Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Dedak Padi (Rice Bran Oil) Dengan Reaksi Transesterifikasi Menggunakan Katalis Heterogen Zeolit Alam yang Dimodifikasi Dengan KOH
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Pada kondisi saat ini, Indonesia memiliki tingkat konsumsi bahan bakar
minyak terbesar sebagai sumber energi. Data menyebutkan bahwa konsumsi
minyak di Indonesia mencapai 363,52 million BOE (Barrel of Oil Equivalent),
angka ini mendekati 36,41% dari total konsumsi energi yaitu sebesar 998,53 million
BOE (Barrel of Oil Equivalent) [1]. Peningkatan pertumbuhan populasi manusia
dan pertumbuhan industri akan meningkatkan konsumsi energi pula [2]. Konsumsi
energi yang tinggi menimbulkan keterbatasan bahan bakar fosil sehingga
diperlukan energi alternatif untuk dapat memenuhi konsumsi energi [3]. Biodiesel
merupakan bahan bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan
bakar bakar fosil [4].
Teknologi pembuatan biodiesel sudah banyak dilakukan salah satunya
dengan penggunaan katalis heterogen. Hal ini karena dengan penggunaan katalis
heterogen memiliki beberapa keuntungan diantaranya memiliki aktivitas katalis
yang tinggi pada reaksi transesterifikasi, lebih stabil dan lebih ramah lingkungan
[5,6]. Kusuma, dkk (2013) melaporkan pembuatan biodiesel dari minyak sawit
dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen KOH/zeolit dapat
memberikan yield biodiesel sebesar 95,05% [7]. Selain itu, Noiroj, dkk (2009) juga
melaporkan pembuatan biodiesel dari minyak sawit dengan reaksi transesterifikasi
menggunakan katalis heterogen KOH/Al2O3 dan KOH/NaY dapat memberikan
yield biodiesel sebesar 91,07% [8]. Zeolit merupakan katalis heterogen yang
memiliki pori
pori dengan ukuran yang sama. Zeolit dapat digunakan sebagai
adsorben, penukar ion ataupun sebagai katalis [7]. Zeolit alam dapat digunakan
sebagai katalis dalam pembuatan biodiesel, dimana ketersediaannya yang mudah
dan murah karena diperoleh dari alam.
Biodiesel memiliki banyak kelebihan dibandingkan bahan bakar fosil
diantaranya: lebih ramah lingkungan dengan mengurangi jumlah polutan (CO) yang
dihasilkan, memiliki titik nyala yang tinggi, merupakan energi yang bersifat
biodegradable, serta mengurangi senyawa
senyawa toksik [3,9]. Biodiesel yang
1
Universitas Sumatera Utara
dihasilkan dari bahan pangan akan menyebabkan krisis laju produksi bahan minyak
pangan [2,10,11]. Oleh karena itu, pemanfaatan bahan bukan pangan yang berupa
minyak dedak padi sangat dianjurkan dalam pembuatan biodiesel.
Biodiesel
dari
minyak
dedak
padi
sangat
berpotensi
dalam
pengaplikasiannya di Indonesia. Hal ini dibuktikan dengan produksi padi Indonesia
pada tahun 2014 (ASEM) sebanyak 70,83 juta ton gabah kering giling (GKG) [12].
Dedak padi dihasilkan 8-10% dari gabah kering giling. Indonesia memiliki potensi
dedak padi sebanyak 5 juta ton/tahun [13]. Dedak padi memiliki kandungan minyak
sekitar 15-23% minyak atau potensi minyak pangan dari dedak padi di Indonesia
sebesar 750.000 ton/tahun [13,14]. Dalam penelitian ini dedak padi dipilih sebagai
bahan baku pembuatan biodiesel karena potensinya yang besar, bersifat ekonomis,
kurangnya pemanfaatan dedak padi sebagai limbah serta dapat meningkatkan nilai
guna dari dedak padi.
