Pengaruh Molar Metanol Dengan Minyak dan Waktu Reaksi Pada Pembuatan Biodiesel dari Limbah Minyak Jelantah dengan Menggunakan Katalis Heterogen Abu Kulit Pisang Kepok
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kebutuhan energi untuk bahan bakar seperti transportasi dan industri hampir
seluruhnya berasal dari bahan bakar fosil [1]. Bahan Bakar Minyak (BBM) yang
dipakai pada saat ini berasal dari fosil yang merupakan sumber daya alam tak
terbarukan, sehingga pada suatu saat akan habis [2]. Selain itu pengurangan subsidi
BBM yang dilakukan oleh pemerintah untuk menekan defisit Anggaran Pendapatan
dan Belanja Negara (APBN) dan menyesuaikan harga BBM dengan harga pasar
internasional, secara langsung mengakibatkan semakin mahalnya harga BBM. Oleh
karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan pada
BBM perlu diadakan diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang
terbarukan (renewable). Salah satu energi alternatif yang berasal dari minyak
tumbuhan atau lemak hewan adalah biodiesel [3,].
Biodiesel merupakan sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan. Sifatnya
bervariasi tergantung pada bahan baku minyak dan alkohol yang digunakan tetapi
dapat digunakan sebagai pengganti langsung untuk bahan bakar diesel. Biodiesel
memiliki bilangan setana yang tinggi dibandingkan bahan bakar diesel, tidak
mengandung bahan aromatik, hampir tidak mengandung sulfur, dan mengandung
oksigen sekitar 10 sampai 11% berat [4].
Salah satu sumber minyak yang berpotensi untuk dimanfaatkan dalam pembuatan
biodiesel adalah minyak jelantah. Minyak jelantah adalah sisa penggorengan setelah
dipakai berulang-ulang dan tidak layak untuk dikonsumsi. Minyak goreng yang
digunakan secara berulang-ulang berpotensi mengandung asam lemak trans.
Konsumsi asam lemak trans beresiko memunculkan penyakit diabetes dan jantung
koroner. Di Indonesia kebiasaan menggunakan minyak secara berulang lebih dari
dua kali mencapai 24%. Pemanasan minyak goreng dengan suhu tinggi dan
digunakan secara berulang akan mengakibatkan minyak mengalami kerusakan
karena adanya oksidasi yang mampu menghasilkan senyawa aldehida, keton,
senyawa aromatis yang mempunyai bau tengik dan asam lemak bebas. Adanya asam
lemak bebas akan memberikan pengaruh buruk terhadap kesehatan. Di samping itu
1
Universitas Sumatera Utara
harga dari minyak goreng bekas tersebut 3 kali lebih murah daripada minyak nabati
[5]. Minyak nabati bersama-sama dengan alkohol mengalami reaksi transesterifikasi
sehingga diperoleh metil ester dan gliserol sebagai produk samping. Dalam reaksi
transesterifikasi diperlukan katalis yang berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi
dengan menurunkan energi aktivasi.
Katalis diklasifikasikan menjadi 2 jenis yakni katalis homogen dan heterogen.
Katalis homogen yakni jika fase katalis sama dengan fase reaktan dan fase produk.
Katalis homogen memiliki keunggulan antara lain aktivitas dan selektivitasnya
tinggi, tidak mudah teracuni oleh keberadaan pengotor, mudah dioperasikan dan
mudah dimodifikasi. Sedangkan kelemahannya adalah sulit dipisahkan dari
campuran reaksi, kurang stabil pada suhu tinggi. Katalis heterogen memiliki fase
yang berbeda dengan reaktan atau produk reaksi, misalnya katalis berupa padatan
dalam reaksi gas. Jika dibandingkan dengan katalis homogen, katalis heterogen
memiliki kelebihan antara lain kestabilan termalnya relatif tinggi sehingga dapat
digunakan untuk reaksi yang memerlukan suhu tinggi, kemudahan pemisahan katalis
dari campuran reaksi karena reaktan dan produk mempunyai fasa yang berbeda
dengan katalis, dan katalis mudah diregenerasi [6].
