Kajian Pemanfaatan Biji Kopi (Arabika) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Metil Ester
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan negara dengan kekayaan alam yang berlimpah, dan
ini merupakan salah satu alasan untuk memanfaatkan berbagai potensi yang
dipandang menarik sebagai sumber biodiesel, seperti kopi [10]. Bagian dari
tanaman kopi yang potensial untuk dijadikan bahan baku biodiesel setelah melalui
pengujian secara psiko-kimia, adalah biji kopi rusak [18] dan ampas kopi [12].
Perlu diperhatikan bahwa bahan yang digunakan untuk pembuatan biodiesel
merupakan bahan yang terbuang dari proses pembuatan produk yang lebih
bernilai, yakni biji kopi rusak dan ampas kopi. Pemanfaatan bahan yang tidak
terpakai ini sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar sangat berarti untuk
mengeliminasi jumlah sampah yang terbuang ke lingkungan sekaligus juga
memberikan potensi pengurangan biaya bagi pengusaha.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl
ester dari rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan
bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur
atau lemak hewan. Biodiesel bersifat biodegradable dan hampir tidak
mengandung sulfur [8].
Biji kopi yang rusak dikenal secara luas memiliki pengaruh negatif
terhadap kualitas minuman. Sementara kuantitas biji kopi yang menjadi limbah ini
sangat melimpah di negara-negara penghasil kopi. Di Brazil, biji yang rusak bisa
mencapai kuantitas 20% dari total produksi kopi [16]. Di Indonesia sendiri, lebih
dari 65% ekspor kopi Indonesia adalah tergolong kopi mutu rendah yang terkena
larangan ekspor [7].
Minyak biji kopi jenis arabika yang menjadi limbah cukup potensial untuk
dijadikan bahan baku biodiesel. Canaki dan Gerpen (2001) menyebutkan bahwa di
dalam minyak kopi terkandung komponen utama trigliserida sebesar 81,3%.
Kadar lemak total pada kopi arabika antara 15-17%, sedangkan pada robusta
antara 7-11,5% [22]. Oliveira dkk, menemukan bahwa biji kopi rusak
menghasilkan yield minyak yang lebih tinggi daripada biji kopi yang baik.
Universitas Sumatera Utara
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Maharani dan Zuliyah (2010)
menggunakan minyak dedak padi yang diekstraksi dengan perbandingan berat
dedak : pelarut metanol = 1:5 dan suhu 60-650C dalam pembuatan biodiesel
dengan proses esterifikasi pada suhu 600C selama 60 menit dengan katalis H2SO4
1% v/v dan dilanjutkan dengan proses transesterifikasi pada suhu 600C selama
120 menit dengan katalis 1,75% w/w NaOH diperoleh 84,93% metil ester.
Sementara Hakim dan Irawan (2007) yang juga menggunakan minyak dedak padi
pada pembuatan biodiesel menggunakan proses esterifikasi dengan katalis 2,5 ml
HCl pada suhu 600C dan perbandingan berat metanol : asam lemak bebas = 3,65:1
diperoleh 89,72% metil ester. Oliveira dkk telah melakukan penelitian pembuatan
biodiesel dari minyak hasil ekstraksi biji kopi rusak dengan cara transesterifikasi
dengan metanol
pada kondisi suhu 250C selama 1 jam dan katalis NaOH
menghasilkan ester dengan yield 74%.
Di Indonesia sampai saat ini belum banyak yang memanfaatkan hasil
ekstraksi biji kopi sebagai bahan baku pembuatan biodiesel, sementara penelitian
mengenai biji kopi rusak telah diadakan di beberapa negara lain. Oleh karena itu,
penelitian ini dilakukan dengan tujuan menghasilkan biodiesel dari ekstrak biji
kopi untuk lebih meningkatkan nilai ekonomisnya. Mengenai variasi penelitian
yang akan dilakukan akan dijelaskan lebih lanjut pada ruang lingkup penelitian.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Biodiesel dapat dibuat dengan proses transesterifikasi dari minyak nabati
yang mengandung minyak tinggi. Namun, permasalahan yang sering dihadapi
adalah mahalnya harga minyak nabati yang digunakan dalam pembuatan
biodiesel. Oleh karena itu, minyak yang diambil dari biji kopi rusak dapat
digunakan sebagai alternatif bahan baku pembuatan biodiesel karena mempunyai
kandungan minyak yang cukup tinggi dan harganya murah, bahkan seringkali
dibuang begitu saja.
Minyak biji kopi diperoleh melalui ekstraksi dengan suatu pelarut yang
dapat melarutkan minyak dan lemak, yakni toluena (C7H8(C6H5CH3)) dan nheksana (C6H14). Pembuatan biodiesel dilakukan melalui proses esterifikasi
dengan alkohol terlebih dahulu dan menggunakan katalis asam kuat, untuk
Universitas Sumatera Utara
mengkonversi kandungan asam lemak bebas pada biji kopi yang cukup tinggi,
kemudian dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basa kuat untuk
mengkonversi kandungan trigliserida, hingga kedua proses ini menghasilkan
produk yang diinginkan yakni metil ester yang selanjutnya menjadi biodiesel.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Memanfaatkan minyak biji kopi sebagai bahan baku pembuatan metil ester
dengan proses esterifikasi kemudian dilanjutkan transesterifikasi.
