degumming
. Ekstraksi minyak dari dalam biji karet, dimulai dengan penjemuran biji karet menggunakan sinar matahari selama 1 minggu. Pengeringan merupakan
tahap yang sangat penting sebelum dilakukan ekstraksi minyak dari dalam biji karet yang bertujuan mengeluarkan air, sehingga mengurangi resiko terjadinya
reaksi hidrolisis minyak. Biji karet yang dipanen dari kebun karet di Desa Nanga Jetak, Kabupaten Sintang, Kalbar dikeringkan oleh petani selama 7 hari, dari
pukul 8 pagi hingga pukul 3 sore, dengan kondisi biji utuh kulit biji belum dikupas sebelum dikirim ke lokasi penelitian di Bogor. Setelah biji sampai di
tempat penelitian Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor, biji dikupas dan dijemur kembali selama 2 hari.
Biji karet kering yang telah dijemur kemudian dihancurkan menggunakan hammer mill.
Selanjutnya, hancuran biji karet dikempa menggunakan hot hydraulic press
bertekanan 20 toncm
2
pada suhu 70
o
C sehingga minyak dapat keluar dari biji. Minyak biji karet yang dihasilkan selanjutnya ditimbang, sehingga
diperoleh rendemen minyak kasar berdasarkan berat daging biji karet. Minyak biji karet hasil pengempaan kemudian dibersihkan dari gum.
Degumming minyak biji karet dilakukan dengan memanaskan minyak hingga
tercapai suhu 80
o
C. Setelah itu dilakukan penambahan larutan 30 asam fosfat H
3
PO
4
sebanyak 0,3 vb. Pemanasan terus dipertahankan pada suhu 80
o
C selama 15 menit, sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer. Selanjutnya
dilakukan dekantasi selama 24 jam menggunakan corong pemisah agar gum mengendap dan terpisah dari minyak.
Setelah 24 jam, dilakukan pemisahan gum dan pencucian dengan akudes bersuhu 60-70
o
C. Akuades akan turun dari bagian permukaan atas minyak sambil menyebar mengikat gum. Setelah itu didiamkan agar air dengan gum yang terikat
dapat turun dan terpisah dari minyak. Pencucian ini dilakukan beberapa kali sampai pH air cucian terakhir netral sama dengan pH akuades. Setelah itu
dilakukan sentrifugasi untuk memisahkan gum dan air yang masih terikat di dalam minyak. Minyak biji karet yang telah bersih kemudian dipanaskan di atas
hot plate pada suhu 105
o
C selama 20 menit sambil diaduk dengan magnetic stirrer
untuk menguapkan sisa-sisa air pencuci. Selanjutnya dilakukan analisis bilangan asam terhadap minyak biji karet yang telah di-degumming.
3.2.2. Transesterifikasi Olein Sawit Menggunakan Katalis NaOH dan Katalis Heterogen CaO
Sebelum dilakukan transesterifikasi dengan bantuan Ultrasonic Probe Instrument,
dilakukan penelitian pendahuluan untuk mengetahui katalis yang lebih tepat digunakan. Dua macam katalis yang dibandingkan adalah katalis
homogen NaOH, dan katalis heterogen CaO. CaO perlu dikalsinasi sebelum digunakan sebagai katalis. Proses kalsinasi
dilakukan menggunakan tanur, dengan faktor waktu kalsinasi selama 1 dan 2 jam, dan suhu tanur yang digunakan adalah sebesar 600
o
C, 700
o
C, 800
o
C, dan 900
o
C. Katalis CaO yang telah dikalsinasi kemudian didinginkan dan digunakan untuk
proses transesterifikasi metode konvensional menggunakan hot plate dan pengaduk magnetic stirrer, pada suhu 65
o
C pada olein sawit. Proses transesterifikasi katalis heterogen mengacu pada metode yang
dilakukan oleh Nazir 2011. Transesterifikasi tersebut dilakukan dengan cara melarutkan katalis CaO 2,5 berat minyak ke dalam metanol 28:1 dan
dilakukan pengadukan menggunakan magnetic stirrer panjang 50 mm selama 20 menit agar CaO larut sempurna, baru kemudian ditambahkan minyak goreng sawit
100 g dan suhu dinaikkan hingga tercapai suhu 65
o
C. Suhu tersebut dipertahankan selama proses reaksi 2,5 jam.
Biodiesel yang dihasilkan kemudian dipisahkan dari endapan katalis CaO menggunakan pompa vakum. Hal ini dilakukan dengan menambahkan kertas
saring di corong porselen, sehingga diharapkan yang jatuh ke dalam erlenmeyer hanya campuran biodiesel dan gliserol. Selanjutnya campuran tersebut
dipindahkan ke dalam corong pemisah, dan dilakukan dekantasi sehingga biodiesel terpisah dari gliserol.