Katalis heterogen yang berbasis biomassa telah berhasil dikembangkan untuk
reaksi transesterifikasi biodiesel. Beberapa biomassa yang dapat digunakan sebagai
katalis dalam pembuatan biodiesel adalah kulit coklat, kulit pisang, batang kelapa
dan ampas tebu. Beberapa penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan
katalis padat abu biomassa hasil kalsinasi telah berhasil dilakukan tanpa adanya
modifikasi kimia dari katalis tersebut. Pada pembuatan biodiesel dari minyak biji
jarak dengan menggunakan katalis abu kulit pisang raja diperoleh yield sebesar
94,97% [7]. Transesterifikasi biodiesel dari minyak biji monandara dengan katalis
abu kulit pisang ambon diperoleh yield sebesar 98,5% dengan persen katalis 2,75%
(wt) dan waktu reaksi 69 menit [8]. Kemudian pembuatan biodiesel dari minyak
jelantah dengan menggunakan katalis abu batang kelapa dan diperoleh yield sebesar
71,7 % [9]. Penelitian pembuatan biodisel dari minyak kedelai menggunakan katalis
abu kulit coklat, diperoleh yield sebesar 91,4% [10].
Berdasarkan uraian di atas, minyak jelantah dan katalis heterogen abu kulit
pisang dari limbah kulit pisang kepok dapat digunakan sebagai bahan baku dan
2
Universitas Sumatera Utara
katalis dalam pembuatan biodiesel untuk meminimalkan dampak lingkungan. Untuk
itu, pada penelitian ini akan dikaji pemanfaatan limbah minyak jelantah dan limbah
kulit pisang kepok sebagai sumber K2O untuk menghasilkan biodiesel.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Penggunaan katalis homogen dalam produksi biodiesel memiliki kelemahan
yaitu pemisahan katalis dari produknya cukup rumit. Penggunaan katalis heterogen
K2O yang berasal dari limbah kulit pisang diharapkan dapat mengatasi kelemahan
yang dimiliki oleh katalis homogen. Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada
penyelidikan keefektifan katalis heterogen K2O yang berasal dari limbah kulit pisang
kepok sebagai katalis dalam pembuatan biodiesel.
Adapun perumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1
Bagaimana yield dan karakteristik biodiesel yang dihasilkan melalui
pemanfaatan minyak jelantah sebagai bahan baku dan katalis K2O dari limbah
kulit pisang kepok dengan variasi rasio minyak dan metanol dan waktu reaksi
transesterifikasi.
2
Bagaimana perbandingan karakteristik biodiesel yang dihasilkan dengan SNI
04-7182-2012 untuk biodiesel.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Menganalisis pengaruh rasio molar metanol dengan minyak dan waktu reaksi
dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah
2. Mengkarakterisasi kualitas biodiesel yang dihasilkan dengan membandingkan
SNI 04-7182-2012 untuk biodiesel.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Pada penelitian ini manfaat yang diperoleh adalah:
1. Memberikan informasi bahwa limbah minyak jelantah dan limbah kulit
pisang kepok dapat dijadikan bahan baku dan katalis padat dalam pembuatan
biodiesel sehingga dapat mengurangi masalah limbah di lingkungan
masyarakat.
3
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi mengenai pengaruh penggunaan katalis heterogen
K2O yang berasal dari limbah kulit pisang kepok pada pembuatan biodiesel.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Bahan utama yang digunakan
pada penelitian ini adalah limbah minyak jelantah sebagai bahan baku dan K2O dari
limbah kulit pisang kepok sebagai katalis.
Variabel yang digunakan adalah sebagai berikut:
Pembuatan katalis K2O dari kulit pisang kepok [11]
Suhu
= 550 oC
Waktu
= 5 jam
Transesterifikasi:
a. Variabel tetap
1. Jumlah katalis
= 6 % dari berat minyak jelantah
2. Suhu reaksi
= 65 oC
3. Kecepatan pengadukan
= 600 rpm
b. Variabel berubah
1. Rasio mol metanol/minyak jelantah = 13:1, 14:1, 15:1, 16:1, 17:1
2. Waktu reaksi
= 2 ; 3 ; 4 jam
Parameter yang dianalisis adalah:
Minyak Jelantah
1. Analisis Kadar FFA dengan metode tes AOCS Official Method Ca 5a 40.
2. Kandungan Asam Lemak dengan menggunakan GCMS.
3. Analisis densitas .
4. Analisis viskositas.
5. Analisi kadar air dan kadar kotoran
Kulit Pisang Kepok
1. Analisis kadar air
4
Universitas Sumatera Utara
Katalis Abu Kulit Pisang Kepok
1. Analisis Kadar Abu
2. Analisis SEM - EDX untuk mengetahui struktur morfologi katalis dan
komposisi kimia katalis
Biodiesel
1.
Analisis kemurnian dengan menggunakan GC.
2.
Analisis densitas menggunakan metode tes OECD 109.
3.
Analisis viskositas menggunakan metode tes ASTM D 445.
4.
