Transesterifikasi CPO Yang Mengandung Asam Lemak Bebas (ALB) Tinggi Menggunakan Katalis Polistirena Bis Fenol A Polikarbonat Sulfonat (PS - PAPS)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Crude palm oil (CPO) sebagai salah satu komoditi agrobisnis mempunyai nilai ekspor yang
tinggi, namun nilai ekonomisnya sangat rendah. Dalam skala industri, CPO dapat digunakan sebagai
bahan baku untuk industri oleokimia dan oleopangan.
Pemanfaatannya tidak hanya sebatas untuk
produksi minyak goreng (minyak makan) tetapi telah mencapai ke tingkat industri hilir, seperti: bahan
baku untuk pembuatan sabun, pembuatan kosmetika, biodiesel, dan lain-lain.
Penggunaan CPO sebagai bahan baku untuk proses di industri oleokimia ataupun
oleopangan sangat tergantung kepada standar asam lemak bebas (ALB).
Sebagai contoh,
persyaratan ALB CPO untuk pengolahan minyak goreng (oleopangan) maksimal 3,5%
sedangkan untuk ekspor maksimal 5%. Jika kadar CPO melebihi 5% maka CPO itu dinyatakan
di luar standar (Kurniawan, 2003).
Untuk memberdayakan CPO dengan kwalitas ALB di atas 5% maka diperlukan cara tidak
langsung memisahkan lemak ini dari ALB tersebut. Teknik transesterifikasi merupakan suatu cara yang
tepat untuk memisahkan gliserida dari CPO. Reaksi transesterifikasi dengan mencampurkan gliserida
dengan alkohol menghasilkan ester dan gliserol. Jika lemak tersebut mengandung asam lemak bebas
tinggi, maka katalis pilihan adalah asam (Demirbas, A 2008).
Transesterifikasi minyak jarak pagar dengan ALB 7,8% telah dilakukan dengan mencampurkan
minyak bersama metanol kering 1: 12 mol pada suhu 120oC selama 6 jam dengan katalis sulfonat polimer
8% berat minyak. Minyak jarak pagar itu terkonversi 93% (Sihotang, 2011).
CPO yang tidak standar sering memiliki ALB yang tinggi sehingga tidak dapat dijual. Selain itu,
CPO mengandung bahan matrik yang lain seperti: fospolipid, karotenoid, sehingga akan menghambat
terjadi reaksi transesterifikasi. Fospolipid adalah lipida yang selain mengandung alkohol dan asam lemak
Universitas Sumatera Utara
juga mengandung residu asam fosfat dan basa protein (Ponten, 1998). Oleh karena itu, dalam penelitian
ini telah dicoba reaksi transesterifikasi menggunakan CPO dengan kadar ALB di atas 5%, serta akan
dipelajari faktor yang lain, seperti: lama reaksi, konsentrasi katalis asam polimer, dan suhu reaksi. Hasil
perlakuan dianalisis dengan gas kromatografi memakai kolom gliserida.
Biodiesel adalah sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui, tidak beracun, bebas dari
unsur sulpur dan aromatis. Biodiesel dihasilkan dengan reaksi transesterifikasi antara minyak tumbuhtumbuhan ataupun minyak jelantah (waste oil) dengan alkohol yang memiliki berat molekul rendah,
seperti: metanol ataupun etanol.
Dalam skala industri biodiesel dihasilkan dari reaksi homogen. Disamping itu, biodiesel juga
dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, berbentuk cair dan dapat dipergunakan untuk segala
jenis mesin diesel tanpa harus dimodifikasi. Transeserifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan
katalis asam maupun basa. Penggunaan H2SO4 sebagai katalis, reaksinya berlangsung sangat lambat.
Untuk katalis basa biasanya menggunakan KOH atau NaOH. Namun, dalam realisasinya pada saat
berlangsungnya reaksi akan terbentuk sabun (Hameed et al, 2008).
Gliserol (C3H8O3) adalah suatu alkohol dengan 3 group hidroksil (-OH), di mana gliserol ini
dihasilkan dari produk samping (by product) reaksi transesterifikasi antara CPO dengan metanol.
