Pembuatan Biodiesel Dari Limbah Minyak Jelantah Dengan Katalis Heterogen K2o Yang Berasal Dari Limbah Kulit Kakao : Pengaruh Persenkatalis Dan Waktu Reaksi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Peningkatan pertumbuhan ekonomi global menyebabkan permintaan bahan bakar
meningkat sehingga ketersediaan bahan bakar fosil menipis.Selain itu, penggunaan bahan
bakar fosil mengakibatkan bahaya lingkungan seperti emisi gas rumah kaca dan polutan. Jadi
hal ini sangat mendesak untuk menemukan sumber energi yang bersih dan terbarukan untuk
menggantikan bahan bakar fosil [1]. Maka dari itu semakin 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 [2].
Biodieseladalahalkilesterdarirantaipanjangasam lemakyang berasal bahan berlemak,
sepertiminyak
nabatiataulemakhewani
[3].Minyakjelantah(wastecookingoil
/
WCO)adalahminyaklimbahyang bisa berasal dari jenis-jenis minyak gorengseperti halnya
minyak
jagung,
minyak
sayur,
minyaksamindansebagainya.Minyakinimerupakanminyakbekas pemakaian kebutuhan rumah
tangga,
umumnyadapatdigunakan
ditinjaudarikomposisi
kembaliuntuk
kimianya,minyak
bersifatkarsinogenikyangterjadi
keperluankuliner
jelantahmengandung
senyawa-senyawayang
selamaprosespenggorengan.
pemakaianminyakjelantahyang
berkelanjutan
akantetapibila
Jadijelasbahwa
dapatmerusak
kesehatan
manusia,menimbulkanpenyakitkanker,
danakibatselanjutnyadapatmengurangikecerdasangenerasiberikutnya.Untuk
ituperlupenangananyang
tepatagarlimbahminyakjelantahinidapatbermanfaat
menimbulkan
dari
kerugian
aspek
kesehatanmanusia
statistikmenunjukkan
dan
dan
lingkungan
tidak
[4].Data
bahwaterdapatkecenderungan
peningkatanproduksiminyakgoreng.Dari2,49juta
tonpadatahun
1998,menjadi
4,53jutatontahun 2004 dan5,06 jutatonpadatahun2005 [5].
Metode
yang
sering
digunakan
untuk
produksi
biodiesel
adalah
proses
transesterifikasi. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi antara trigliserida dengan
alkohol yang mana bertujuan untuk mengubah asam – asam lemak dari trigliserida kedalam
bentuk ester yaitu metil ester asam lemak [4].Alkohol yang biasanya digunakan pada reaksi
transesterifikasi biodiesel adalah methanol, etanol, propanol, butanol, dan amil alkohol
1
2
[6].Metanolmerupakanpelarut yang bersifat universal yang dapat menarik sebagian besar
senyawa kimia dalam tanaman [7]. Metanol secara umum telah digunakan sebagai pelarut
dan agen esterifikasi dalam pembuatan biodiesel dibawah kondisi supercritical karena
sifatnya yang memiliki titik didih rendah dan tekanan yang rendah pula [8]. Karakteristik
positif yang paling penting darimetanol adalah biaya rendah, waktu reaksi cepat dan
pemisahan fase mudah [9].
Biodiesel umumnya diproduksi secara transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewan
dengan alkohol seperti metanol atau etanol dengan adanya katalis asam atau katalis alkali
[10].Dalam penelitian ini, digunakan katalis heterogen yang mudah diperoleh, murah dan
juga yang ramah terhadap lingkungan, seperti dari Kulit Kakao.Kulit kakao (Cocoa Pod
Husk/ CPH) adalah limbah pertanian utama dari industri kakao dan telah ditemukan
kayaakan kalium karbonat (K2CO3).Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kakao
terbesar ke tiga di dunia. Luas lahan pertanian kakao di Indonesia sebesar 1,7 juta hektar
dengan produktivitas sekitar 720 ton per tahun [44]. Sementara itu, Kalium dari abu kulit
kakao (Cocoa Pod Husk/CPH) merupakan sumber potensi tinggi sebagai katalis untuk
produksi biodiesel karena dapat diperbaharui dan ramah lingkungan sehingga, dalam
penelitian ini digunakan sebagai katalis dasar heterogen untuk transesterifikasi [11]. Dan dari
hasil kalsinasi dari K2CO3akan menghasilkan K2O yang akan digunakan sebagai katalis pada
transesterifikasi yang akan dilakukan [12].