Analisis titik nyala mengggunakan methode closed cup flash tester..
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kebutuhan energi untuk bahan bakar seperti transportasi dan industri hampir
seluruhnya berasal dari bahan bakar fosil [1]. Bahan Bakar Minyak (BBM) yang
dipakai pada saat ini berasal dari fosil yang merupakan sumber daya alam tak
terbarukan, sehingga pada suatu saat akan habis [2]. Selain itu pengurangan subsidi
BBM yang dilakukan oleh pemerintah untuk menekan defisit Anggaran Pendapatan
dan Belanja Negara (APBN) dan menyesuaikan harga BBM dengan harga pasar
internasional, secara langsung mengakibatkan semakin mahalnya harga BBM. Oleh
karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan pada
BBM perlu diadakan diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang
terbarukan (renewable). Salah satu energi alternatif yang berasal dari minyak
tumbuhan atau lemak hewan adalah biodiesel [3,].
Biodiesel merupakan sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan. Sifatnya
bervariasi tergantung pada bahan baku minyak dan alkohol yang digunakan tetapi
dapat digunakan sebagai pengganti langsung untuk bahan bakar diesel. Biodiesel
memiliki bilangan setana yang tinggi dibandingkan bahan bakar diesel, tidak
mengandung bahan aromatik, hampir tidak mengandung sulfur, dan mengandung
oksigen sekitar 10 sampai 11% berat [4].
Salah satu sumber minyak yang berpotensi untuk dimanfaatkan dalam pembuatan
biodiesel adalah minyak jelantah. Minyak jelantah adalah sisa penggorengan setelah
dipakai berulang-ulang dan tidak layak untuk dikonsumsi. Minyak goreng yang
digunakan secara berulang-ulang berpotensi mengandung asam lemak trans.
Konsumsi asam lemak trans beresiko memunculkan penyakit diabetes dan jantung
koroner. Di Indonesia kebiasaan menggunakan minyak secara berulang lebih dari
dua kali mencapai 24%. Pemanasan minyak goreng dengan suhu tinggi dan
digunakan secara berulang akan mengakibatkan minyak mengalami kerusakan
karena adanya oksidasi yang mampu menghasilkan senyawa aldehida, keton,
senyawa aromatis yang mempunyai bau tengik dan asam lemak bebas. Adanya asam
lemak bebas akan memberikan pengaruh buruk terhadap kesehatan. Di samping itu
1
Universitas Sumatera Utara
harga dari minyak goreng bekas tersebut 3 kali lebih murah daripada minyak nabati
[5]. Minyak nabati bersama-sama dengan alkohol mengalami reaksi transesterifikasi
sehingga diperoleh metil ester dan gliserol sebagai produk samping. Dalam reaksi
transesterifikasi diperlukan katalis yang berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi
dengan menurunkan energi aktivasi.
Katalis diklasifikasikan menjadi 2 jenis yakni katalis homogen dan heterogen.
Katalis homogen yakni jika fase katalis sama dengan fase reaktan dan fase produk.
Katalis homogen memiliki keunggulan antara lain aktivitas dan selektivitasnya
tinggi, tidak mudah teracuni oleh keberadaan pengotor, mudah dioperasikan dan
mudah dimodifikasi. Sedangkan kelemahannya adalah sulit dipisahkan dari
campuran reaksi, kurang stabil pada suhu tinggi. Katalis heterogen memiliki fase
yang berbeda dengan reaktan atau produk reaksi, misalnya katalis berupa padatan
dalam reaksi gas. Jika dibandingkan dengan katalis homogen, katalis heterogen
memiliki kelebihan antara lain kestabilan termalnya relatif tinggi sehingga dapat
digunakan untuk reaksi yang memerlukan suhu tinggi, kemudahan pemisahan katalis
dari campuran reaksi karena reaktan dan produk mempunyai fasa yang berbeda
dengan katalis, dan katalis mudah diregenerasi [6].
Katalis heterogen yang berbasis biomassa telah berhasil dikembangkan untuk
reaksi transesterifikasi biodiesel. Beberapa biomassa yang dapat digunakan sebagai
katalis dalam pembuatan biodiesel adalah kulit coklat, kulit pisang, batang kelapa
dan ampas tebu. Beberapa penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan
katalis padat abu biomassa hasil kalsinasi telah berhasil dilakukan tanpa adanya
modifikasi kimia dari katalis tersebut. Pada pembuatan biodiesel dari minyak biji
jarak dengan menggunakan katalis abu kulit pisang raja diperoleh yield sebesar
94,97% [7]. Transesterifikasi biodiesel dari minyak biji monandara dengan katalis
abu kulit pisang ambon diperoleh yield sebesar 98,5% dengan persen katalis 2,75%
(wt) dan waktu reaksi 69 menit [8]. Kemudian pembuatan biodiesel dari minyak
jelantah dengan menggunakan katalis abu batang kelapa dan diperoleh yield sebesar
71,7 % [9]. Penelitian pembuatan biodisel dari minyak kedelai menggunakan katalis
abu kulit coklat, diperoleh yield sebesar 91,4% [10].
