Pemanfaatan Abu Tulang Ayam sebagai Katalis Heterogen (CaO) dalam Proses Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Pelarut Metanol dari CPO
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertambahan populasi penduduk dan peningkatan kebutuhan manusia seiring
dengan berkembangnya zaman, mengakibatkan meningkatnya kebutuhan akan energi
yang tidak dapat diperbarui. Selama ini sebagian besar sumber energi menggunakan
bahan bakar fosil yang jumlahnya semakin menipis. Hal ini mendorong kita mencari
berbagai cara untuk menghemat penggunaan minyak bumi serta menciptakan energi
alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil [2]. Disamping itu, dampak lingkungan
dan menurunnya persediaan bahan bakar fosil, mengakibatkan maraknya
peningkatan minat terhadap sumber-sumber energi alternatif atau baru, salah satunya
ialah biodiesel. Bahan bakar ini dapat diperbarui, tidak beracun, mudah didegradasi
secara biologis, bahan bakar alternatif, dapat digunakan di dalam infrastruktur mobil
diesel saat ini tanpa modifikasi mesin utamanya [1].
Minyak kelapa sawit adalah salah satu sumber energi yang potensial. Sebagai
negara yang tanahnya subur, Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk
berperan dalam industri kelapa sawit. Terlebih lagi pada 2007 Indonesia tercatat
sebagai penghasil dan pengekspor minyak kelapa sawit terbesar di dunia. Sampai
dengan 2010, luas areal perkebunan kelapa sawit di Indonesia mencapai 7,8 juta
hektar. Dalam kurun waktu sekira 15 tahun terakhir produksi minyak kelapa sawit
meningkat hampir lima kali lipat, dari 4,8 juta ton minyak sawit mentah (CPO) pada
1996 menjadi 19,8 juta ton pada 2010 [2].
Biodiesel merupakan ester monoalkil dari asam lemak yang diperoleh melalui
transesterifikasi dari trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewan dengan
pelarut alkohol rantai pendek, seperti metanol atau etanol, dengan adanya katalis.
Pembentukan senyawa alkil ester mengurangi viskositas dan nilai flash-point
minyak. Transesterifikasi minyak nabati atau lemak untuk produksi biodiesel dapat
dikatalisasi oleh katalis asam dan basa atau dengan penggunaan lipase sebagai
biokatalis. Umumnya, katalis basa lebih disukai daripada katalis asam karena
aktivitas asamnya yang rendah dan sifat korosif nya yang tinggi [3].
1
Universitas Sumatera Utara
Biodiesel
memiliki
beberapa
keunggulan
dibandingkan
petrodiesel
konvensional; antara lain biodiesel ini merupakan bahan bakar yang dapat diperbarui,
biodegradable, tidak beracun, memiliki karbon netral, memiliki kandungan sulfur
yang rendah, daya pelumasan tinggi dan titik nyala yang lebih baik [11]. Sifat
menguntungkan dari biodiesel ini sangat mirip dengan bahan bakar diesel
konvensional, sehingga ini memungkinkan untuk dapat dicampur dengan
perbandingan yang sesuai [4] seperti yang kita kenal dengan biosolar.
Sampai tahun 2013, Indonesia telah berhasil mengembangkan perkebunan
Kelapa sawit sekitar 9.2 juta hektar dengan produksi CPO sebesar 26.5 juta ton.
Dengan produksi CPO sebesar itu, Indonesia berhasil menjadi produsen CPO
terbesar dunia. Prestasi yang impresif tersebut perlu dipertahankan dan ditingkatkan
kualitasnya secara berkelanjutan, sehingga multi manfaat yang dihasilkan makin
besar,bermutu dan makin meluas secara lintas generasi [7].
Keberadaan katalis sangat diperlukan untuk meningkatkan laju reaksi dan hasil
reaksi transesterifikasi. Katalis ini dapat diklasifikasikan berdasarkan keberadaan
ilmu kimia pada reaksi transesterifikasi: yaitu katalis homogen atau heterogen.
