Design of Esterification Reaction Using Activated of Natural Zeolit to Produced Biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) by Means of Esterification Transesterification of Method

x 
 

DESAIN ESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS
ZEOLIT PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL
DARI CRUDE PALM OIL (CPO) MELALUI METODE DUA
TAHAP ESTERIFIKASI-TRANSESTERIFIKASI

RAHMIYATI KASIM

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2010

 

x 
 

PERNYATAAN MENGENAI TESIS

DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Desain Esterifikasi
menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm
Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi adalah karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak tidak diterbitkan dari penulis
lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir tesis ini.

Bogor, Juni 2010
Rahmiyati Kasim
NIM F35070021

 

xi 
 

ABSTRACT
RAHMIYATI KASIM. Design of Esterification Reaction Using Activated of
Natural Zeolit to Produced Biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) by Means of
Esterification-Transesterification
of
Method.
Under
direction
DWI
SETYANINGSIH and HERY HAERUDIN.

Oils with high amount of free fatty acid (FFA) such as crude palm oil are
becoming one of the promosing alternatives to produce biodiesel;due,
principipally, to it low cost. However, because of the presence of FFA, the
conventional basic homogenous catalyst should not be the used with the aim to
avoid the production of soaps. The use of activated of natural zeolit to perform the
esterification reaction into biodiesel is studied in this work. Optimization of
reaction condition such as molar ratio of alcohol to oil, reaction temperature and
catalyst loading was performed to minimize FFA using response surface
methodology (RSM). The RSM suggested that a catalyst of loading 1.59 %;

molar ratio of alcohol to oil 23.41:1 and time of reaction 170 minutes were
optimum for minimizing FFA. The esterification of FFA using this heterogeneous
catalyst appears as a great alternative to esterify oils with high amount of FFA; in
this case, the final conversion of FFA achieved was around 64.23 %.
Keywords : Esterification, Zeolites, Biodiesel

 

xii 
 

RINGKASAN
RAHMIYATI KASIM. Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada
Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua
Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi. Dibimbing oleh DWI SETYANINGSIH dan
HERY HAERUDIN.
Minyak sawit dalam bentuk crude palm oil (CPO) merupakan salah satu
bahan baku biodiesel yang memiliki potensi besar di Indonesia. Penggunaan jenis
bahan baku ini pada proses pembuatan biodiesel melalui transesterifikasi
menggunakan katalis alkali seperti KOH dan NaOH menyebabkan terbentuknya

sabun yang akan mengkonsumsi katalis seperti bahan baku serta menyebabkan
kesulitan dalam proses pemisahan dan pemurnian biodiesel. Untuk mengatasi hal
ini, proses produksi biodesel secara dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi) dapat
dijadikan sebagai teknologi alternatif. Teknologi ini diawali dengan pretreatment
bahan baku melalui proses esterifikasi kemudian dilanjutkan dengan reaksi
transesterifikasi untuk memperoleh biodiesel dari CPO. Pada penelitian ini
digunakan zeolit alam sebagai katalis heterogen asam pada reaksi esterifikasi
karena harganya relatif murah dan berlimpah, memiliki sifat kimia dan fisika yang
bervariasi serta tidak beracun sehingga lebih ramah lingkungan. Penelitian ini
bertujuan untuk memperoleh desain reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit
teraktivasi pada proses pembuatan biodiesel dari crude palm oil (CPO) melalui
teknologi transesterifikasi dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi).
Aktivasi zeolit alam dilakukan dengan metode asam yang dilakukan pada
suhu ruang dan suhu 100oC dengan waktu yang berbeda. Seleksi jenis zeolit alam
teraktivasi yang efektif dalam reaksi esterifikasi campuran minyak goreng dan
asam oleat dianalisis menggunakan rancangan acak lengkap (RAL). Optimasi
kondisi reaksi esterifikasi dilakukan menggunakan metode permukaan respon
(respon surface method) dengan tiga variabel yang terdiri dari konsentrasi katalis
zeolit, rasio molar metanol dan minyak serta waktu reaksi.
Aktivasi zeolit menyebabkan penurunan komposisi aluminium (Al) pada

semua sampel zeolit yang diaktivasi dengan asam dan kombinasinya dari 1.91 %
menurun menjadi 0.17–0.38 %. Penurunan komposisi Al dalam zeolit
(dealuminasi) menyebabkan terjadinya peningkatan rasio Si/Al pada semua
sampel zeolit alam yang teraktivasi asam mempunyai rasio Si/Al yang tinggi yaitu
antara 14.27 sampai 33.81. Jumlah asam dari semua sampel perlakuan zeolit
teraktivasi berkisar 0.92–4 mmol/g.
Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa jenis aktivasi zeolit sebagai
katalis pada reaksi esterifikasi mempengaruhi konversi FFA dari campuran
minyak dan asam oleat. Reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam
teraktivasi menghasilkan konversi asam lemak bebas (FFA) yang lebih tinggi
dibandingkan menggunakan katalis zeolit alam tidak teraktivasi. Jenis katalis
zeolit alam teraktivasi menghasilkan konversi FFA sekitar 49.19–62.94 %. Hasil
uji lanjut Duncan diperoleh sampel zeolit yang diaktivasi dengan 1 M HCl dan
15 % H2SO4 yang diaktivasi pada suhu ruang adalah jenis zeolit yang terbaik
sebagai katalis pada proses esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat
dengan konversi FFA tertinggi yaitu sebesar 62.94 %.

 

xiii 

 

Uji signifikansi model diperoleh bahwa model linear dan kuadratik adalah
signifikan pada α = 5 %. persamaan kuadratik yang dipilih sebagai model
persamaan pada penelitian ini. Hasil analisis ragam diperoleh bahwa bentuk linear
rasio molar metanol, bentuk kuadrat konsentrasi katalis zeolit serta interaksi
antara rasio molar metanol dan waktu reaksi mempengaruhi penurunan asam
lemak bebas (FFA).
Hasil analisis metode permukaan respon (RSM) menggunakan program
Minitab 16 diperoleh solusi
umum
(global solution)
dengan
nilai
desirability(D) = 1 yang menyarankan bahwa untuk memperoleh asam lemak
bebas (FFA) minimal sebesar 1.21 % maka kondisi reaksi esterifikasi dilakukan
pada konsentrasi katalis zeolit sebesar 1.59 % dengan rasio molar metanol dan
crude palm oil (CPO) 23.41 : 1 selama 170 menit (2 jam 50 menit).
Hasil perbandingan konversi FFA dari 3 jenis katalis diperoleh bahwa
katalis homogen asam sulfat (H2SO4) menghasilkan konversi FFA yang tertinggi