Adapun proses transesterifikasi minyak sawit menggunakan katalis NaOH 0,5 berat minyak dilakukan dengan memanaskan minyak goreng sawit hingga
65
o
C, kemudian ditambahkan campuran larutan NaOH di dalam metanol rasio molar metanol : minyak 6:1. Setelah itu dipanaskan kembali hingga tercapai suhu
65
o
C, dan dipertahankan selama 1 jam. Hasil yang diperoleh setelah pemanasan tersebut berupa campuran biodiesel dan gliserol. Selanjutnya campuran tersebut
CaCO
3
Kalsinasi t = 1 2 jam,
T = 600, 700, 800, 900
o
C CaO
Transesterifikasi konvensional
olein sawit Biodiesel Sawit
Analisis rendemen biodiesel
Olein sawit Metanol
Olein sawit Metanol
NaOH Transesterifikasi
konvensional olein sawit
Biodiesel Sawit Analisis rendemen
biodiesel
dipindahkan ke dalam corong pemisah, dan dilakukan dekantasi 24 jam sehingga biodiesel terpisah dari gliserol.
Gambar 6
Transesterifikasi olein sawit menggunakan katalis CaO dan NaOH.
3.2.3. Transesterifikasi Olein Sawit Menggunakan Ultrasonic Probe Instrument
Berdasarkan hasil analisa kadar asam lemak bebas ALB yang terkandung di dalamnya, olein sawit mengandung ALB sebesar 0,08 sehingga dapat
langsung diproses menggunakan reaksi transesterifikasi. Reaksi tersebut dilangsungkan dengan bantuan Ultrasonic Probe Instrument merk Cole Palmer
daya 130 W, frekuensi 20 kHz selama 10, 20, dan 30 menit, pada faktor amplitudo 30, 35, dan 40.
Transesterifikasi ini dilakukan dengan memanaskan olein sawit menggunakan hot plate hingga suhu 45
o
C di dalam gelas piala ukuran 250 ml merk IWAKI Pyrex. Selanjutnya ditambahkan campuran larutan NaOH 0,5
berat minyak di dalam metanol rasio molar 6:1, dan dilakukan pengadukan 1 menit menggunakan magnetic stirrer agar metanol, minyak, dan NaOH menyebar.
Gelas piala berisi campuran ketiga bahan tersebut kemudian diangkat dari hot plate
, dan diletakkan di tempat datar. Selanjutnya probe ultrasonik dimasukkan ke
tengah – tengah larutan, alat ultrasonik diatur pada faktor waktu dan amplitudo
yang dikehendaki, lalu alat ultrasonik tersebut dijalankan. Setelah mencapai waktu yang ditetapkan, campuran biodiesel dan gliserol
yang dihasilkan dipindahkan ke corong pemisah, dan dilakukan dekantasi selama 24 jam. Biodiesel yang dihasilkan kemudian dicuci dengan akuades hangat
beberapa kali hingga pH air pencucian terakhir sama dengan pH akuades. Selanjutnya dilakukan pengeringan sisa-sisa metanol dan air cucian menggunakan
hotplate pada suhu 105
o
C selama 10 menit. Biodiesel sawit yang dihasilkan selanjutnya dianalisis rendemen dan bilangan asamnya.
Energi yang dihasilkan untuk setiap faktor perlakuan dihitung dengan rumus sebagai berikut :
� �
=
� �
.............................................. 1 E = P.t ............................................... 2
Dengan : P = Daya W
A = Amplitudo E = Energi W.det
t = waktu detik
Selain itu, dilakukan pula transesterifikasi olein sawit menggunakan metode konvensional sebagai bahan pembanding, pada suhu 65
o
C selama 1 jam dan suhu 45
o
C selama 30 menit di atas hot plate disertai pengadukan menggunakan magnetic stirrer.
Rasio katalis NaOH dan metanol yang digunakan pada metode konvensional persis sama seperti pada proses transesterifikasi ultrasonik.
Biodiesel sawit yang diperoleh kemudian dianalisis rendemennya.
3.2.4. Esterifikasi Minyak Biji Karet Menggunakan Ultrasonic Probe Instrument
Amplitudo terbaik yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi minyak goreng sawit menggunakan ultrasonik, digunakan pada proses esterifikasi minyak
biji karet. Waktu perlakuan esterifikasi ultrasonik ditetapkan pada 15 menit, 22,5 menit, dan 30 menit.