2. Mempelajari pengaruh variasi perbandingan berat pelarut : bubuk kopi
pada proses ekstraksi minyak biji kopi rusak dalam pembuatan metil ester.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
1. Memberikan pengetahuan mengenai pemanfaatan limbah biji kopi menjadi
metil ester.
2. Meningkatkan nilai ekonomis limbah biji kopi yang selama ini hanya
dibuang sehingga menjadi bahan baku untuk menghasilkan metil ester
yang bermanfaat.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
2. Bahan digunakan adalah
a. Biji kopi sebagai bahan baku
b. N-heksana (C6H14) dan toluena (C7H8(C6H5CH3)) sebagai pelarut
c. Metanol (CH3OH)
d. Natrium hidroksida (NaOH), dan asam sulfat (H2SO4) sebagai katalis
3. Proses yang digunakan
a. Esktraksi
b. Esterifikasi
c. Transesterifikasi
Universitas Sumatera Utara
4. Variabel-variabel dalam percobaan:
Tahap ekstraksi dengan variabel berubah perbandingan berat pelarut :
biji kopi bubuk (5:1, 6:1, 7:1 dan 8:1) serta jenis pelarut (n-heksana dan
toluena) sementara suhu operasi yang digunakan adalah 70-750C untuk
pelarut n-heksana dan 110-1150C untuk pelarut toluena dan waktu
operasi 120 menit.
Tahap esterifikasi pada suhu operasi 600C dan menggunakan katalis
H2SO4 1% (v/v) selama 60 menit dengan perbandingan molar asam
lemak bebas : metanol = 1:3 sementara kecepatan pengaduk konstan
600 rotasi per menit (rpm).
Tahap transesterifikasi pada suhu operasi 600C selama 120 menit dan
menggunakan katalis NaOH 1,75% w/w dengan perbandingan molar
minyak biji kopi : metanol = 1:9 sementara kecepatan pengaduk
konstan 600 rpm.
Dari beberapa variabel yang digunakan diatas, maka akan dilakukan
analisa terhadap :
1.
Minyak biji kopi
a. densitas
b. viskositas
c. kadar asam lemak bebas (free fatty acid)
d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan
asam lemak bebas di dalam minyak biji kopi.
2. Metil Ester
a. densitas
b. viskositas
c. titik nyala
d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan
asam lemak bebas di dalam metil ester.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan negara dengan kekayaan alam yang berlimpah, dan
ini merupakan salah satu alasan untuk memanfaatkan berbagai potensi yang
dipandang menarik sebagai sumber biodiesel, seperti kopi [10]. Bagian dari
tanaman kopi yang potensial untuk dijadikan bahan baku biodiesel setelah melalui
pengujian secara psiko-kimia, adalah biji kopi rusak [18] dan ampas kopi [12].
Perlu diperhatikan bahwa bahan yang digunakan untuk pembuatan biodiesel
merupakan bahan yang terbuang dari proses pembuatan produk yang lebih
bernilai, yakni biji kopi rusak dan ampas kopi. Pemanfaatan bahan yang tidak
terpakai ini sebagai bahan baku pembuatan bahan bakar sangat berarti untuk
mengeliminasi jumlah sampah yang terbuang ke lingkungan sekaligus juga
memberikan potensi pengurangan biaya bagi pengusaha.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkyl
ester dari rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan
bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur
atau lemak hewan. Biodiesel bersifat biodegradable dan hampir tidak
mengandung sulfur [8].
Biji kopi yang rusak dikenal secara luas memiliki pengaruh negatif
terhadap kualitas minuman. Sementara kuantitas biji kopi yang menjadi limbah ini
sangat melimpah di negara-negara penghasil kopi. Di Brazil, biji yang rusak bisa
mencapai kuantitas 20% dari total produksi kopi [16]. Di Indonesia sendiri, lebih
dari 65% ekspor kopi Indonesia adalah tergolong kopi mutu rendah yang terkena
larangan ekspor [7].
Minyak biji kopi jenis arabika yang menjadi limbah cukup potensial untuk
dijadikan bahan baku biodiesel. Canaki dan Gerpen (2001) menyebutkan bahwa di
dalam minyak kopi terkandung komponen utama trigliserida sebesar 81,3%.
Kadar lemak total pada kopi arabika antara 15-17%, sedangkan pada robusta
antara 7-11,5% [22]. Oliveira dkk, menemukan bahwa biji kopi rusak
menghasilkan yield minyak yang lebih tinggi daripada biji kopi yang baik.
Universitas Sumatera Utara
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Maharani dan Zuliyah (2010)
menggunakan minyak dedak padi yang diekstraksi dengan perbandingan berat
dedak : pelarut metanol = 1:5 dan suhu 60-650C dalam pembuatan biodiesel
dengan proses esterifikasi pada suhu 600C selama 60 menit dengan katalis H2SO4
1% v/v dan dilanjutkan dengan proses transesterifikasi pada suhu 600C selama
120 menit dengan katalis 1,75% w/w NaOH diperoleh 84,93% metil ester.