Metanol adalah alkohol yang digunakan dalam reaksi ini dengan sifat-sifat fisikanya, antara lain:
viskositas, titik didih dan dapat memberikan dampak positif terhadap bilangan cetane biodiesel.
Dari reaksi transesterifikasi, gliserol yang diperoleh masih mangandung pengotor (crude
glycerol), seperti: sisa-sisa katalis, metanol yang tidak bereaksi, dan lain-lain. Oleh karena itu diperlukan
tahapan proses berikutnya (proses pemurnian) sehingga hasil pemurnian ini dapat menjadi bahan baku
terutama untuk industri oleopangan (Isahak et al, 2010).
Dalam penelitian ini menggunakan Polistirena bis Fenol A Polikarbonat Sulfonat (PS-PAPS)
sebagai katalis. Pemilihan katalis PS-PAPS karena memiliki beberapa keunggulan, antara lain:
1. Dapat mempercepat pencampuran minyak dengan metanol.
Universitas Sumatera Utara
2. Pemisahannya lebih mudah jika dibandingkan dengan penggunaan H2SO4 karena memiliki
berat molekul yang besar.
3. Sifat liophilitasnya lebih tinggi sehingga dapat diambil kembali.
4. Tidak mencemari lingkungan sehingga sangat sesuai penggunaannya sehingga memudahkan
dalam pengelolaan lingkungan.
1.2
Rumusan Masalah
Reaksi transesterifikasi CPO pada pembuatan metil ester (biodiesel) biasanya menggunakan
katalis basa akan tetapi hasilnya terbatas unuk CPO dengan kadar asam lemak bebas (ALB) rendah.
Penelitian ini mencoba menggunakan katalis PS– PAPS polimer. Selanjutnya efek katalis ini terhadap
reaksi transesterifikasi akan diamati.
1.3
Tujuan Penelitian
Untuk melihat pengaruh variabel-variabel proses pada reaksi transesterifikasi yang menggunakan
katalis PS–PAPS polimer terhadap kadar FAME (fatty acid methyl ester). Variabel-variabel proses dalam
penelitian ini: lama reaksi, konsentrasi katalis, dan suhu reaksi.
1.4
Manfaat Penelitian
Karena CPO adalah hasil primadona dari perkebunan Indonesia maka penelitian ini memberikan
nilai yang positif bagi peningkatan nilai perkebunan.
Produk samping (by product) dari reaksi transesterifikasi adalah gliserol. Gliserol yang terbentuk
masih mengandung impuritis. Untuk hal ini, dapat dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kelayakan
pemanfaatan gliserol sebagai bahan baku untuk produksi oleopangan. Sementara, pemanfaatan gliserol
sebagai bahan baku untuk produksi biolubrikan telah diteliti Isahak et al (2010). Dalam industri teknologi
karet (terutama industri pengolahan karet kering), penggunaan biolubrikan sebagai pelembut.
1.5
Lingkup Penelitian
Penelitian ini melingkupi beberapa hal seperti yang akan dijelaskan di bawah ini, sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
1.5.1
Bahan Baku
Untuk melakukan penelitian ini digunakan CPO ber ALB tinggi (> 5%)
yang berasal dari PKS
Sei Silau, Kisaran, PTPN III.
1.5.2
Variabel Yang Diamati:
1.5.2.1 Variabel tetap
Variabel tetap yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut.
a. Jumlah CPO = 50 gram = 0,059 mol
b. Jumlah volume metanol = 26 ml = 0,64 mol
c. Rasio molar metanol/CPO = 1 : 12
d. Kecepatan pengaduk = 800 rpm.
1.5.2.2 Variabel tidak tetap
Variabel tidak tetap dimaksud dijelaskan di bawah ini.
a. Waktu reaksi = 2, 4, dan 6 jam.
b. Konsentrasi katalis = 2, 4, dan 6%, serta suhu = 110ºC, 120ºC, dan 130ºC.
1.5.3
Parameter Uji Metil Ester.