sebesar 70.32 % dibandingkan jenis katalis heterogen zeolit alam dan zeolit
sintetik yang memperoleh konversi FFA berturut-turut sebesar 64,.23 % dan
65.10 %.
Karakteritik biodiesel hasil penelitian memiliki bilangan asam sebesar
0.22 mg/KOH/g, kadar ester 99.27 %, kadar gliserol total 0.29 %-b, kadar gliserol
bebas 0.01 %-b dan viskositas kinematik pada 40oC sebesar 5.85 mm2/s (cSt).
Karakteristik biodiesel tersebut telah memenuhi Standar Mutu Biodiesel
Indonesia (SNI 04-7182-2006) kecuali kadar gliserol total yang masih tinggi.
Rendemen biodiesel yang diperoleh dari reaksi dua tahap transesterifikasiesterifikasi menghasilkan rendemen sebesar 71.97 %.

Kata kunci : Esterifikasi, Zeolit, Biodiesel

 

xiv 
 

@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah ; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

 

xv 
 

DESAIN ESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS
ZEOLIT PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL
DARI CRUDE PALM OIL (CPO) MELALUI METODE DUA
TAHAP ESTERIFIKASI-TRANSESTERIFIKASI

RAHMIYATI KASIM

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2010

 

xvi 
 

Judul Tesis

Nama
NIM

: Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses

Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui
Metode Dua Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi
: Rahmiyati Kasim
: F351070021

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si
Ketua

Dr. rer. nat. Hery Haerudin
Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Ir. Machfud, M.S.

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.

Tanggal Ujian : 30 Juni 2010

Tanggal Lulus :

 

xvii 
 

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ika Amalia, S.TP, M.T.

 

xviii 
 

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala limpahan
rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis dapat diselesaikan. Tesis ini berjudul
Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel
dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap EsterifikasiTransesterifikasi.
Selama pelaksanaan penelitian dan penyelesaian penulisan tesis ini penulis
mendapat bantuan dari berbagai pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada para personalia di bawah ini :
1. Dr. Ir. Dwi Setyaningsih M.Si., selaku ketua komisi pembimbing atas
bimbingan, saran dan kritik yang diberikan selama penyelesaian tesis ini.
2. Dr. rer. nat. Hery Haerudin, selaku anggota komisi pembimbing atas
bimbingan, saran dan kritik yang diberikan selama penyelesaian tesis ini.
3. Orang tua dan suamiku tercinta Suroyo Mbuinga atas semua bantuan materi
maupun spiritual, doa, kasih sayang dan nasehat yang diberikan.
4. Teman-teman di SBRC, TIP Angkatan 2007 dan 2008, RMGB (Ririungan
Mahasiswa Gorontalo di Bogor) atas segala bantuannya selama ini.
5. Bu ega, Bu Nur dan Pak gun atas bantuan dan kerjasamanya selama ini
6. Keluarga besar Kasim–Ali dan Keluarga besar Mbuinga–Pomanto atas segala
doa, kasih sayang dan dorongannya selama ini.
Semoga tesis ini bermanfaat bagi seluruh civitas akademika Institut
Pertanian Bogor khususnya dan masyarakat pada umumnya

Bogor,

Juni 2010

Rahmiyati Kasim

 

xix 
 

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Gorontalo pada tanggal 26 Oktober 1978 sebagai
anak tunggal pasangan Wahab Kasim dan Saripah Noho.
Pendidikan Sarjana ditempuh di Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas
Pertanian, Universitas Sam Ratulangi, lulus pada tahun 2002. Saat ini penulis
bekerja sebagai staf dosen di Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Negeri Gorontalo sejak tahun 2005. Kesempatan melanjutkan ke
Program Pascasarjana (S2) pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
pada tahun 2007. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari BPPS.

 

x 
 

DAFTAR ISI

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

x

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

xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiv
PENDAHULUAN
Latar Belakang
...................................................................................
Perumusan Masalah .............................................................................
Tujuan Penelitian .................................................................................
Ruang Lingkup ......................................................................................

1
5
5
6

TINJAUAN PUSTAKA
Crude Palm Oil (CPO) .........................................................................
Biodiesel ...............................................................................................
Transesterifikasi…………………. ........................................................
Esterifikasi ………………………. ........................................................
Struktur dan Karakteristik Zeolit ..........................................................
Zeolit Sebagai Katalis ............................................................................

7
9
11
13
16
17

METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................................
Bahan dan Alat.......................................................... ..............................
Disain Penelitian..... ..................................................................................
Metode Penelitian...... ...............................................................................
Parameter yang Diukur..................................................... ........................
Rancangan Percobaan..... ..........................................................................

21
21
22
23
28
29

HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Zeolit ...................................................................................
Pengaruh Katalis Zeolit terhadap Konversi FFA pada Reaksi
Esterifikasi..... ...........................................................................................

38

Optimasi Kondisi Reaksi Esterifikasi Crude Palm Oil (CPO)
menggunakan Katalis Zeolit Teraktivasi..... .............................................

44

Prediksi Kondisi Optimal Reaksi Esterifikasi untuk Mendapatkan
Penurunan Asam Lemak Bebas dan Validasi Data ...... ............................

51

Perbandingan Katalis Zeolit Alam, Zeolit Sintetik dan Asam Sulfat
(H2SO4) pada Reaksi Esterifikasi Crude palm Oil
(CPO)..................................................... ...................................................
Reaksi Transesterifikasi dan Karakteristik Biodiesel..... ..........................

52
53

32

x 
 

xi 
 

Perbandingan Desain Esterifikasi Katalis Zeolit AlamTeraktivasi
dan Katalis Asam..................................................... .................................

56

KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................................

59

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

61

LAMPIRAN ..........................................................................................................

67

xi 
 

xii 
 

DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi asam lemak CPO (crude palm oil) dan PKO ...................................

8

2 Karakteristik fisiko kimia CPO (crude palm oil) ...............................................

8

3 Jenis katalis heterogen dan kondisi reaksi yang digunakan
pada proses esterifikasi ...................................................................................

15

4 Sifat fisik beberapa zeolit alam................... ..................................................... . 17
5 Perlakuan dan kode perlakuan.................................. .......................................