Secara umum, proses produksi biodiesel dengan katalis heterogen memiliki jumlah
yang lebih sedikit dari sisi unit operasi, pemisahan produk yang sederhana dan
langkah-langkah pemurnian yang sederhana dan tidak diperlukannya proses
netralisasi [5].
Secara umum, katalis basa padat lebih reaktif daripada katalis asam padat dan
juga memerlukan waktu reaksi yang relatif lebih pendek dan suhu reaksi yang lebih
rendah. Namun, katalis asam padat memiliki beberapa keunggulan dibandingkan
katalis basa padat seperti reaksi kurang dipengaruhi oleh adanya air dan asam lemak
bebas (FFA). Keuntungan dari katalis basa padat adalah kemampuannya untuk
melakukan transesterifikasi dari bahan minyak trigliserida [5].
Dalam penelitian ini, digunakan katalis heterogen yang mudah diperoleh, murah
dan juga yang ramah terhadap lingkungan, seperti dari tulang ayam. Tulang ayam
yang mudah diperoleh dapat dijadikan sebagai sumber mineral kalsium yang
berpotensi sebagai sumber kalsium oksida (CaO), dimana Ca pada tulang berada
dalam bentukan garam kalsium dan fosfor, terdeposit dalam jaringan matriks lunak
yang terdiri dari bahan organik mengandung serat kolagen dan gel mukopolisakarida
2
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan yang dilakukan oleh Mohadi, R., dkk.,
bahwa persentase CaO pada tulang ayam sebesar 56,28% [6].
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan
biodiesel berbasis CPO dengan menggunakan katalis tulang ayam, dan dengan proses
transesterifikasi ini.
1.2 Rumusan masalah
Belakangan ini, katalis heterogen CaO dari tulang ayam digunakan sebagai
pengganti katalis basa heterogen yang umum digunakan dalam pembuatan biodiesel
karena selain biaya pengadaan katalis yang tergolong rendah, dapat juga digunakan
kembali,
Oleh sebab itu perlu diteliti lebih lanjut sejauh mana pengaruh suhu reaksi, rasio
molar metanol, dan katalis,heterogen (CaO) dalam proses pembuatan biodiesel.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan pengaruh suhu reaksi, % katalis dan rasio molar metanol : CPO
terhadap yield.
2. Menganalisis sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :
1. Memberikan informasi katalis basa heterogen (tulang ayam) dalam
pembuatan biodiesel dari CPO
2. Mengetahui sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis tulang
ayam ini.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 Ruang Lingkup
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Proses
Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Bahan baku yang digunakan adalah Crude Palm Oil (CPO) yang diperoleh
dari Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
Penelitian ini dilaksanakan dengan tiga tahapan proses yaitu persiapan tulang
ayam sebagai katalis, proses esterifikasi dan proses transesterifikasi.
1. Proses Persiapan Tulang Ayam
•
Penghalusan tulang ayam
•
Temperatur Pembakaran
: 900 0C
•
Waktu Pembakaran
: 5 jam
•
Penyaringan abu
: 100 mesh
2. Proses Esterifikasi [35]
•
Penyaringan bahan baku CPO dengan kertas saring
•
Temperatur reaksi
•
Konsentrasi katalis (H2SO4) : 3% (w/w) CPO
•
Waktu reaksi
: 90 menit
•
Rasio molar reaktan
: 6:1 (Metanol : TG)
•
Kecepatan Pengaduk
: 250 rpm
: 600C
3. Proses Transesterifikasi
•
Temperatur reaksi
:55, 60, 65 0C
•
Waktu reaksi
: 7 jam
•
Rasio Molar reaktan
: 13:1, 15:1, 17:1
•
Jumlah katalis
: 5, 6, dan 7 wt.%
•
Kecepatan Pengaduk
: 500 rpm
4
Universitas Sumatera Utara
1. Analisa kadar CaO dengan metode AAS
2. Analisa kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku CPO
3. Analisa komposisi bahan baku CPO dan biodiesel yang dihasilkan dengan
menggunakan GC
4. Analisa viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode ASTM D 445
5. Analisa densitas biodiesel yang dihasilkan
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pertambahan populasi penduduk dan peningkatan kebutuhan manusia seiring
dengan berkembangnya zaman, mengakibatkan meningkatnya kebutuhan akan energi
yang tidak dapat diperbarui. Selama ini sebagian besar sumber energi menggunakan
bahan bakar fosil yang jumlahnya semakin menipis. Hal ini mendorong kita mencari
berbagai cara untuk menghemat penggunaan minyak bumi serta menciptakan energi
alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil [2]. Disamping itu, dampak lingkungan
dan menurunnya persediaan bahan bakar fosil, mengakibatkan maraknya
peningkatan minat terhadap sumber-sumber energi alternatif atau baru, salah satunya
ialah biodiesel. Bahan bakar ini dapat diperbarui, tidak beracun, mudah didegradasi
secara biologis, bahan bakar alternatif, dapat digunakan di dalam infrastruktur mobil
diesel saat ini tanpa modifikasi mesin utamanya [1].
