Pengaruh Molar Metanol Dengan Minyak dan Waktu Reaksi Pada Pembuatan Biodiesel dari Limbah Minyak Jelantah dengan Menggunakan Katalis Heterogen Abu Kulit Pisang Kepok

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIODIESEL
Biodiesel merupakan sumber bahan bakar alternatif pengganti solar yang terbuat
dari minyak tumbuhan atau lemak hewan. Biodiesel bersifat ramah terhadap
lingkungan karena mudah terurai, tidak beracun, dan rendah emisi. Sifatnya
bervariasi tergantung pada bahan baku minyak dan alkohol yang digunakan tetapi
selalu dapat digunakan sebagai pengganti langsung untuk bahan bakar diesel [12].
Biodiesel

umumnya

disintesis

melalui

reaksi

transesterifikasi

dengan

menggunakan katalis basa seperti natrium dan kalium hidroksida, atau natrium dan
kalium karbonat [4] Bahan baku untuk proses transesterifikasi harus memiliki angka
asam lemak bebas < 0,5% [13]. Jika kadar asam lemak bebas tinggi akan
mengakibatkan reaksi transesterifikasi terganggu akibat terjadinya reaksi penyabunan
antara katalis dengan asam lemak bebas sehingga menurunkan yield biodiesel [14].
Pada kasus demikian, minyak nabati atau lemak hewani yang mengandung asam
lemak bebas tinggi harus diesterifikasi terlebih dahulu. Asam lemak bebas dan
alkohol dapat dikonversi menjadi ester dan air dengan katalis asam [4].
Penggunaan biodiesel memiliki beberapa keuntungan diantaranya bilangan setana
(cetane number) yang tinggi dibandingkan bahan bakar dari petroleum, tidak
mengandung bahan aromatik, mengandung oksigen sekitar 10 sampai 11% berat,
mengurangi emisi CO (karbon monoksida), HC (hidrokarbon), dan beberapa bahan
lainnya pada gas hasil pembakaran [12].Kerugian penggunaan biodiesel yaitu biaya
bahan baku yang tinggi, kualitas dari bahan dapat berubah seiring dengan lama
penyimpanan karena reaksi oksidatif dan hidrolitik, serta dalam beberapa kasus,
emisi gas buang NOx lebih tinggi [15]

6
Universitas Sumatera Utara

Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI 04-7182-2012 [16]
Parameter
Densitas pada 40 C, kg/m3
Viskositas kinematik pada 40 oC, cSt
Angka setana
Titik nyala, oC
Titik kabut, oC
Kadar ester metil, % massa
Angka asam, mg-KOH/g
Angka iodium, g-I2/100g
Gliserol bebas, % massa
Gliserol terikat, % massa
o

Standar
850 – 890
2,3 – 6,0

min 51
min 100
maks 18
min 96,5
maks 0,6
maks 115
maks 0,02
maks 0,24

2.2 MINYAK JELANTAH
Minyak goreng merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia sebagai alat
pengolah bahan-bahan makanan yang biasanya digunakan untuk menggoreng.
Minyak goreng nabati biasa diproduksi dari kelapa sawit, kelapa, atau jagung.
Adapun standar kualitas minyak goreng menurut SNI dapat dilihat pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Minyak Goreng Menurut SNI 04-3741-2002
Parameter

Standar
Normal

Muda Jernih
0,9 gr/liter
Maks 0,2%
Maks 0,3%
Maks 0,3%
Maks 1,00 mg O2/100 gr
45-56
196-206
1,448- 1,450

Bau dan Rasa
Warna
Berat Jenis
Kadar Kotoran
Kadar Air
Asam Lemak Bebas
Bilangan Peroksida
Bilangan Iodin
Bilangan Penyabunan
Indeks Bias

Kualitas minyak goreng dapat menurun akibat dari penggunaaan minyak
tersebut. Minyak goreng yang digunakan berulang disebut dengan minyak jelantah.
Penggunaan minyak goreng yang berulang akan sangat membahayakan kesehatan
manusia. Hal ini terjadi karena penggunaan minyak goreng yang berulang akan