25

6 Rancangan percobaan proses esterifikasi crude palm oil (CPO)
dengan respon FFA akibat pengaruh konsentrasi katalis zeolit,
rasio molar antara metanol dan CPO serta waktu reaksi. ................................

26

7 Komposisi Si, Al, rasio Si/Al dan jumlah asam dari zeolit alam sebelum dan
dan sesudah aktivasi dengan berbagai perlakuan............................................. . 33
8 Puncak vibrasi FTIR dari zeolit alam sebelum dan sesudah aktivasi.................. 37
9 Nilai estimasi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis
zeolit................................ ................................................................................

46

10 Konversi FFA hasil esterfikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi,
katalis zeolit sintetik dan katalis H2SO4.......................................................... . 52
11 Karakteristik biodiesel hasil penelitian................... ........................................ . 54

 

xiii 
 

DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Produksi CPO di Indonesia Tahun 2002 - 2007 ...............................................

9

2 Stoikiometri reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol................ .... 11
3 Tahapan reaksi proses transesterifikasi dari trigliserida dengan metanol ..... ... 12
4 Reaksi esterifikasi asam lemak ..................................................................... ... 14
5 Sisi asam Broensted dan Lewis........................................................................ 19
6 Diagram alir disain penelitian................................. ......................................... 22
7 Pertukaran ion antara proton H dengan kation natrium .. ................................. 36
8 Konversi FFA hasil esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat
menggunakan zeolit alam teraktivasi dan tidak teraktivasi................................. 39
9 Tahap-tahap reaksi katalis heterogen................................. .............................. 42
10 Mekanisme reaksi esterifikasi dengan menggunakan katalis asam ................. 43
11 Respon permukaan dari konsentrasi katalis (C) dan rasio molar antara metanol
dan CPO (M) sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi
CPO................................. ................................................................................. 47
12 Kontur respon dari konsentrasi katalis (C) dan rasio molar antara metanol dan
CPO (M) sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO......... .... 47
13 Respon permukaan dari rasio molar CPO dan metanol (M) dan waktu reaksi
sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO ................................49
14 Kontur respon rasio molar CPO dan metanol (M) dan waktu reaksi sebagai
fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO ................................ ......... 50
15 Desain esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi ..................... 56
16 Desain esterifikasi menggunakan katalis asam ................................................ 56

xiii 
 

xiv 
 

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Pengujian karakteristik zeolit ............................................................................. 68
2 Penentuan bilangan asam dan FFA minyak serta karakteristik awal
minyak goreng ................................................................................................... 69
3 Prosedur pengujian karakteristik biodiesel ......................................................

70

4 Spektrum FTIR dari zeolit alam................... ................................................... . 75
5 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat pada suhu
ruang.................................. ...............................................................................

76

6 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida
pada suhu ruang.................................. .............................................................

77

7 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida dan asam sulfat
pada suhu ruang.................................. ..............................................................

78

8 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida
dan amonium klorida pada suhu ruang.................................. ..........................

79

9 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi 15 % asam sulfat pada suhu
100oC.................................. ..............................................................................

80

10 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat pada suhu
100oC.................................. ..............................................................................

81

11 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida pada suhu
100oC.................................. ..............................................................................

82

12 Hasil pengukuran keasaman zeolit...................................................................

83

13 Komposisi Si dan Al zeolit................... ........................................................... . 84
14 Perhitungan rasio Si/Al................... ................................................................. . 85
15 Perhitungan bilangan asam dan FFA dari bahan baku esterifikasi................... . 87
16 Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi
campuran minyak sawit murni dan asam oleat menggunakan katalis
zeolit................... ............................................................................................. . 88
17 Analisis ragam pengaruh jenis aktivasi zeolit pada reaksi esterifikasi
campuran minyak sawit murni dan asam oleat................... ............................ . 90
18 Rancangan percobaan dengan respon bilangan asam akibat pengaruh
konsentrasi katalis, konsentrasi metanol dan waktu reaksi................... .......... . 91
19 Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi CPO terhadap Kandungan
FFA menggunakan RSM................... .............................................................

92

20 Hasil perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA pada hasil validasi
kondisi optimal reaksi esterifikasi................... ............................................... . 96

xiv 
 

xv 
 

21 Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi CPO
menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi, zeolit sintetik dan asam
sulfat................... ............................................................................................. . 97

xv 
 

2 
 

PENDAHULUAN
Latar Belakang

Permasalahan energi yang dihadapi Indonesia sekarang ini adalah
kebutuhan energi nasional yang besar dan meningkat setiap tahun sementara
cadangan dan produksi bahan bakar minyak (BBM) semakin terbatas, sehingga
sejak beberapa tahun terakhir Indonesia telah berubah dari eksportir menjadi net
importer minyak mentah (Idris 2006). ESDM (2008) melaporkan bahwa total
cadangan minyak mentah Indonesia baik yang tersedia maupun yang potensial
menurun sekitar 14.47 % dari 9.61 milyar barel menjadi 8.22 milyar barel pada
tahun 2008. Cadangan minyak mentah yang tersedia sebesar 3.75 milyar barel
pada tahun 2008 atau mengalami penurunan sebesar 26.81 % sejak tahun 2000.
Oleh karena itu untuk memenuhi konsumsi energi dalam negeri, pemerintah
mengimpor minyak mentah sekitar 38 % dari total produksi dan mengalami
peningkatan sejak tahun 2006. Konsumsi energi didominasi oleh bahan bakar
minyak bumi sekitar 52.2 % dari total konsumsi energi di Indonesia.
Dalam rangka menjamin pasokan energi dalam negeri, pemerintah telah
menerbitkan Peraturan Pemerintah No.5 tahun 2006 mengenai kebijakan energi
nasional sebagai pedoman dalam pengelolaan energi nasional. Untuk percepatan
penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati (biofuel), maka pemerintah
mengeluarkan Instruksi Presiden No. 1 Tahun 2006. Selain itu pemerintah juga
menetapkan mandatori bahan bakar nabati dalam Peraturan Menteri Energi dan
Sumber Daya Mineral (Permen ESDM) No. 32 tahun 2008 tentang penyediaan,
pemanfaatan dan tata niaga bahan bakar nabati (Biofuel) sebagai bahan bakar lain.
Permasalahan krisis energi yang dialami Indonesia dan didukung dengan
kebijakan energi nasional membuka peluang yang besar untuk pengembangan
biodiesel di Indonesia sebagai sumber energi alternatif. Biodiesel merupakan
bahan bakar subtitusi solar/diesel yang diproduksi melalui transesterifikasi
minyak nabati seperti minyak sawit, minyak jarak, minyak kelapa dan lain-lain.
Salah satu bahan baku biodiesel yang memiliki potensi besar di Indonesia adalah
minyak sawit dalam bentuk crude palm oil (CPO). Produksi CPO di Indonesia