Minyak dedak padi memiliki kandungan asam lemak bebas (FFA) yang
tinggi sebesar 4-8% berat minyak dedak padi [15]. Fitriyana, dkk (2012)
melaporkan bahwa pembuatan biodiesel dari minyak dedak padi yang memiliki
FFA tinggi dilakukan dengan dua tahap reaksi, esterifikasi dan transesterifikasi
dengan yield biodiesel sebesar 3,029% [16]. Oleh karena itu, pembuatan biodiesel
dedak padi menggunakan katalis heterogen modifikasi zeolit alam dan KOH
dengan satu tahapan reaksi transesterifikasi diharapkan dapat memberikan yield
biodiesel yang tinggi dan sesuai dengan standar biodiesel.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Pada penelitian ini diarahkan guna menghasilkan yield biodiesel yang tinggi
dari minyak yang memiliki FFA > 1%, serta pengaruh beberapa faktor percobaan
terhadap yield biodiesel yang dihasilkan. Selain itu, untuk mengetahui bagaimana
karakteristik dan keefektifan dari modifikasi zeolit alam dengan KOH.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk:
1. Untuk memanfaatkan minyak dedak padi sebagai bahan baku dan zeolit alam
yang dimodifikasi dengan proses impregnasi senyawa KOH sebagai katalis
heterogen basa kuat dalam reaksi transesterifikasi untuk pembuatan biodiesel.
2
Universitas Sumatera Utara
2. Untuk menentukan kondisi operasi : variasi waktu reaksi transesterifikasi,
jumlah katalis heterogen, perbandingan minyak dan alkohol serta konsentrasi
KOH yang terbaik dari rentang variasi yang ada, terhadap yield biodiesel yang
dihasilkan serta memenuhi standar biodiesel SNI 04-7182-2012.
3. Untuk mengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan diantaranya : kemurnian,
densitas, viskositas, dan titik nyala.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan informasi dalam bidang penelitian biodiesel tentang keefektifan
zeolit alam yang dimodifikasi dengan KOH sebagai katalis heterogen.
2. Salah satu alternatif untuk sumber energi (biodiesel) dari minyak dedak padi.
3. Memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Penelitian
Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah minyak dedak padi (rice bran oil)
Oryza , metanol, zeolit alam serta KOH sebagai modifikasi katalis heterogen
reaksi transesterifikasi.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel seperti
berikut :
Tahapan Modifikasi Katalis
a. Variabel tetap :
1. Ratio massa zeolit/KOH
= 1 : 4 % massa [14]
2. Suhu reaksi
= 60oC [14]
3. Kecepatan Pengadukan
= 500 rpm [14]
b. Variabel berubah :
Konsentrasi KOH/zeolit
= 75 gram/100mL, 100gram/100mL
125 gram/100mL, 150 gram/100mL,
175 gram/100mL [14]
3
Universitas Sumatera Utara
Tahapan Sintesis Biodiesel
a. Variabel tetap :
1. Suhu reaksi
= 60oC [14]
2. Kecepatan Pengadukan
= 500 rpm [14]
b. Variabel berubah :
1. Waktu reaksi
= 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 jam
2. Konsentrasi katalis
= 2; 2,5; 3; 3,5; 4 % berat dari minyak
3. Rasio mol metanol/minyak
= 8:1; 10:1; 12:1
Parameter yang dianalisis pada bahan baku minyak dedak padi meliputi :
1. Komposisi asam lemak dengan menggunakan GCMS.
2. Analisa kadar Free Fatty Acid (FFA) dengan metode tes AOCS Official Method
Ca 5a-40
Parameter yang dianalisis pada katalis KOH/zeolit meliputi analisa struktur
katalis dengan FTIR (Fourier Transform Infra Red) dan analisa kandungan logam
kalium (K) yang terdapat pada zeolit dengan AAS (Atomic Absorption
Spectroscopy).
Analisis produk biodiesel yang dilakukan :
1. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GC.