Reaksi esterifikasi minyak biji karet menggunakan bantuan ultrasonic probe instrument
dilakukan dengan memanaskan minyak biji karet menggunakan hot plate
hingga suhu 45
o
C di dalam gelas piala ukuran 250 ml merk IWAKI Pyrex. Selanjutnya ditambahkan campuran larutan HCl 1 berat minyak di dalam
metanol rasio 20 : 1 ALB, dan dilakukan pengadukan 1 menit menggunakan magnetic stirrer
agar metanol, minyak, dan HCl menyebar serta suhu meningkat kembali mencapai 45
o
C. Gelas piala berisi campuran ketiga bahan tersebut kemudian diangkat dari hot plate, dan diletakkan di tempat datar. Selanjutnya
probe ultrasonik dimasukkan ke tengah – tengah larutan, dan alat ultrasonik diatur
pada amplitudo serta waktu yang dikehendaki, lalu alat ultrasonik tersebut dijalankan.
Setelah mencapai waktu yang ditetapkan, campuran minyak, metanol, dan HCl dipindahkan ke corong pemisah, lalu dilakukan dekantasi selama 24 jam.
Selanjutnya dilakukan pemisahan minyak dari fase metanol, dan dilakukan analisis bilangan asam dari minyak biji karet yang dihasilkan.
Selain itu, dilakukan pula proses esterifikasi minyak biji karet menggunakan metode konvensional sebagai bahan pembanding. Proses konvensional tersebut
dilakukan menggunakan rasio katalis HCl dan rasio metanol yang sama seperti yang diterapkan pada proses esterifikasi menggunakan ultrasonik. Pertama kali,
minyak biji karet dipanaskan hingga 65
o
C, kemudian ditambahkan campuran larutan HCl di dalam metanol. Setelah itu campuran dipanaskan kembali hingga
tercapai suhu 65
o
C, dan dipertahankan selama 1 jam sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer
. Selanjutnya campuran dipindahkan ke dalam corong pemisah, dan dilakukan dekantasi 24 jam sehingga fase metanol terpisah dari minyak biji
karet. Minyak biji karet yang dihasilkan kemudian dianalisis bilangan asamnya.
3.2.5. Transesterifikasi Minyak Biji Karet Menggunakan Ultrasonic Probe Instrument
Minyak biji karet yang telah melewati tahap esterifikasi menggunakan ultrasonic probe instrument
maupun dengan metode konvensional selanjutnya di-
transesterifikasi menggunakan ultrasonic probe instrument suhu 45
o
C, selama 15 menit, pada amplitudo 40. Perlakuan ultrasonik tersebut dilakukan dengan
memanaskan minyak biji karet menggunakan hot plate hingga suhu 45
o
C di dalam gelas piala ukuran 250 ml merk IWAKI Pyrex. Selanjutnya ditambahkan
campuran larutan NaOH 0,5 berat minyak di dalam metanol rasio molar 6:1, dan dilakukan pengadukan 1 menit menggunakan magnetic stirrer agar metanol,
minyak, dan NaOH menyebar serta suhu meningkat kembali mencapai 45
o
C. Gelas piala berisi campuran ketiga bahan tersebut kemudian diangkat dari hot
plate , dan diletakkan di tempat datar. Selanjutnya dimasukkan probe ultrasonik ke
tengah – tengah larutan, alat ultrasonik diatur pada faktor waktu 15 menit, dan
pada amplitudo sebesar 40, lalu alat ultrasonik dijalankan. Campuran biodiesel dan gliserol yang dihasilkan didekantasi selama 24 jam
dalam corong pemisah. Biodiesel yang dihasilkan kemudian dicuci water washing
dan dilakukan pengeringan sisa metanol dan air cucian menggunakan hotplate
105
o
C, 10 menit.
Gambar 7
Pembuatan biodiesel karet dan biodiesel sawit dengan metode ultrasonik dan konvensional.
Minyak biji karet
Esterifikasi ultrasonik
Amplitudo 40, 15; 22,5; 30 menit
Esterifikasi konvensional
30 dan 60 menit
Analisis bilangan asam ALB
minyak biji karet Analisis bilangan
asam ALB minyak biji karet
Transesterifikasi ultrasonik
Amplitudo 40, 15 menit
Analisis rendemen, bilangan asam
ALB Analisis rendemen,
bilangan asam ALB
Biodiesel biji karet
Biodiesel biji karet
Transesterifikasi ultrasonik
Amplitudo 40, 15 menit
Olein sawit
Biodiesel sawit Transesterifikasi ultrasonik
Amplitudo = 30, 35, 40 t = 10, 20, 30 menit
Transesterifikasi konvensional
65
o
C 1jam Biodiesel sawit
Analisis rendemen
bilangan asam Analisis
rendemen bilangan asam
3.2.6. Aplikasi Metil Ester Sawit ke dalam Biodiesel Biji Karet
Metil ester sawit ditambahkan ke dalam biodiesel biji karet pada persentase metil ester sebesar 25, 50, dan 75. Metil ester sawit dan biodiesel biji karet
sebelum dilakukan pencampuran, serta biodiesel biji karet yang telah ditambahkan metil ester sawit, dianalisis karakteristiknya. Karakteristik yang dianalisis berupa
bilangan asam, titik tuang, titik kabut, stabilitas oksidatif, densitas suhu pengukuran 15
o
C dan 40
o
C, viskositas 40
o
C, dan bilangan iod.