 

3 
 

tahun 2008 mencapai 18.1 juta ton (Deptan 2010). Anonim (2010) menargetkan
produksi CPO Indonesia tahun 2010 sebesar 22 juta ton. Selain itu ekspor CPO
ditargetkan mencapai 17 juta ton dan sisanya untuk konsumsi didalam negeri.
Biodiesel menurut ASTM didefinisikan sebagai ester mono alkil rantai
asam lemak yang berasal dari minyak nabati atau lemak hewan. Keuntungan
yang diperoleh dengan menggunakan biodiesel dibandingkan bahan bakar diesel
adalah dapat diperbaharui (renewable), mudah terurai (biodegradable), ramah
lingkungan, tidak toksik, menghasilkan emisi karbon yang rendah karena
pembakaran (combustion) yang lebih baik, menghasilkan emisi yang tidak
mengandung sulfur dan polutan lain karena pengaruh adanya proses pelumasan
mesin yang lebih baik (Marchetti et al. 2007; Marchetti & Errazu 2008b). Selain
itu menurut Macleod et al. (2008), diacu dalam Sathyaselvabala et al. (2010),
biodiesel dapat menurunkan emisi gas rumah kaca sampai 45 %.
Biodiesel pada umumnya diproduksi melalui reaksi transesterifikasi
trigliserida dari minyak nabati menggunakan metanol dan katalis alkali seperti
KOH dan NaOH. Jenis katalis alkali ini sangat sensitif terhadap kandungan asam
lemak bebas dan kadar air dalam minyak dan metanol. Oleh sebab itu pada reaksi
transesterifikasi harus digunakan bahan baku minyak nabati murni yang
mengandung asam lemak bebas (FFA) yang rendah. Gerpen et al. (2004)
menyarankan bahwa jumlah maksimum kandungan asam lemak bebas (FFA)
minyak nabati

yang dapat ditoleransi oleh katalis basa pada reaksi

transesterifikasi adalah kurang dari 2 % dan lebih disukai kurang dari 1 %.
Penggunaan minyak nabat murni pada proses produksi biodiesel menyebabkan
meningkatnya biaya produksi biodiesel karena untuk menghasilkan minyak nabati
murni membutuhkan biaya yang mahal (Yan et al. 2009). Menurut
Haas et al. (2006), diacu dalam Yan et al. (2009), biaya untuk pengadaan bahan
baku minyak murni mencapai 88% dari biaya produksi biodiesel.
Bahan baku alternatif yang dapat digunakan untuk mensubtitusi minyak
nabati murni adalah minyak nabati kasar (crude vegetable oil) seperti crude palm
oil (CPO), minyak jarak kasar (CJO), minyak jelantah dan lain-lain. Jenis bahan
baku seperti crude palm oil (CPO) mengandung jumlah asam lemak bebas (FFA)
yang tinggi. Penggunaan jenis bahan baku ini pada proses pembuatan biodiesel

 

4 
 

melalui transesterifikasi menggunakan katalis alkali menimbulkan permasalahan.
Kandungan asam lemak bebas (FFA) bahan baku diatas 0.5 % pada reaksi
transesterifikasi

menggunakan

katalis

alkali

seperti

KOH

dan

NaOH

menyebabkan terbentuknya sabun yang akan mengkonsumsi katalis seperti bahan
baku. Pembentukan sabun pada proses produksi biodiesel menyebabkan kesulitan
dalam proses pemisahan dan pemurnian biodiesel (Marchetti et al. 2007;
Marchetti & Errazu 2008a; Carmo Jr et al. 2009; Chung dan Park 2009;
Sathyaselvabala et al. 2010). Untuk mengatasi hal ini, proses produksi biodesel
secara dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi) dapat dijadikan sebagai teknologi
alternatif. Teknologi ini diawali dengan pretreatment bahan baku melalui proses
esterifikasi yang bertujuan untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dalam
bahan baku minyak dan mengubah asam lemak bebas (FFA) menjadi ester. Tahap
berikutnya yaitu reaksi transesterifikasi dengan katalis homogen basa untuk
menghasilkan metil ester (biodiesel).
Reaksi esterifikasi pada proses pembuatan biodiesel secara dua tahap
(esterifikasi dan transesterifikasi) dapat meningkatkan produksi biodiesel dan
mempengaruhi karakteristik biodiesel (Marchetti et al. 2007). Umumnya reaksi
esterifikasi menggunakan katalis asam homogen seperti asam sulfat (H2SO4) dan
asam klorida (HCl). Jenis katalis homogen asam ini bersifat toksik sehingga
menjadi masalah lingkungan, bersifat korosif, mengkontaminasi produk akhir
biodiesel serta sulit dilakukan proses pemisahan. Katalis heterogen asam
mempunyai potensi untuk menggantikan peran katalis homogen asam tersebut
pada reaksi esterifikasi (Marchetti & Errazu 2008a; Carmo Jr et al. 2009;
Sathyaselvabala et al. 2010). Menurut Yan et al. (2009), bahwa katalis heterogen
lebih toleran terhadap kandungan asam lemak bebas (FFA) dan kadar air yang
tinggi dalam minyak. Keuntungan lain pengunaan katalis heterogen ini yaitu
mudah dilakukan pemisahan, tidak bersifat toksik serta dapat didaur ulang
(Park et al. 2010).
Katalis heterogen asam mempunyai potensi yang cukup besar untuk
menggantikan katalis homogen asam karena memiliki sifat–sifat seperti
mempunyai sistem pori yang saling berhubungan satu sama lain, sisi asam kuat
yang cukup dan permukaan yang hidrofobik (Sathyaselvabala et al. 2010). Salah

 