7
Universitas Sumatera Utara

menyebabkan kandungan FFA pada minyak tersebut akan tinggi. Dengan adanya
kandungan FFA pada minyak akan bersifat racun bagi tubuh manusia. Minyak
goreng yang dipakai secara berulang warnanya berubah dari bening menjadi coklat
tua bahkan sampai berwarna hitam akibat dari semakin tingginya kadar asam lemak
bebas. Maka dari itu penggunaan minyak jelantah secara berulang-ulang sangat
berbahaya bagi kesehatan [3].
Dalam penggunaannya, minyak goreng mengalami perubahan kimia akibat
oksidasi dan hidrolisis, sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada minyak goreng
tersebut. Melalui proses-proses tersebut beberapa trigliserida akan terurai menjadi
senyawa-senyawa lain, salah satunya Free Fatty Acid (FFA) atau asam lemak bebas.
Kandungan asam lemak bebas inilah yang kemudian akan diesterifikasi dengan

metanol

menghasilkan

biodiesel.

Sedangkan

kandungan

trigliseridanya

ditransesterifikasi dengan metanol, yang juga menghasilkan biodiesel dan gliserol.
Dengan

kedua proses tersebut maka minyak jelantah dapat bernilai tinggi [3].

Komposisi asam lemak dari minyak jelantah dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.3 Komposisi Asam Lemak Dari Minyak Jelantah [17]

Asam Lemak
Miristat
Arachidat
Palmitoleat
Palmitat
Linoleat
Linolenat
Oleat
Elaidat
Stearat
Eicosenic

% Komposisi
0,9
0,12
4,6
20,4
13,5
0,8
52,9

1,82
4,8
0,84

2.3 ALKOHOL
Metanol adalah alkohol yang umum digunakan untuk produksi asam lemak untuk
digunakan sebagai biodiesel [18] Metanol yang dikenal sebagai metil alcohol wood
alcohol, atau spiritus adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Metanol
merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada tekanan atmosfer, metanol
berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan
beracun dengan bau yang khas (lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan

8
Universitas Sumatera Utara

sebagai bahan pendingin, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi industri
etanol [19].
Di Amerika Serikat, harga metanol adalah setengah harga etanol. Di beberapa
negara, terutama Brazil, bahan baku dan teknologi yang tersedia memungkinkan
produksi etanol lebih ekonomis melalui prose fermentasi menghasilkan produk yang

lebih murah daripada metanol. Etanol juga digunakan dalam produksi biodiesel
untuk percobaan di negara Amerika Serikat dimana etanol dibuat dari fermentasi
pakan kaya pati [18]. Selain metanol dan etanol, alkohol lainnya seperti propanol dan
butanol juga dapat digunakan dalam reaksi transesterifikasi.
Metanol lebih banyak dipilih karena berharga lebih murah daripada alkohol
lainnya dan merupakan senyawa polar berantai karbon terpendek sehingga bereaksi
lebih cepat dengan trigliserida [20] dan juga merupakan turunan alkohol yang
memiliki berat molekul paling rendah sehingga kebutuhannya untuk proses
alkoholisis relatif sedikit dan lebih stabil [21]. Sifat-sifat fisika dan kimia metanol
dapat dilihat pada Tabel 2.3

Tabel 2.4 Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Metanol [22]
Berat molekul
Wujud
Titik didih
Titik leleh
Spesific gravity
Kelarutan dalam air

32,04 g/mol

cairan tidak berwarna
64,5 oC (148,1 F)
-97,8 oC (-144 F)
0,7915
Mudah larut

2.4 KATALIS HETEROGEN
Katalis yang sering digunakan dalam produksi biodiesel adalah katalis homogen
(KOH dan NaOH). Namun, penggunaan katalis tersebut memiliki kelemahan yaitu
pemisahan katalis dari produknya cukup rumit. Sisa katalis homogen tersebut dapat
mengganggu pengolahan lanjut biodiesel yang dihasilkan [23]. Selain itu, katalis
homogen tersebut dapat bereaksi dengan asam lemak bebas membentuk sabun
sehingga akan mempersulit pemurnian serta menurunkan yield biodiesel [24].
Penggunaan katalis heterogen dalam produksi biodiesel dapat mengatasi
beberapa kelemahan yang dimiliki oleh katalis homogen. Pemisahan katalis