3.3. Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan pada penelitian pendahuluan penggunaan katalis CaO dilakukan dalam rancangan acak lengkap dua faktor. Waktu kalsinasi faktor W
dilakukan dalam dua taraf W1 = 1 jam, dan W2 = 2 jam sedangkan suhu kalsinasi faktor S dilakukan dalam empat taraf S1 = 600
o
C, S2 = 700
o
C, S3 = 800
o
C, dan S4 = 900
o
C. Masing-masing taraf perlakuan akan diulang sebanyak dua kali, dan dimodelkan sebagai berikut :
Y
ijk
= µ + W
i
+ S
j
+ ε
ijk
i = 1,2 ; j = 1,2,3,4 ; dan k = 1,2 Dengan :
Y
ijk
= variabel respon rendemen biodiesel µ = rataan umum rendemen biodiesel
W
i
= pengaruh waktu kalsinasi ke-i S
j
= pengaruh suhu kalsinasi ke-j ε
ijk
= pengaruh acak galat perlakuan dari waktu kalsinasi ke-i, suhu kalsinasi ke-j, dan ulangan ke-k
Rancangan percobaan pada penelitian transesterifikasi olein sawit dengan bantuan ultrasonik adalah rancangan acak lengkap dua faktor. Faktor perlakuan
dilangsungkan pada kombinasi faktor amplitudo ultrasonik sebesar 30 A1, 35 A2, dan 40 A3 dan faktor waktu sebesar 10 menit B1, 20 menit B2,
dan 30 menit B3. Masing-masing taraf perlakuan diulang sebanyak dua kali, dan dimodelkan sebagai berikut :
Y
ijk
= µ + A
i
+ B
j
+ ε
ijk
i = 1,2,3 ; j = 1,2,3 ; dan k = 1,2
Dengan : Y
ijk
= variabel respon rendemen biodiesel dan nilai bilangan asam µ = rataan umum rendemen biodiesel dan nilai bilangan asam
A
i
= pengaruh amplitudo ke-i B
j
= pengaruh waktu ultrasonik ke-j ε
ijk
= pengaruh acak galat perlakuan dari amplitudo ke-i, waktu ultrasonik ke-j, dan ulangan ke-k
Rancangan percobaan pada penelitian esterifikasi minyak biji karet dengan bantuan ultrasonik adalah rancangan acak lengkap satu faktor. Faktor perlakuan
waktu dilangsungkan dalam tiga taraf 15 menit, 22,5 menit, dan 30 menit. Masing-masing taraf perlakuan diulang sebanyak dua kali, dan dimodelkan
sebagai berikut :
Y
ij
= µ + T
i
+ ε
ij
i = 1,2,3 dan j = 1,2 Dengan :
Y
ij
= variabel respon nilai bilangan asam µ = rataan umum bilangan asam
T
i
= pengaruh waktu ultrasonik ke-i ε
ij
= pengaruh acak galat perlakuan dari waktu ultrasonik ke-i dan ulangan ke-j
Rancangan percobaan pada proses pencampuran biodiesel merupakan rancangan acak lengkap satu perlakuan yaitu faktor rasio biodiesel minyak biji
karet terhadap biodiesel sawit, dan dilakukan dalam lima taraf rasio biodiesel sawit : biodiesel biji karet R1 = 0:100, R2 = 25:75, R3=50:50, R4 = 75:25, dan
R5 = 100:0. Setiap taraf akan diulang sebanyak dua kali. Pengaruh rasio campuran biodiesel terhadap karakteristik biodiesel yang dihasilkan dimodelkan
sebagai berikut :
Y
ij
= µ + R
i
+ ε
ij
i = 1,2,3 dan j = 1,2
Dengan : Y
ij
= variabel respon karakteristik biodiesel hasil pencampuran µ = rataan umum karakteristik biodiesel sawit hasil pencampuran
R
i
= pengaruh rasio biodiesel sawit terhadap biodiesel minyak biji karet ke-i ε
ij
= pengaruh acak galat perlakuan dari rasio biodiesel sawit terhadap biodiesel minyak biji karet ke-i dan ulangan ke-j
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Penyiapan Minyak Biji Karet