Minyak kelapa sawit adalah salah satu sumber energi yang potensial. Sebagai
negara yang tanahnya subur, Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk
berperan dalam industri kelapa sawit. Terlebih lagi pada 2007 Indonesia tercatat
sebagai penghasil dan pengekspor minyak kelapa sawit terbesar di dunia. Sampai
dengan 2010, luas areal perkebunan kelapa sawit di Indonesia mencapai 7,8 juta
hektar. Dalam kurun waktu sekira 15 tahun terakhir produksi minyak kelapa sawit
meningkat hampir lima kali lipat, dari 4,8 juta ton minyak sawit mentah (CPO) pada
1996 menjadi 19,8 juta ton pada 2010 [2].
Biodiesel merupakan ester monoalkil dari asam lemak yang diperoleh melalui
transesterifikasi dari trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewan dengan
pelarut alkohol rantai pendek, seperti metanol atau etanol, dengan adanya katalis.
Pembentukan senyawa alkil ester mengurangi viskositas dan nilai flash-point
minyak. Transesterifikasi minyak nabati atau lemak untuk produksi biodiesel dapat
dikatalisasi oleh katalis asam dan basa atau dengan penggunaan lipase sebagai
biokatalis. Umumnya, katalis basa lebih disukai daripada katalis asam karena
aktivitas asamnya yang rendah dan sifat korosif nya yang tinggi [3].
1
Universitas Sumatera Utara
Biodiesel
memiliki
beberapa
keunggulan
dibandingkan
petrodiesel
konvensional; antara lain biodiesel ini merupakan bahan bakar yang dapat diperbarui,
biodegradable, tidak beracun, memiliki karbon netral, memiliki kandungan sulfur
yang rendah, daya pelumasan tinggi dan titik nyala yang lebih baik [11]. Sifat
menguntungkan dari biodiesel ini sangat mirip dengan bahan bakar diesel
konvensional, sehingga ini memungkinkan untuk dapat dicampur dengan
perbandingan yang sesuai [4] seperti yang kita kenal dengan biosolar.
Sampai tahun 2013, Indonesia telah berhasil mengembangkan perkebunan
Kelapa sawit sekitar 9.2 juta hektar dengan produksi CPO sebesar 26.5 juta ton.
Dengan produksi CPO sebesar itu, Indonesia berhasil menjadi produsen CPO
terbesar dunia. Prestasi yang impresif tersebut perlu dipertahankan dan ditingkatkan
kualitasnya secara berkelanjutan, sehingga multi manfaat yang dihasilkan makin
besar,bermutu dan makin meluas secara lintas generasi [7].
Keberadaan katalis sangat diperlukan untuk meningkatkan laju reaksi dan hasil
reaksi transesterifikasi. Katalis ini dapat diklasifikasikan berdasarkan keberadaan
ilmu kimia pada reaksi transesterifikasi: yaitu katalis homogen atau heterogen.