9
Universitas Sumatera Utara

heterogen dari produknya cukup sederhana yaitu dengan menggunakan penyaringan

[24]. Beberapa contoh katalis heterogen misalnya CaO, MgO SrO, Zeolit, Al2O3,
ZnO, TiO2, dan ZrO telah digunakan dalam proses transesterifikasi. Di antara katalis
ini, logam alkali oksida (misalnya MgO, CaO, K2O dan SrO) memiliki aktivitas
tinggi untuk digunakan dalam proses transesterifikasi. Penggunaaan katalis heterogen
berbasi biomassa telah sukses dikembangkan. Beberapa sumber biomassa yang dapat
digunakan sebagai katalis adalah abu kuli kelapa, abu kulit coklat, abu ampas tebu
dan abu kulit pisang dan hasil yang diperoleh cukup efektif untuk dijadikan katalis
heterogen dalam reaksi transesterifikasi [8]. Alasan dipilih biomassa kulit pisang
sebagai katalis untuk reaksi transesterifikasi adalah kulit pisang memiliki kandungan
kalium yang cukup tinggi sekitar 61,83% [11]. Kemudian sifat basa dari logam
kalium sangat tinggi karena termasuk logam pembentuk basa kuat dan termasuk
golongan alkali tanah. Senyawa kalium oksida juga dapat diperoleh secara mudah di
alam. Sumber K2O salah satunya adalah dari limbah kulit pisang kepok yang
jumlahnya berlimpah di lingkungan. Selain mengurangi limbah dari kulit pisang juga
dapat dimanfaatkan untuk katalis pembuatan biodiesel [8].

2.5 PISANG
Pisang adalah salah satu buah yang paling luas dikonsumsi di dunia dan
mewakili 40% dari perdagangan dunia dalam buah-buahan. Pisang merupakan buah
terbesar kedua yang diproduksi setelah jeruk, berkontribusi sekitar 17% dari total
produksi buah di dunia, dan dikultur lebih dari 130 negara, di sepanjang tropis dan
subtropis [11]. Tinggi tanaman pisang (dewasa) berkisar antara 2 – 8 m (tergantung
jenisnya), dengan daun-daun yang panjangnya ada yang mencapai 3,5 m. Tanaman
pisang akan menghasilkan satu tandan buah pisang, sebelum dia mati dan digantikan
oleh batang pisang baru. Untuk satu tandan pisang sendiri terdiri atas 5 – 20 sisir,
yang masing-masing sisir terdiri lebih dari 20 buah pisang. Buah pisang sangat
prospektif sebagai bahan baku industri. Hal tersebut karena kemudahan dalam
mendapatkan bahan baku, serta berbagai produk dapat diolah dari buah pisang
sehingga dapat meningkatkan nilai tambah [25].

10
Universitas Sumatera Utara

2.5.1 Pisang Kepok
Pisang kepok merupakan pisang kultivar triploid hibrida yang berasal dari
Filipina dengan nama ilmiah (Musa paradisiaca ). Pisang kepok seperti kultivar
pisang lainnya tumbuh dengan baik di daerah lembab dan hangat dengan suhu
berkisar antara 18 °C hingga 35 °C dan curah hujan tahunan 2.500 mm yang merata
sepanjang tahun. Pisang kepok juga tumbuh dengan baik di bawah sinar matahari
penuh dengan tanah subur yang kaya akan bahan organik dan pH tanah antara 5,5
dan 6,5. Pisang kepok dapat dimakan mentah atau dimasak. Pisang ini juga
dibudidayakan sebagai tanaman hias dan pohon rindang untuk ukuran besar dan
warna mencolok. Daunnya juga digunakan sebagai pembungkus tradisional makanan
hidangan asli di Asia Tenggara. Seratnya juga dapat diambil dari batang atau daun
dan diolah menjadi tali, tikar, dan karung [25].
Kulit pisang merupakan bahan buangan (limbah buah pisang) yang cukup
banyak jumlahnya. Jumlah kulit pisang adalah 1/3 dari buah pisang yang belum
dikupas. Kulit buah pisang mengandung 15% Kalium dan 12% Fosfor yang lebih
banyak dibandingkan daging buahnya. Keberadaan Kalium yang cukup tinggi dapat
dimanfaatkan sebagai pengganti pupuk. Pupuk kulit buah pisang adalah sumber
potensial pupuk kalium dengan kadar K2O 46-57 % basis kering. Selain mengandung
Fosfor dan Kalium, kulit pisang juga mengandung unsur Magnesium, Sulfur, dan
Natrium [26]