2. Analisis viskositas biodiesel menggunakan metode tes ASTM D 445
3. Analisis densitas biodiesel menggunakan metode tes OECD 109
4. Analisis titik nyala.
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Pada kondisi saat ini, Indonesia memiliki tingkat konsumsi bahan bakar
minyak terbesar sebagai sumber energi. Data menyebutkan bahwa konsumsi
minyak di Indonesia mencapai 363,52 million BOE (Barrel of Oil Equivalent),
angka ini mendekati 36,41% dari total konsumsi energi yaitu sebesar 998,53 million
BOE (Barrel of Oil Equivalent) [1]. Peningkatan pertumbuhan populasi manusia
dan pertumbuhan industri akan meningkatkan konsumsi energi pula [2]. Konsumsi
energi yang tinggi menimbulkan keterbatasan bahan bakar fosil sehingga
diperlukan energi alternatif untuk dapat memenuhi konsumsi energi [3]. Biodiesel
merupakan bahan bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan
bakar bakar fosil [4].
Teknologi pembuatan biodiesel sudah banyak dilakukan salah satunya
dengan penggunaan katalis heterogen. Hal ini karena dengan penggunaan katalis
heterogen memiliki beberapa keuntungan diantaranya memiliki aktivitas katalis
yang tinggi pada reaksi transesterifikasi, lebih stabil dan lebih ramah lingkungan
[5,6]. Kusuma, dkk (2013) melaporkan pembuatan biodiesel dari minyak sawit
dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen KOH/zeolit dapat
memberikan yield biodiesel sebesar 95,05% [7]. Selain itu, Noiroj, dkk (2009) juga
melaporkan pembuatan biodiesel dari minyak sawit dengan reaksi transesterifikasi
menggunakan katalis heterogen KOH/Al2O3 dan KOH/NaY dapat memberikan
yield biodiesel sebesar 91,07% [8]. Zeolit merupakan katalis heterogen yang
memiliki pori
pori dengan ukuran yang sama. Zeolit dapat digunakan sebagai
adsorben, penukar ion ataupun sebagai katalis [7]. Zeolit alam dapat digunakan
sebagai katalis dalam pembuatan biodiesel, dimana ketersediaannya yang mudah
dan murah karena diperoleh dari alam.
Biodiesel memiliki banyak kelebihan dibandingkan bahan bakar fosil
diantaranya: lebih ramah lingkungan dengan mengurangi jumlah polutan (CO) yang
dihasilkan, memiliki titik nyala yang tinggi, merupakan energi yang bersifat
biodegradable, serta mengurangi senyawa
senyawa toksik [3,9]. Biodiesel yang
1
Universitas Sumatera Utara
dihasilkan dari bahan pangan akan menyebabkan krisis laju produksi bahan minyak
pangan [2,10,11]. Oleh karena itu, pemanfaatan bahan bukan pangan yang berupa
minyak dedak padi sangat dianjurkan dalam pembuatan biodiesel.
Biodiesel
dari
minyak
dedak
padi
sangat
berpotensi
dalam
pengaplikasiannya di Indonesia. Hal ini dibuktikan dengan produksi padi Indonesia
pada tahun 2014 (ASEM) sebanyak 70,83 juta ton gabah kering giling (GKG) [12].
Dedak padi dihasilkan 8-10% dari gabah kering giling. Indonesia memiliki potensi
dedak padi sebanyak 5 juta ton/tahun [13]. Dedak padi memiliki kandungan minyak
sekitar 15-23% minyak atau potensi minyak pangan dari dedak padi di Indonesia
sebesar 750.000 ton/tahun [13,14]. Dalam penelitian ini dedak padi dipilih sebagai
bahan baku pembuatan biodiesel karena potensinya yang besar, bersifat ekonomis,
kurangnya pemanfaatan dedak padi sebagai limbah serta dapat meningkatkan nilai
guna dari dedak padi.