Berdasarkan uraian di atas, minyak jelantah dan katalis heterogen abu kulit
pisang dari limbah kulit pisang kepok dapat digunakan sebagai bahan baku dan
2
Universitas Sumatera Utara
katalis dalam pembuatan biodiesel untuk meminimalkan dampak lingkungan. Untuk
itu, pada penelitian ini akan dikaji pemanfaatan limbah minyak jelantah dan limbah
kulit pisang kepok sebagai sumber K2O untuk menghasilkan biodiesel.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Penggunaan katalis homogen dalam produksi biodiesel memiliki kelemahan
yaitu pemisahan katalis dari produknya cukup rumit. Penggunaan katalis heterogen
K2O yang berasal dari limbah kulit pisang diharapkan dapat mengatasi kelemahan
yang dimiliki oleh katalis homogen. Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan kepada
penyelidikan keefektifan katalis heterogen K2O yang berasal dari limbah kulit pisang
kepok sebagai katalis dalam pembuatan biodiesel.
Adapun perumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1
Bagaimana yield dan karakteristik biodiesel yang dihasilkan melalui
pemanfaatan minyak jelantah sebagai bahan baku dan katalis K2O dari limbah
kulit pisang kepok dengan variasi rasio minyak dan metanol dan waktu reaksi
transesterifikasi.
2
Bagaimana perbandingan karakteristik biodiesel yang dihasilkan dengan SNI
04-7182-2012 untuk biodiesel.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Menganalisis pengaruh rasio molar metanol dengan minyak dan waktu reaksi
dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak jelantah
2. Mengkarakterisasi kualitas biodiesel yang dihasilkan dengan membandingkan
SNI 04-7182-2012 untuk biodiesel.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Pada penelitian ini manfaat yang diperoleh adalah:
1. Memberikan informasi bahwa limbah minyak jelantah dan limbah kulit
pisang kepok dapat dijadikan bahan baku dan katalis padat dalam pembuatan
biodiesel sehingga dapat mengurangi masalah limbah di lingkungan
masyarakat.
3
Universitas Sumatera Utara
2. Memberikan informasi mengenai pengaruh penggunaan katalis heterogen
K2O yang berasal dari limbah kulit pisang kepok pada pembuatan biodiesel.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Bahan utama yang digunakan
pada penelitian ini adalah limbah minyak jelantah sebagai bahan baku dan K2O dari
limbah kulit pisang kepok sebagai katalis.
Variabel yang digunakan adalah sebagai berikut:
Pembuatan katalis K2O dari kulit pisang kepok [11]
Suhu
= 550 oC
Waktu
= 5 jam
Transesterifikasi:
a. Variabel tetap
1. Jumlah katalis
= 6 % dari berat minyak jelantah
2. Suhu reaksi
= 65 oC
3. Kecepatan pengadukan
= 600 rpm
b. Variabel berubah
1. Rasio mol metanol/minyak jelantah = 13:1, 14:1, 15:1, 16:1, 17:1
2. Waktu reaksi
= 2 ; 3 ; 4 jam
Parameter yang dianalisis adalah:
Minyak Jelantah
1. Analisis Kadar FFA dengan metode tes AOCS Official Method Ca 5a 40.
2. Kandungan Asam Lemak dengan menggunakan GCMS.
3. Analisis densitas .
4. Analisis viskositas.
5. Analisi kadar air dan kadar kotoran
Kulit Pisang Kepok
1. Analisis kadar air
4
Universitas Sumatera Utara
Katalis Abu Kulit Pisang Kepok
1. Analisis Kadar Abu
2. Analisis SEM - EDX untuk mengetahui struktur morfologi katalis dan
komposisi kimia katalis
Biodiesel
1.
Analisis kemurnian dengan menggunakan GC.
2.
Analisis densitas menggunakan metode tes OECD 109.
3.
Analisis viskositas menggunakan metode tes ASTM D 445.
4.
Analisis titik nyala mengggunakan methode closed cup flash tester..
5
Universitas Sumatera Utara