Hasil reaksi yang telah mengalami berbagai perlakukan, seperti: sentrifugasi, penyaringan, proses
vacum diuji dengan gas kromatografi (GC) untuk melihat komposisi metil ester.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Crude palm oil (CPO) sebagai salah satu komoditi agrobisnis mempunyai nilai ekspor yang
tinggi, namun nilai ekonomisnya sangat rendah. Dalam skala industri, CPO dapat digunakan sebagai
bahan baku untuk industri oleokimia dan oleopangan.
Pemanfaatannya tidak hanya sebatas untuk
produksi minyak goreng (minyak makan) tetapi telah mencapai ke tingkat industri hilir, seperti: bahan
baku untuk pembuatan sabun, pembuatan kosmetika, biodiesel, dan lain-lain.
Penggunaan CPO sebagai bahan baku untuk proses di industri oleokimia ataupun
oleopangan sangat tergantung kepada standar asam lemak bebas (ALB).
Sebagai contoh,
persyaratan ALB CPO untuk pengolahan minyak goreng (oleopangan) maksimal 3,5%
sedangkan untuk ekspor maksimal 5%. Jika kadar CPO melebihi 5% maka CPO itu dinyatakan
di luar standar (Kurniawan, 2003).
Untuk memberdayakan CPO dengan kwalitas ALB di atas 5% maka diperlukan cara tidak
langsung memisahkan lemak ini dari ALB tersebut. Teknik transesterifikasi merupakan suatu cara yang
tepat untuk memisahkan gliserida dari CPO. Reaksi transesterifikasi dengan mencampurkan gliserida
dengan alkohol menghasilkan ester dan gliserol. Jika lemak tersebut mengandung asam lemak bebas
tinggi, maka katalis pilihan adalah asam (Demirbas, A 2008).
Transesterifikasi minyak jarak pagar dengan ALB 7,8% telah dilakukan dengan mencampurkan
minyak bersama metanol kering 1: 12 mol pada suhu 120oC selama 6 jam dengan katalis sulfonat polimer
8% berat minyak. Minyak jarak pagar itu terkonversi 93% (Sihotang, 2011).
CPO yang tidak standar sering memiliki ALB yang tinggi sehingga tidak dapat dijual. Selain itu,
CPO mengandung bahan matrik yang lain seperti: fospolipid, karotenoid, sehingga akan menghambat
terjadi reaksi transesterifikasi. Fospolipid adalah lipida yang selain mengandung alkohol dan asam lemak
Universitas Sumatera Utara
juga mengandung residu asam fosfat dan basa protein (Ponten, 1998). Oleh karena itu, dalam penelitian
ini telah dicoba reaksi transesterifikasi menggunakan CPO dengan kadar ALB di atas 5%, serta akan
dipelajari faktor yang lain, seperti: lama reaksi, konsentrasi katalis asam polimer, dan suhu reaksi. Hasil
perlakuan dianalisis dengan gas kromatografi memakai kolom gliserida.
Biodiesel adalah sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui, tidak beracun, bebas dari
unsur sulpur dan aromatis. Biodiesel dihasilkan dengan reaksi transesterifikasi antara minyak tumbuhtumbuhan ataupun minyak jelantah (waste oil) dengan alkohol yang memiliki berat molekul rendah,
seperti: metanol ataupun etanol.
Dalam skala industri biodiesel dihasilkan dari reaksi homogen. Disamping itu, biodiesel juga
dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, berbentuk cair dan dapat dipergunakan untuk segala
jenis mesin diesel tanpa harus dimodifikasi. Transeserifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan
katalis asam maupun basa. Penggunaan H2SO4 sebagai katalis, reaksinya berlangsung sangat lambat.
Untuk katalis basa biasanya menggunakan KOH atau NaOH. Namun, dalam realisasinya pada saat
berlangsungnya reaksi akan terbentuk sabun (Hameed et al, 2008).
Gliserol (C3H8O3) adalah suatu alkohol dengan 3 group hidroksil (-OH), di mana gliserol ini
dihasilkan dari produk samping (by product) reaksi transesterifikasi antara CPO dengan metanol.