Minyak dedak padi memiliki kandungan asam lemak bebas (FFA) yang
tinggi sebesar 4-8% berat minyak dedak padi [15]. Fitriyana, dkk (2012)
melaporkan bahwa pembuatan biodiesel dari minyak dedak padi yang memiliki
FFA tinggi dilakukan dengan dua tahap reaksi, esterifikasi dan transesterifikasi
dengan yield biodiesel sebesar 3,029% [16]. Oleh karena itu, pembuatan biodiesel
dedak padi menggunakan katalis heterogen modifikasi zeolit alam dan KOH
dengan satu tahapan reaksi transesterifikasi diharapkan dapat memberikan yield
biodiesel yang tinggi dan sesuai dengan standar biodiesel.
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Pada penelitian ini diarahkan guna menghasilkan yield biodiesel yang tinggi
dari minyak yang memiliki FFA > 1%, serta pengaruh beberapa faktor percobaan
terhadap yield biodiesel yang dihasilkan. Selain itu, untuk mengetahui bagaimana
karakteristik dan keefektifan dari modifikasi zeolit alam dengan KOH.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk:
1. Untuk memanfaatkan minyak dedak padi sebagai bahan baku dan zeolit alam
yang dimodifikasi dengan proses impregnasi senyawa KOH sebagai katalis
heterogen basa kuat dalam reaksi transesterifikasi untuk pembuatan biodiesel.
2
Universitas Sumatera Utara
2. Untuk menentukan kondisi operasi : variasi waktu reaksi transesterifikasi,
jumlah katalis heterogen, perbandingan minyak dan alkohol serta konsentrasi
KOH yang terbaik dari rentang variasi yang ada, terhadap yield biodiesel yang
dihasilkan serta memenuhi standar biodiesel SNI 04-7182-2012.
3. Untuk mengetahui kualitas biodiesel yang dihasilkan diantaranya : kemurnian,
densitas, viskositas, dan titik nyala.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan informasi dalam bidang penelitian biodiesel tentang keefektifan
zeolit alam yang dimodifikasi dengan KOH sebagai katalis heterogen.
2. Salah satu alternatif untuk sumber energi (biodiesel) dari minyak dedak padi.
3. Memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Penelitian
Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah minyak dedak padi (rice bran oil)
Oryza , metanol, zeolit alam serta KOH sebagai modifikasi katalis heterogen
reaksi transesterifikasi.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel seperti
berikut :
Tahapan Modifikasi Katalis
a. Variabel tetap :
1. Ratio massa zeolit/KOH
= 1 : 4 % massa [14]
2. Suhu reaksi
= 60oC [14]
3. Kecepatan Pengadukan
= 500 rpm [14]
b. Variabel berubah :
Konsentrasi KOH/zeolit
= 75 gram/100mL, 100gram/100mL
125 gram/100mL, 150 gram/100mL,
175 gram/100mL [14]
3
Universitas Sumatera Utara
Tahapan Sintesis Biodiesel
a. Variabel tetap :
1. Suhu reaksi
= 60oC [14]
2. Kecepatan Pengadukan
= 500 rpm [14]
b. Variabel berubah :
1. Waktu reaksi
= 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 jam
2. Konsentrasi katalis
= 2; 2,5; 3; 3,5; 4 % berat dari minyak
3. Rasio mol metanol/minyak
= 8:1; 10:1; 12:1
Parameter yang dianalisis pada bahan baku minyak dedak padi meliputi :
1. Komposisi asam lemak dengan menggunakan GCMS.
2. Analisa kadar Free Fatty Acid (FFA) dengan metode tes AOCS Official Method
Ca 5a-40
Parameter yang dianalisis pada katalis KOH/zeolit meliputi analisa struktur
katalis dengan FTIR (Fourier Transform Infra Red) dan analisa kandungan logam
kalium (K) yang terdapat pada zeolit dengan AAS (Atomic Absorption
Spectroscopy).
Analisis produk biodiesel yang dilakukan :
1. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GC.
2. Analisis viskositas biodiesel menggunakan metode tes ASTM D 445
3. Analisis densitas biodiesel menggunakan metode tes OECD 109
4. Analisis titik nyala.
4
Universitas Sumatera Utara