5 
 

satu jenis katalis heterogen asam yang dapat digunakan dalam proses produksi
biodiesel adalah zeolit. Zeolit merupakan padatan kristal mikroporous dengan
struktur yang baik yang mengandung silika, aluminium dan oksigen

yang

terdapat pada kerangka zeolit dan kation–kation. Zeolit sebagai katalis disebabkan
karena zeolit menunjukkan aktivitas asam yang cukup besar dan terutama karena
sifat selektifitasnya (shape selective) (Chung dan Park 2009).
Zeolit dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu zeolit alam
dan zeolit sintetik. Zeolit alam yaitu zeolit yang diperoleh dari endapan di alam,
sedangkan zeolit sintetik adalah zeolit yang direkayasa dari bahan berkemurnian
tinggi dan mempunyai karakteristik tertentu (Csicsery 1986). Penelitian ini
menggunakan zeolit alam sebagai katalis pada reaksi esterifikasi karena harganya
relatif murah dan berlimpah, memiliki sifat kimia dan fisika yang bervariasi serta
tidak beracun sehingga lebih ramah lingkungan (Handoko 2002). Zeolit alam pada
umumnya memiliki aktifitas katalitik rendah sehingga perlu diaktivasi sebelum
digunakan (Handoko 2002). Aktivasi zeolit dapat dilakukan dengan cara
pemanasan, penambahan asam atau basa. Jenis aktivasi zeolit yang digunakan
pada penelitian ini adalah dengan metode pengasaman.
Penelitian sebelumnya tentang penggunaan zeolit sebagai katalis pada
proses pembuatan biodiesel telah banyak dilakukan antara lain penelitian yang
dilakukan oleh Chung et al. (2008) dan Marchetti dan Errazu (2008a).
Chung et al. (2008) menggunakan zeolit jenis ZSM-5 (MFI) dan modernit (MOR)
sebagai katalis pada reaksi esterifikasi campuran minyak jelantah dan

10

% (v/v) asam oleat yang menghasilkan konversi asam lemak bebas (FFA) sebesar
60.6–80.6 % untuk katalis ZSM-5 (MFI) dan 76.5–80.9 % untuk katalis modernit
(MOR). Hasil penelitian yang dilakukan oleh Marchetti dan Errazu (2008a)
diperoleh konversi asam lemak bebas (FFA) dibawah 30 % menggunakan jenis
katalis sintetik NaY dan USY pada reaksi esterifikasi asam oleat.
Penelitian ini menggunakan zeolit teraktivasi dengan asam dan
kombinasinya sebagai katalis dalam proses esterifikasi pada proses pembuatan
biodiesel secara dua tahap (esterifikasi–transesterifikasi). Selain itu akan
dilakukan optimasi kondisi reaksi esterifikasi meliputi konsentrasi katalis zeolit,
rasio molar antara crude palm oil (CPO) dan metanol serta lama proses. Sebagai

 

6 
 

pembanding pada penelitian ini dilakukan proses konversi biodiesel menggunakan
katalis zeolit sintetik komersil dan katalis homogen asam asam sulfat (H2SO4).
Karakteristik biodiesel yang dihasilkan dari penelitian ini juga dianalisa.

Perumusan Masalah

Dari uraian latar belakang dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1. Peningkatan kemampuan katalis zeolit alam yang teraktivasi dan pemilihan
jenis aktivasi dengan berbagai metode perlakuan asam pada reaksi esterifikasi
dalam proses produksi biodiesel.
2. Penentuan kondisi optimal reaksi esterifikasi asam oleat dalam minyak sawit
murni menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi asam terpilih.
3. Perbandingan aktivitas katalitik zeolit alam teraktivasi asam, katalis zeolit
sintetik komersil dan katalis homogen asam (H2SO4) pada reaksi esterifikasi
crude palm oil (CPO).

Tujuan Penelitian

Kegiatan penelitian ini bertujuan untuk memperoleh desain reaksi esterifikasi
menggunakan katalis zeolit teraktivasi pada proses pembuatan biodiesel dari
crude palm oil (CPO). Konversi CPO menjadi biodiesel dilakukan melalui
teknologi transesterifikasi dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi). Adapun tujuan
khusus dari penelitian ini meliputi :
1. Mendapatkan informasi mengenai karakteristik jenis zeolit sebelum dan
sesudah aktifasi dengan berbagai jenis asam.
2. Memperoleh jenis zeolit teraktivasi yang efektif sebagai katalis pada reaksi
esterifikasi dari campuran minyak goreng dan asam oleat (1:1).
3. Mendapatkan konsentrasi katalis zeolit, rasio molar antara minyak dan
metanol serta waktu reaksi yang optimal pada reaksi esterifikasi menggunakan
jenis katalis zeolit yang terpilih.
4. Membandingkan aktifitas katalis zeolit alam teraktivasi dengan katalis zeolit
sintetik dan katalis homogen (H2SO4) pada proses produksi biodiesel.

 

7 
 

5. Mendapatkan informasi mengenai karakteristik biodiesel yang dihasilkan pada
kondisi optimal proses produksinya.

Ruang Lingkup
Untuk mendapatkan hasil yang jelas dan terarah, maka ruang lingkup pada
penelitian ini meliputi :
1. Preparasi zeolit alam jenis Bayah (campuran klinoptilolit dan modernit) yang
meliputi karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi, proses aktivasi dan
karakterisasi zeolit alam sesudah aktivasi. Teknik aktivasi zeolit alam
dilakukan dengan penambahan asam yaitu asam sulfat (H2SO4), asam klorida
(HCl) dan kombinasinya pada suhu aktivasi yang berbeda.
2. Pemilihan jenis zeolit alam teraktivasi yang efektif sebagai katalis pada reaksi
esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat (1:1) berdasarkan
konversi asam lemak bebas (FFA) yang tertinggi.
3. Optimasi dan validasi kondisi reaksi esterifikasi dengan variasi konsentrasi
katalis zeolit alam teraktivasi, rasio molar antara minyak dan metanol, serta
waktu reaksi untuk menentukan penurunan kadar asam lemak bebas (FFA)
yang optimal menggunakan teknik optimasi response surface method (RSM)
dan central composite design (CCD).
4. Perbandingan aktivitas katalitik zeolit teraktivasi yang terpilih dengan katalis
zeolit sintetik serta katalis homogen asam sulfat (H2SO4) pada reaksi
esterifikasi berdasarkan konversi asam lemak bebas (FFA).
5. Karakterisasi biodiesel yang dihasilkan pada kondisi optimal proses
produksinya dengan menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi.