Metanol adalah alkohol yang digunakan dalam reaksi ini dengan sifat-sifat fisikanya, antara lain:
viskositas, titik didih dan dapat memberikan dampak positif terhadap bilangan cetane biodiesel.
Dari reaksi transesterifikasi, gliserol yang diperoleh masih mangandung pengotor (crude
glycerol), seperti: sisa-sisa katalis, metanol yang tidak bereaksi, dan lain-lain. Oleh karena itu diperlukan
tahapan proses berikutnya (proses pemurnian) sehingga hasil pemurnian ini dapat menjadi bahan baku
terutama untuk industri oleopangan (Isahak et al, 2010).
Dalam penelitian ini menggunakan Polistirena bis Fenol A Polikarbonat Sulfonat (PS-PAPS)
sebagai katalis. Pemilihan katalis PS-PAPS karena memiliki beberapa keunggulan, antara lain:
1. Dapat mempercepat pencampuran minyak dengan metanol.
Universitas Sumatera Utara
2. Pemisahannya lebih mudah jika dibandingkan dengan penggunaan H2SO4 karena memiliki
berat molekul yang besar.
3. Sifat liophilitasnya lebih tinggi sehingga dapat diambil kembali.
4. Tidak mencemari lingkungan sehingga sangat sesuai penggunaannya sehingga memudahkan
dalam pengelolaan lingkungan.
1.2
Rumusan Masalah
Reaksi transesterifikasi CPO pada pembuatan metil ester (biodiesel) biasanya menggunakan
katalis basa akan tetapi hasilnya terbatas unuk CPO dengan kadar asam lemak bebas (ALB) rendah.
Penelitian ini mencoba menggunakan katalis PS– PAPS polimer. Selanjutnya efek katalis ini terhadap
reaksi transesterifikasi akan diamati.
1.3
Tujuan Penelitian
Untuk melihat pengaruh variabel-variabel proses pada reaksi transesterifikasi yang menggunakan
katalis PS–PAPS polimer terhadap kadar FAME (fatty acid methyl ester). Variabel-variabel proses dalam
penelitian ini: lama reaksi, konsentrasi katalis, dan suhu reaksi.
1.4
Manfaat Penelitian
Karena CPO adalah hasil primadona dari perkebunan Indonesia maka penelitian ini memberikan
nilai yang positif bagi peningkatan nilai perkebunan.
Produk samping (by product) dari reaksi transesterifikasi adalah gliserol. Gliserol yang terbentuk
masih mengandung impuritis. Untuk hal ini, dapat dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kelayakan
pemanfaatan gliserol sebagai bahan baku untuk produksi oleopangan. Sementara, pemanfaatan gliserol
sebagai bahan baku untuk produksi biolubrikan telah diteliti Isahak et al (2010). Dalam industri teknologi
karet (terutama industri pengolahan karet kering), penggunaan biolubrikan sebagai pelembut.
1.5
Lingkup Penelitian
Penelitian ini melingkupi beberapa hal seperti yang akan dijelaskan di bawah ini, sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
1.5.1
Bahan Baku
Untuk melakukan penelitian ini digunakan CPO ber ALB tinggi (> 5%)
yang berasal dari PKS
Sei Silau, Kisaran, PTPN III.
1.5.2
Variabel Yang Diamati:
1.5.2.1 Variabel tetap
Variabel tetap yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut.
a. Jumlah CPO = 50 gram = 0,059 mol
b. Jumlah volume metanol = 26 ml = 0,64 mol
c. Rasio molar metanol/CPO = 1 : 12
d. Kecepatan pengaduk = 800 rpm.
1.5.2.2 Variabel tidak tetap
Variabel tidak tetap dimaksud dijelaskan di bawah ini.
a. Waktu reaksi = 2, 4, dan 6 jam.
b. Konsentrasi katalis = 2, 4, dan 6%, serta suhu = 110ºC, 120ºC, dan 130ºC.
1.5.3
Parameter Uji Metil Ester.
Hasil reaksi yang telah mengalami berbagai perlakukan, seperti: sentrifugasi, penyaringan, proses
vacum diuji dengan gas kromatografi (GC) untuk melihat komposisi metil ester.
Universitas Sumatera Utara