Tabel 2.5 Komposisi Kimia Dalam Kulit Pisang [26]
Senyawa

Kandungan (g/100 g berat kering)

Protein

8,6

Pati

12,1

Lemak

13,1

Abu

15,3

Serat Total

50,3

Abu kulit pisang mempunyai kandungan kalium yang cukup tinggi. Hasil
optimum kadar kalium oksida dari hasil pembakaran kulit pisang kepok dapat
mencapai 61,80 % dengan waktu pembakaran 5 jam dengan suhu 550 0C [11].

11
Universitas Sumatera Utara

2.6 TRANSESTERIFIKASI
Tahapan reaksi transesterifikasi merupakan salah satu tahapan yang penting
untuk memproduksi metil ester dan gliserol [27] Transesterifikasi merupakan suatu
reaksi kesetimbangan untuk mendorong reaksi agar bergerak ke kanan sehingga
dihasilkan metil ester (biodiesel) maka perlu digunakan alkohol dalam jumlah
berlebih [28]. Metanol lebih umum digunakan untuk proses transesterifikasi karena
harganya lebih murah dan cepat bereaksi dengan trigliserida [29]
Bahan baku untuk proses transesterifikasi harus memiliki angka asam lemak
bebas < 0,5% [13]. Jika angka asam lemak bebas melebihi jumlah ini, pembentukan
sabun akan menghambat pemisahan ester dari gliserol dan juga mengurangi tingkat
konversi ester [30].

Reaksi transesterifikasi trigliserida dapat dilihat pada gambar 2.1.
O

O

H2C-O-C-R1

R1-C-OCH3

O

H2C-OH

O

HC-O-C-R2

+ 3CH3OH

Katalis

O

R2-C-OCH3 +

HC-OH

O

H2C-O-C-R3

R3-C-OCH3

Trigliserida

Metanol

Metil Ester

H2C-OH
Gliserol

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida [31]

Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi katalis heterogen antara
lain :
a. Rasio molar (minyak:alkohol)
Reaksi transesterifikasi katalis heterogen memerlukan rasio molar untuk
minyak:alkohol lebih tinggi seperti 12:1 dan 30:1 [32]. Semakin tinggi rasio
molar minyak:alkohol akan meningkatkan yield biodiesel karena reaksi bersifat
reversible [33].
b. Katalis yang digunakan
Reaksi transesterifikasi katalis heterogen akan menghasilkan konversi yang
maksimum dengan jumlah katalis 2-20%-b [32]. Semakin tinggi jumlah katalis

12
Universitas Sumatera Utara

akan meningkatkan yield biodiesel tetapi biodiesel yang dihasilkan bersifat lebih
kental sehingga diperlukan daya yang tinggi untuk pengadukan [33].
c. Suhu reaksi
Pada dasarnya, reaksi transesterifikasi katalis heterogen dilakukan dekat dengan
titik didih metanol (60-70 oC) pada tekanan atmosfer. Semakin meningkatnya
temperatur, akan ada kemungkinan metanol yang hilang di dalam reaksi sehingga
menurunkan yield biodiesel [32].
d. Waktu reaksi
Pada dasarnya, reaksi transesterifikasi katalis heterogen dilakukan dengan waktu
reaksi 3-24 jam [32]. Semakin lama waktu reaksi akan mengurangi yield
biodiesel karena adanya reaksi balik yaitu metil ester yang terbentuk kembali
menjadi trigliserida [31].
e. Kandungan asam lemak dan air dalam minyak atau lemak
Bahan baku untuk proses transesterifikasi harus memiliki angka asam lemak
bebas < 0,5% [12]. Jika angka asam lemak bebas melebihi jumlah ini,
pembentukan sabun akan menghambat pemisahan ester dari gliserol dan juga
mengurangi tingkat konversi ester [30].

13
Universitas Sumatera Utara