Secara umum, proses produksi biodiesel dengan katalis heterogen memiliki jumlah
yang lebih sedikit dari sisi unit operasi, pemisahan produk yang sederhana dan
langkah-langkah pemurnian yang sederhana dan tidak diperlukannya proses
netralisasi [5].
Secara umum, katalis basa padat lebih reaktif daripada katalis asam padat dan
juga memerlukan waktu reaksi yang relatif lebih pendek dan suhu reaksi yang lebih
rendah. Namun, katalis asam padat memiliki beberapa keunggulan dibandingkan
katalis basa padat seperti reaksi kurang dipengaruhi oleh adanya air dan asam lemak
bebas (FFA). Keuntungan dari katalis basa padat adalah kemampuannya untuk
melakukan transesterifikasi dari bahan minyak trigliserida [5].
Dalam penelitian ini, digunakan katalis heterogen yang mudah diperoleh, murah
dan juga yang ramah terhadap lingkungan, seperti dari tulang ayam. Tulang ayam
yang mudah diperoleh dapat dijadikan sebagai sumber mineral kalsium yang
berpotensi sebagai sumber kalsium oksida (CaO), dimana Ca pada tulang berada
dalam bentukan garam kalsium dan fosfor, terdeposit dalam jaringan matriks lunak
yang terdiri dari bahan organik mengandung serat kolagen dan gel mukopolisakarida
2
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan yang dilakukan oleh Mohadi, R., dkk.,
bahwa persentase CaO pada tulang ayam sebesar 56,28% [6].
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan
biodiesel berbasis CPO dengan menggunakan katalis tulang ayam, dan dengan proses
transesterifikasi ini.
1.2 Rumusan masalah
Belakangan ini, katalis heterogen CaO dari tulang ayam digunakan sebagai
pengganti katalis basa heterogen yang umum digunakan dalam pembuatan biodiesel
karena selain biaya pengadaan katalis yang tergolong rendah, dapat juga digunakan
kembali,
Oleh sebab itu perlu diteliti lebih lanjut sejauh mana pengaruh suhu reaksi, rasio
molar metanol, dan katalis,heterogen (CaO) dalam proses pembuatan biodiesel.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan pengaruh suhu reaksi, % katalis dan rasio molar metanol : CPO
terhadap yield.
2. Menganalisis sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :
1. Memberikan informasi katalis basa heterogen (tulang ayam) dalam
pembuatan biodiesel dari CPO
2. Mengetahui sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis tulang
ayam ini.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 Ruang Lingkup
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Proses
Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Bahan baku yang digunakan adalah Crude Palm Oil (CPO) yang diperoleh
dari Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
Penelitian ini dilaksanakan dengan tiga tahapan proses yaitu persiapan tulang
ayam sebagai katalis, proses esterifikasi dan proses transesterifikasi.
1. Proses Persiapan Tulang Ayam
•
Penghalusan tulang ayam
•
Temperatur Pembakaran
: 900 0C
•
Waktu Pembakaran
: 5 jam
•
Penyaringan abu
: 100 mesh
2. Proses Esterifikasi [35]
•
Penyaringan bahan baku CPO dengan kertas saring
•
Temperatur reaksi
•
Konsentrasi katalis (H2SO4) : 3% (w/w) CPO
•
Waktu reaksi
: 90 menit
•
Rasio molar reaktan
: 6:1 (Metanol : TG)
•
Kecepatan Pengaduk
: 250 rpm
: 600C
3. Proses Transesterifikasi
•
Temperatur reaksi
:55, 60, 65 0C
•
Waktu reaksi
: 7 jam
•
Rasio Molar reaktan
: 13:1, 15:1, 17:1
•
Jumlah katalis
: 5, 6, dan 7 wt.%
•
Kecepatan Pengaduk
: 500 rpm
4
Universitas Sumatera Utara
1. Analisa kadar CaO dengan metode AAS
2. Analisa kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku CPO
3. Analisa komposisi bahan baku CPO dan biodiesel yang dihasilkan dengan
menggunakan GC
4. Analisa viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode ASTM D 445
5. Analisa densitas biodiesel yang dihasilkan
5
Universitas Sumatera Utara