Sementara Hakim dan Irawan (2007) yang juga menggunakan minyak dedak padi
pada pembuatan biodiesel menggunakan proses esterifikasi dengan katalis 2,5 ml
HCl pada suhu 600C dan perbandingan berat metanol : asam lemak bebas = 3,65:1
diperoleh 89,72% metil ester. Oliveira dkk telah melakukan penelitian pembuatan
biodiesel dari minyak hasil ekstraksi biji kopi rusak dengan cara transesterifikasi
dengan metanol
pada kondisi suhu 250C selama 1 jam dan katalis NaOH
menghasilkan ester dengan yield 74%.
Di Indonesia sampai saat ini belum banyak yang memanfaatkan hasil
ekstraksi biji kopi sebagai bahan baku pembuatan biodiesel, sementara penelitian
mengenai biji kopi rusak telah diadakan di beberapa negara lain. Oleh karena itu,
penelitian ini dilakukan dengan tujuan menghasilkan biodiesel dari ekstrak biji
kopi untuk lebih meningkatkan nilai ekonomisnya. Mengenai variasi penelitian
yang akan dilakukan akan dijelaskan lebih lanjut pada ruang lingkup penelitian.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Biodiesel dapat dibuat dengan proses transesterifikasi dari minyak nabati
yang mengandung minyak tinggi. Namun, permasalahan yang sering dihadapi
adalah mahalnya harga minyak nabati yang digunakan dalam pembuatan
biodiesel. Oleh karena itu, minyak yang diambil dari biji kopi rusak dapat
digunakan sebagai alternatif bahan baku pembuatan biodiesel karena mempunyai
kandungan minyak yang cukup tinggi dan harganya murah, bahkan seringkali
dibuang begitu saja.
Minyak biji kopi diperoleh melalui ekstraksi dengan suatu pelarut yang
dapat melarutkan minyak dan lemak, yakni toluena (C7H8(C6H5CH3)) dan nheksana (C6H14). Pembuatan biodiesel dilakukan melalui proses esterifikasi
dengan alkohol terlebih dahulu dan menggunakan katalis asam kuat, untuk
Universitas Sumatera Utara
mengkonversi kandungan asam lemak bebas pada biji kopi yang cukup tinggi,
kemudian dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basa kuat untuk
mengkonversi kandungan trigliserida, hingga kedua proses ini menghasilkan
produk yang diinginkan yakni metil ester yang selanjutnya menjadi biodiesel.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Memanfaatkan minyak biji kopi sebagai bahan baku pembuatan metil ester
dengan proses esterifikasi kemudian dilanjutkan transesterifikasi.
2. Mempelajari pengaruh variasi perbandingan berat pelarut : bubuk kopi
pada proses ekstraksi minyak biji kopi rusak dalam pembuatan metil ester.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
1. Memberikan pengetahuan mengenai pemanfaatan limbah biji kopi menjadi
metil ester.
2. Meningkatkan nilai ekonomis limbah biji kopi yang selama ini hanya
dibuang sehingga menjadi bahan baku untuk menghasilkan metil ester
yang bermanfaat.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Organik, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
2. Bahan digunakan adalah
a. Biji kopi sebagai bahan baku
b. N-heksana (C6H14) dan toluena (C7H8(C6H5CH3)) sebagai pelarut
c. Metanol (CH3OH)
d. Natrium hidroksida (NaOH), dan asam sulfat (H2SO4) sebagai katalis
3. Proses yang digunakan
a. Esktraksi
b. Esterifikasi
c. Transesterifikasi
Universitas Sumatera Utara
4. Variabel-variabel dalam percobaan:
Tahap ekstraksi dengan variabel berubah perbandingan berat pelarut :
biji kopi bubuk (5:1, 6:1, 7:1 dan 8:1) serta jenis pelarut (n-heksana dan
toluena) sementara suhu operasi yang digunakan adalah 70-750C untuk
pelarut n-heksana dan 110-1150C untuk pelarut toluena dan waktu
operasi 120 menit.
Tahap esterifikasi pada suhu operasi 600C dan menggunakan katalis
H2SO4 1% (v/v) selama 60 menit dengan perbandingan molar asam
lemak bebas : metanol = 1:3 sementara kecepatan pengaduk konstan
600 rotasi per menit (rpm).
Tahap transesterifikasi pada suhu operasi 600C selama 120 menit dan
menggunakan katalis NaOH 1,75% w/w dengan perbandingan molar
minyak biji kopi : metanol = 1:9 sementara kecepatan pengaduk
konstan 600 rpm.
Dari beberapa variabel yang digunakan diatas, maka akan dilakukan
analisa terhadap :
1.
Minyak biji kopi
a. densitas
b. viskositas
c. kadar asam lemak bebas (free fatty acid)
d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan
asam lemak bebas di dalam minyak biji kopi.
2. Metil Ester
a. densitas
b. viskositas
c. titik nyala
d. Gas chromatography (GC) untuk analisa komposisi asam lemak dan
asam lemak bebas di dalam metil ester.
Universitas Sumatera Utara