ESTERIFIKASI PROSES PRODUKSI BIODIESEL

6

1. ESTERIFIKASI

Esterifikasi adalah reaksi antara metanol dengan asam lemak bebas membentuk metil ester menggunakan katalis asam. Katalis asam yang sering digunakan pada proses esterifikasi, antara lain asam klorida HCl dan asam sulfat H 2 SO 4 . Reaksi esterifikasi tidak hanya mengkonversi asam lemak bebas menjadi metil ester tetapi juga mengubahnya menjadi trigliserida meskipun dengan kecepatan reaksi yang lebih rendah dibandingkan dengan katalis basa Freedman et al. , 1984. Untuk mendorong reaksi dapat mengkonversi sempurna pada suhu rendah 65 o C reaktan metanol Reaksi esterifikasi pada asam lemak bebas dapat dilihat pada Gambar 2. RCOOH + CH 3 OH RCOOCH 3 + H 2 O Gambar 2. Reaksi Esterifikasi Reaksi esterifikasi biasanya dilakukan pada tahap pembuatan biodiesel dengan menggunakan minyak yang memiliki kadar asam lemak bebas lebih dari 2. Reaksi ini bertujuan untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dari minyak nabati tersebut sehingga memiliki kadar asam lemak bebas ≤ 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi esterifikasi adalah jumlah pelarut, waktu reaksi, suhu, konsentrasi katalis dan kandungan air pada minyak. Ozgul dan Turkay, 2002. Reaktan metanol perlu ditambahkan berlebih biasanya lebih dari 10 kali rasio stoikhiometri supaya proses konversi dapat berjalan sempurna. Selain itu, sisa katalis dan air pada produk hasil esterifikasi harus dihilangkan sebelum dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi supaya reaksi dapat berjalan sempurna . . Berchmans. et.al. 2008 telah melakukan proses esterifikasi minyak jarak menggunakan rasio metanol dan minyak 6:1 bb dan menggunakan katalis asam sulfat dapat menurunkan kadar asam lemak bebas minyak hingga kurang dari 1 dan menghasilkan yield biodiesel sebesar 90. Reaksi ini berlangsung selama 1 jam pada suhu 50 o C.. Proses esterifikasi palm fatty acid distilate PFAD menggunakan rasio mol metanol:PFAD 8:1 dan katalis asam sulfat 1.834 -b terhadap PFAD mampu menurunkan kadar asam lemak bebas dari 93 menjadi kurang dari 2 yang diproses selama 1 jam pada suhu 70 C Chongkong et al. 2007. 2. TRANSESTERIFIKASI Transesterifikasi adalah tahap konversi trigliserida menjadi alkil ester melalui reaksi dengan alkohol dan menghasilkan produk samping gliserol. Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa seperti NaOH, KOH, NaOCH 3 dan KOCH 3 Canakci Sanli 2008. Pada prinsipnya transesterifikasi adalah mengeluarkan gliserin dari minyak dan mereaksikan asam lemak bebasnya dengan alkohol metanol menjadi metil ester. Reaksi transeseterifikasi merupakan reaksi yang bersifat reversible dengan kalor reaksi kecil. Pergeserannya reaksi ke arah produk biasanya dilakukan dengan menggunakan alkohol berlebih. Metanol, etanol, propanol dan butanol banyak digunakan dalam reaksi ini Freedman et al. 1984. Pelarut metanol lebih sering digunakan karena harganya lebih murah dibandingkan dengan alkohol jenis lainnya dan dapat bereaksi cepat dengan trigliserida serta dapat melarutkan katalis asam dan basa. Selain itu, secara fisiko-kimia metanol bersifat polar dan memiliki rantai paling pendek. Rendemen transesterifikasi juga dapat diperbaiki dengan penggunaan katalis basa yang berlebih untuk minyak yang mengandung asam lemak bebas tinggi, karena asam lemak bebas yang tidak teresterifikasi dapat dikonversi menjadi garam alkalinyasabun Haas et al.,2003. Tetapi terbentuknya sabun menyulitkan proses pencucian dan memungkinkan hilangnya produk yang berguna. Alternatifnya, proses dilakukan dengan dua tahapan proses yang menggunakan katalis asam dan katalis basa Canakci dan Gerpen, 2001. Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa H 2 SO 4 7 harus dilakukan pada minyak yang bersih, bebas air dan tidak mengandung katalis. Menurut Freedman et al. 1984, kandungan asam lemak bebas dan air yang lebih dari 0,3 dapat menurunkan rendemen transesterifikasi. Berdasarkan penelitian Lee et al. 2002 rendemen transesterifikasi dapat ditingkatkan dari 25 menjadi 96 dengan memurnikan minyak jelantah yaitu menurunkan kadar asam lemak bebas dari 10 menjadi 0,23 dan kadar air dari 0,2 menjadi 0,02. Mekanisme reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 3. CH 2 -OOC-R 1 R 1 -COO- CH 3 CH 2 -OH CH-OOC-R 2 + 3 CH 3 OH R 2 -COO- CH 3 + CH - OH CH 2 -OOC-R 3 R 3 -COO- CH 3 CH 2 -OH Trigliserida Metanol Alkil ester Gliserol Gambar 3. Reaksi transesterifikasi Proses transesterifikasi yang umumnya dilakukan pada minyak hasil ekstraksi bahan alami dilakukan pada rasio mol metanol:minyak 6:1 dengan 1 katalis basa NaOH atau KOH pada 60 C selama 1 jam Canakci Van Gerpen 2003; Wang et al. 2007. Transesterifikasi merupakan reaksi yang berlangsung dalam 3 tahap. Pertama, trigliserida TG dihidrolisis menjadi digliserida DG, selanjutnya digliserida dihidrolisis menjadi monogliserida MG yang akhirnya membentuk alkil ester dan gliserol Darnoko Cheryan 2000. Trigliserida + ROH Digliserida + R 1 COOR Digliserida + ROH Monogliserida + R 2 COOR Monogliserida + ROH Gliserol + R 3 COOR Gambar 4. Mekanisme reaksi transesterifikasi Proses konversi pada reaksi transesterifikasi dipengaruhi oleh faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal merupakan kondisi yang berasal dari minyak, seperti kadar air dan asam lemak bebas. Sedangkan faktor eksternal merupakan kondisi yang berasal dari luar bahan, seperti suhu reaksi, waktu reaksi, kecepatan pengadukan, rasio metanol dan jenis katalis yang digunakan.

3. METODE