 

8 
 

TINJAUAN PUSTAKA

Crude Palm Oil (CPO)
Minyak sawit merupakan salah satu sumber minyak yang penting dalam
perdagangan dunia dan selama ini penggunaannya tumbuh dengan cepat (Lawson
1995). Secara garis besar, buah kelapa sawit menghasilkan dua jenis minyak yaitu
minyak inti sawit atau palm kernel oil (PKO) yang diperoleh dari bagian inti
(kernel) sawit dan minyak sawit atau crude palm oil (CPO) yang diperoleh dari
bagian pulp yang mengandung 50 % minyak (Formo et al. 1979).
Produk-produk turunan minyak sawit yang dapat digunakan sebagai bahan
baku biodiesel diantaranya adalah CPO, CPO low grade (kandungan FFA tinggi),
palm fatty acid distillate (PFAD) dan refined, bleached, and deodorized (RBD)
olein. Sebelum diolah menjadi biodiesel, CPO membutuhkan proses pemurnian
(degumming). Degumming bertujuan untuk menghilangkan senyawa-senyawa
pengotor yang terdapat dalam minyak seperti gum dan fosfatida (Hambali et al.
2008).
CPO merupakan hasil olahan daging buah kelapa sawit (bagian mesokarp)
melalui proses sterilisasi tandan buah segar (TBS), perontokan, pengepresan dan
penyaringan (Far & Farr 2000). Minyak ini merupakan produk tingkat pertama
yang dapat memberikan nilai tambah sekitar 30 % dari nilai tandan buah segar.
CPO berupa minyak yang agak kental berwarna kuning jingga kemerah-merahan.
CPO mengandung asam lemak bebas (FFA) 5 % dan mengandung banyak karoten
(500–700 ppm) (Weiss 1983).
Minyak CPO dan PKO memiliki perbedaan baik dalam komposisi asam
lemak yang terkandung maupun sifat fisiko-kimianya. Komponen asam lemak
terbesar penyusun CPO adalah asam palmitat sedangkan PKO mengandung paling
banyak asam laurat (Formo et al. 1979). Komposisi asam lemak CPO dan PKO
dapat dilihat pada Tabel 1 dan Karakteristik fisiko kimia CPO dapat dilihat pada
Tabel 2.

 

9 
 

Tabel 1 Komposisi
asam lemak CPO (crude palm oil) dan PKO
(palm kernel oil)*
Asam lemak
Asam Kaprilat
Asam Kaproat
Asam Laurat
Asam Miristat
Asam Palmitat
Asam Stearat
Asam Palmitoleat
Asam Oleat
Asam Linoleat

CPO
0.2
1.1
44.0
4.5
39.2
10.1

Jumlah (%)
PKO
47–53
15–19
8–11
1–3
12–19
2–4

*Hui (1996)

Tabel 2 Karakteristik fisiko kimia CPO*
Sifat Fisiko Kimia
Bilangan penyabunan (mg KOH/g minyak)
Bahan tak tersabunkan (%)
Bilangan iod (wijs)
Titik leleh (ºC)
Digliserida (%)
Indeks refraksi pada suhu 50ºC
Densitas pada suhu 50ºC
Kadar α dan β-carotene (ppm)
Kadar tokoferol dan tokotrienol (ppm)
*

Nilai
190.1–201.7
0.15–0.99
50.6–55.1
30.8–37.6
2–4
1.455–1.456
0.888–0.889
500–700
600–1000

Sahidi (2005)

Saat ini pasokan bahan baku sawit di Indonesia cukup melimpah, karena
perkebunan kelapa sawit sudah lama diusahakan dalam skala besar dan
berkembang dengan baik. Pengembangan tetap perlu dilakukan karena selama ini
minyak sawit banyak digunakan sebagai bahan baku industri, baik industri pangan
(minyak goreng) maupun non pangan (oleokimia) (Hambali et al. 2008). Produksi
CPO di Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1.

 

Produksi CPO Di Indonesia
(Juta Ton)

10 
 

20000000
18000000
16000000
14000000
12000000
10000000
8000000
6000000
4000000
2000000
0
2004

2005

2006

2007

2008

Tahun
Gambar 1 Produksi CPO di Indonesia Tahun 2004–2008 (Deptan 2010)

Produksi CPO di Indonesia Tahun 2004–2008 pada Gambar 1 dapat dilihat
bahwa perkembangan produksi CPO Indonesia mengalami peningkatan dari tahun
ke tahun. Hal ini tentunya menjadi potensi lebih besar di dalam memproduksi
biodiesel. Perkembangan perkebunan sawit masih terus berlanjut dan diperkirakan
pada tahun 2012 Indonesia akan menjadi produsen CPO terbesar di dunia. Sampai
saat ini minyak sawit sebagian besar masih diekspor dalam bentuk CPO,
sedangkan didalam negeri sekitar 80 % minyak sawit diolah menjadi produk
pangan terutama minyak goreng (Hambali et al. 2008).

Biodiesel

Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang terdiri dari ester metil
(atau etil) asam lemak. Bahan bakar ini dibuat dari minyak-lemak nabati dengan
proses metanolisis atau etanolisis melalui transesterifikasi dengan produk
sampingnya berupa gliserol atau dari asam lemak bebas melalui proses esterifikasi
dengan metanol atau etanol yang produk sampingnya berupa air (Knothe et al.
2005).
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif subtitusi solar untuk motor
diesel. Biodiesel dapat diaplikasikan baik dalam bentuk murni 100 % (B100) atau

 

11 
 

dicampur dengan bahan bakar diesel minyak bumi dalam berbagai rasio.
Campuran 20 % biodiesel dan 80 % bahan bakar diesel minyak bumi disebut
dengan B20. Campuran B20 merupakan bahan bakar alternatif yang terkenal di
Amerika Serikat terutama untuk bis dan truk (Alam Syah 2006; Hambali et al.
2008).
Biodiesel memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan solar, yaitu :
1. Dihasilkan dari bahan baku minyak nabati yang dapat diperbaharui
2. Biodegradable
3. Memiliki titik nyala yang tinggi sehingga aman untuk penyimpanan
4. Memiliki sifat pelumasan yang baik
5. Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih
baik

(free

sulphur,

smoke

number)

sesuai

dengan

isu–isu

global

(Gerpen et al. 2005; Hambali et al. 2008).
Biodiesel diproduksi dari bahan baku bervariasi yang terdiri dari minyak
nabati (misalnya minyak biji kapas, kedelai, kelapa, kelapa sawit) dan lemak
hewani. Minyak nabati memiliki komposisi asam lemak berbeda-beda tergantung
dari jenis tanamannya. Kandungan asam lemak bebas (FFA) bahan baku
merupakan penentu jenis proses yang digunakan. Bahan baku yang memiliki
kadar asam lemak bebas (free fatty acid) rendah, maksimal 2 % bisa langsung
diproses dengan metode transesterifikasi. Namun bila kadar asam lemak bebas
minyak tersebut masih tinggi, maka sebelumnya perlu dilakukan proses
esterifikasi terhadap minyak tersebut dengan menentukan terlebih dahulu kadar
FFA (acid value/mgKOH/g-minyak). Disamping itu, kandungan air dalam minyak
nabati juga harus diperiksa sebelum dilakukan proses transesterifikasi. Kandungan
air yang tinggi dapat mendeaktivasi katalis asam dan katalis basa, sehingga dapat
menurunkan rendemen biodiesel ( Gerpen et al. 2004).
Proses

pembuatan biodiesel

membutuhkan

adanya katalis untuk

mempercepat reaksinya. Katalis adalah suatu bahan yang digunakan untuk
memulai reaksi dengan bahan lain (Alam Syah 2006). Menurut Mittelbach dan
Remschmidt (2006), bahwa jenis katalis yang dapat digunakan pada proses
produksi biodiesel terdiri dari katalis alkali, katalis asam, katalis dengan logam

 

12

transisi,
t
kataalis dengan silika
s
dan kaatalis enzimaatik. Katalis alkali dan katalis asam
terdiri
t
dari katalis
k
homoogen dan heteerogen.

Tran
nsesterifikassi

Trannsesterifikasii merupakan perubahaan bentuk dari satu jenis
j
ester
menjadi
m

bentuk

esteer

yang

l
lain

(Mitteelbach

&

Remschmiddt

2006).

Transesterifi
T
fikasi dengann alkohol juuga dikenal dengan
d
nam
ma alkoholisiis sehingga
reaksi
r
ini disebut juga metanolisis. Reaksi meetanolisis m
mempunyai syarat yaitu
minyak
m
harrus bersih, tanpa air dan netral. Persamaaan stoikiometri reaksi
transesterifik
t
kasi trigliserrida dengan metanol
m
dappat dilihat paada Gambar 2.
2

Gambarr 2 Stoikiom
metri reaksi trransesterifik
kasi trigliseriida dengan metanol
m

Dalaam suatu traansesterifikassi atau reakssi alkoholisiis satu mol trigliserida
bereaksi
b
denngan tiga mo
ol alkohol unntuk membenntuk satu mool gliserol daan tiga mol
alkil
a
ester asam lemak. Alkohol akkan mengganntikan guguss alkohol paada struktur
ester
e
minyakk dengan dibantu kataliis. Proses terrsebut meruupakan suatuu rangkaian
dari
d reaksi reversible
r
(ddapat balik),, yang didalaamnya moleekul trigliserrida diubah
satu tahap demi
d
tahap menjadi
m
digliiserida, monogliserida daan gliserol. Dalam
D
tiap
tahap
t
satu mol
m alkohol dikonsumsi
d
dan satu mool ester dibebbaskan (Mitttelbach dan
Remschmidt
R
t 2006). Tah
hapan reaksi transesterifiikasi dapat ddilihat Gambbar 3.

13

Gambar 3 Tahapan reaksi transeesterifikasi dari
d trigliseriida dengan metanol
m
Bebeerapa param
meter reaksi yang mem
mpengaruhi pproses transesterifikasi
yaitu
y
rasio molar minyyak dan alkkohol, suhu,, lama reakksi, tingkat kemurnian
minyak,
m
adaanya air daan asam lem
mak bebas (FFA). Unttuk memperroleh hasil
maksimum
m
dalam proses transesteerifikasi mak
ka alkohol yyang digunaakan harus
bebas
b
dari air
a dan kanddungan asam
m lemak beb
bas (FFA) ddalam minyaak < 0.5%.
Adanya
A
air dalam reakssi transestriffikasi akan menyebabka
m
an terjadinyaa hidrolisis
(Gerpen
(
et al.
a 2004). Seecara umum
m rasio molarr metanol deengan triglisserida yang
digunakan
d
y
yaitu
5.25–66:1. Freedm
man et al. (11984), diacuu dalam Cleements dan
Hanna
H
(1998) menyarannkan bahwa hasil maksiimum FAME
E diperoleh pada rasio
molar
m
6:1 karena
k
rasio molar di attas 6:1 tidakk akan meniingkatkan haasil FAME
tetapi
t
akan menyulitkan
m
n pemisahan FAME dann gliserol serrta meningkaatkan biaya
alkohol.
a
Knnothe et al. (2005) mennyatakan baahwa pada ssuhu ≥ 60
0oC dengan
perbandinga
p
an molar anntara metanool dengan minyak
m
minnimal 6:1, reaksi akan
berlangsung
b
g sempurna dalam kurunn waktu 1 jam
j
menghaasilkan metiil, etil atau
butyl
b
ester. Walaupun minyak kasar dapat dittransesterifikkasi namun ester yang
dihasilkan
d
m
mengalami
penurunan kaarena adanyaa gum dan kkotoran yang
g ada dalam
minyak
m
kassar tersebutt. Paramaterr–parameterr seperti suuhu reaksi 60oC dan
perbandinga
p
an molar an
ntara metanool dengan minyak
m
6:1 m
menjadi stanndar untuk
transesterifik
t
kasi yang menggunakann metanol.
Reakksi

transessterifikasi

bertujuan

untuk

meenurunkan

viskositas

(kekentalan)
(
) minyak, seehingga menndekati nilai viskositas solar. Nilaii viskositas
yang
y
tinggi akan menyyulitkan pem
masukkan bahan
b
bakar dari tangkii ke ruang
bahan
b
bakaar mesin daan menyebaabkan atomiisasi lebih sukar terjad
di. Hal ini
mengakibatk
m
kan pembakkaran kurangg sempurna dan menim
mbulkan enddapan pada
nozel
n
(Hamb
bali et al. 20
008).

14 
 

Transesterifikasi minyak menjadi metil ester dilakukan baik dengan satu
atau dua tahap proses, tergantung pada mutu awal minyak. Minyak yang
mengandung asam lemak bebas tinggi dapat dengan efisien dikonversi menjadi
esternya melalui beberapa tahap reaksi yang melibatkan katalis asam untuk
mengesterifikasi asam lemak bebas yang dilanjutkan dengan transesterifikasi
berkatalis basa yang mengkonversi sisa trigliserida (Canaki & Gerpen 2001,
diacu dalam Widyawati 2007). Jika minyak mengandung asam lemak bebas yang
rendah, transesterifikasi dapat dilakukan dengan satu tahap.

Esterifikasi

Jika bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang memiliki
kadar FFA tinggi ( > 5%), seperti minyak jelantah, PFAD, CPO mutu rendah dan
minyak jarak. Proses transesterifikasi yang dilakukan untuk mengonversi minyak
menjadi biodiesel tidak akan berjalan efisien karena FFA akan tersaponifikasi
membentuk sabun yang mempersulit pemisahan biodiesel dari gliserol sebagai
produk sampingnya. Bahan-bahan diatas, perlu melalui proses pra esterifikasi
untuk menurunkan kadar FFA hingga di bawah 5 %. (Hambali et al. 2008).
Pretreatment menggunakan katalis asam diikuti dengan katalis alkali adalah
metode yang efektif untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi biodiesel.
Pretreatment ini bertujuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas
bahan baku. Teknik untuk menurunkan kadar asam lemak bebas bahan baku
adalah reaksi yang menggunakan katalis asam untuk mengesterifikasi asam lemak
bebas sebelum transesterifikasi trigliserida.
Berlawanan dengan reaksi transesterifikasi trigliserida, esterifikasi
merupakan reaksi antara asam lemak dengan alkohol menghasilkan ester. Reaksi
esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 4.

 

15 
 

 
 

Gambar 4 Reaksi esterifikasi asam lemak

Reaksi esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah
asam lemak bebas dan jumlah pereaksi metanol, waktu reaksi, suhu, konsentrasi
katalis dan kandungan air pada minyak (Ozgul & Turkey 2002, diacu dalam
Widyawati 2007). Semakin tinggi jumlah metanol yang digunakan dan kandungan
asam lemak bebas pada minyak, maka semakin tinggi rendemen metil ester serta
semakin kecil kandungan asam lemak bebas di akhir reaksi. Ozgul dan Turkey
(2002), diacu dalam Widyawati (2007) juga menyatakan bahwa semakin lama
waktu reaksi maka rendemen metil ester yang didapat besar. Suhu 60oC sudah
memberi rendemen metil ester yang memadai. Tetapi jumlah katalis berlebihan
tidak meningkatkan dengan nyata rendemen metil ester.
Reaksi esterifikasi

merupakan reaksi kesetimbangan yang lambat,

sekalipun sudah dipercepat dengan kehadiran katalis yang baik dan berjumlah
cukup. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat, seperti asam
sulfat, asam sulfonat organik (dalam jumlah 1 sampai 3 % dari asam lemak yang
diolah), atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa
terpilih dalam praktek industrial (Hambali et al. 2008).
Posisi kesetimbangan reaksi esterifikasi juga tidak sangat berpihak kepada
pembentukan ester metil, sehingga untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung
sampai ke konversi sempurna pada temperatur relatif rendah (misalnya paling
tinggi 120oC), reaktan metanol harus ada/dipasok dalam jumlah sangat berlebih
(biasanya lebih besar dari 10 x nisbah stoikiometrik) dan air produk ikutan reaksi
harus disingkirkan dari fase reaksi, yaitu fase minyak (Hambali et al. 2008).
Penggunaan katalis homogen asam pada reaksi esterifikasi menyebabkan
kontaminasi sulfur pada produk akhir dari biodiesel. Katalis ini juga
membutuhkan netralisasi dengan alkali. Umumnya efisiensi proses berkurang dari
96 % dan tahap netralisasi menyebabkan permasalahan dalam penanganan limbah
hasil pencucian dengan air (Lim et al. 2009). Katalis homogen asam ini bersifat

 

16 
 

korosif, sehingga memerlukan penanganan khusus. Dalam pembuatan ester
dengan katalis asam tersebut diperlukan sistem pemisahan air untuk menggeser
kesetimbangan reaksi ke arah pembentukan ester sehingga tahapan proses menjadi
lebih panjang (Haerudin et al. 2007).
Katalis

heterogen

asam

banyak

dikembangkan

untuk

mengatasi

permasalahan yang dihadapi dengan menggunakan katalis homogen. Katalis
heterogen adalah katalis yang mempunyai fase yang berbeda dengan fase
reaktannya (Jumari et al. 2009). Penggunaan katalis heterogen asam pada reaksi
esterifikasi dapat menghilangkan kontaminasi pada produk ester, proses
pembuatan ester menjadi lebih sederhana, pemisahan sisa asam karboksilat, sisa
katalis dan produk sampingnya dapat menjadi lebih mudah dan sederhana
(Haerudin et al. 2007; Lim et al. 2009). Beberapa katalis hetogen asam yang
digunakan dalam esterifikasi dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Jenis katalis heterogen yang digunakan pada reaksi esterifikasi
Kondisi reaksi esterifikasi

Konversi
FFA

Etanol : asam oleat = 6.13:1; T : 55oC;
t : 150 menit; katalis : 2.6 %

< 30 %

Tipe katalis
Zeolit sintetik
Contoh: Nay dan
Vox*
Zeolit sintetik
Contoh: ZSM-5
(HMFI) dan
modernit
(HMOR)**
AL-MCM 41

***

Resin penukar ion
Contoh:
Amberlyst15,
Amberlyst-35,
Amberlyst-16 dan
dowex
HCR-W2****
*

Metanol : minyak kedelai dan oleat = 30:1; 60.6–80.9%
T : 60oC; t : 3 jam; katalis : 1 g

Metanol : minyak sawit = 60 : 1;
T : 130oC; t : 2 jam; katalis : 0.6 %

79 %

Metanol = 20 % (v/v); minyak jelantah;
T : 50–60oC; t : 150 menit;
katalis : 1-2 % (b/b)

≤ 45.7 %

Marchetti dan Errazu (2008a);
(2008)

**

Chung et al.(2008);***Carmo et al. (2009);

****

Ozbay et al.

 

17 
 

Struktur dan Karakteristik Zeolit
Zeolit merupakan senyawa kristal aluminosilikat terhidrasi yang
mempunyai struktur kerangka yang berpori. Zeolit umumnya mengandung silika,
alumium dan oksigen dalam kerangka serta kation-kation, air dan molekul lainnya
yang terdapat dalam pori zeolit (Bell 2001). Atom aluminium memiliki elektron
yang lebih sedikit daripada silika yang menyebabkan ketidakseimbangan elektron
dalam zeolit sehingga membutuhkan kation seperti ion alkali dan alkali tanah
untu