Penelitian dengan menggunakan katalis abu kulit kakao telah dilakukan dari peneliti peneliti terdahulu dengan bahan baku yang berbeda. Dapat di lihat pada table 1.1 berikut ini.
Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian ini adalah:
Tabel 1.1 Penelitian-Penelitian Terdahulu
No
1.
Nama Peneliti
Baskarand Aiswarya,
2015 [13]
Judul Penelitian
Biodiesel production from
waste cooking oil using
copper doped zinc oxide
nanocomposite
as
heterogeneous catalyst.
Variabel
Katalis
Bahan Baku : waste Heterogen
cooking oil (minyak Copper Doped
goreng bekas)
Zinc
Oxide
Pelarut : Methanol
Nanocomposite
Konversi
Konsentrasi nanokatalis sebesar 12 % (w/w),
perbandingan rasio Minyak/metanol 1:8 (v/v),
temperatur 55°C dan waktu reaksi 50 menit
yang ditemukan sebagai waktu optimum
untuk
yield
biodiesel
maximum
sebesar97.71% (w/w).
Bahan Baku : Palm Cocoa Pod Ash
Konsentrasi potassium yang relatif tinggi
Kernel Oil
(11,3%)
mungkinkarenapenggunaanCPA
Pelarut : Metanol
sebagai kalium berdasarkan pupuk dalam
tanah. Kandungan logamnilai dari CPA yang
diperoleh dibandingkan dengan nilai-nilai
sastra
(Osinowo
dan Taiwo, 2004; Ayeni, 2011). Perbedaan
kandungan
logam
mungkin
karena
perbedaan dalam sampel asal. Umumnya,
penelitian menunjukkan bahwa penggunaan
CPA sebagai katalis memberikan metil ester
hasil tertinggi dari 94% dibandingkan dengan
hasil 90% diperoleh melalui reaksi KOHdikatalisis.
Bahan Baku :waste Cocoa Pod Ash Yield yang di dapatkan sebesar 94%.
vegetable oil (limbah (CPH)
2.
Aladetuyi, 2014 [14]
Productionand
characterization of biodiesel
using palm kernel oil; fresh
and recovered fromspent
bleaching earth.
3.
Olugbenga,2013[14]
Biodiesel Production in
Nigeria Using Cocoa Pod
minyak sayur)
Ash as aCatalyst Base.
Pelarut : Methanol
3
4
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan
biodiesel dari WCO (Waste Cooking Oil) dengan menggunakan katalis Kulit Kakao (Cocoa
Pod Husk/CPH) yang mengandung K2O sehingga dapat digunakan sebagai katalis, serta
kajian lebih lanjut tentang kondisi optimum dari pembuatan biodiesel berbasis WCO dengan
proses transesterifikasi ini.
1.2 Rumusan masalah
Belakangan ini, katalis heterogen K2O dari CPH (Cocoa Pod Husk) digunaan sebagai
pengganti katalis basa heterogen yang umum digunakan pada pembuatan biodiesel karena
biaya pengadaan katalis yang rendah.Dimana CPH tersebut merupakan limbah yang
tergolong besar di Indonesia.
Oleh sebab itu perlu diteliti lebih lanjut sejauh mana pengaruh waktu reaksi dan persen
katalis heterogen dari kulit kakao dalam proses pembuatan biodiesel.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh waktu dan % katalis terhadap kemurnian dan yield
biodiesel yang dihasilkan.
2. Mendapatkan kondisi maksimum dari variabel proses.
3. Mengetahui kemampuan katalis heterogen kulit kakao dalam pembuatan
biodiesel.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :
1. Memberikan informasi katalis basa heterogen kulit kakao dalam pembuatan
biodiesel dari WCO (Waste Cooking Oil)
2. Mengetahui pengaruh % katalis dan waktu reaksi pada proses metanolisis
WCO dengan menggunakan katalis kulit kakao.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis kulit
kakao ini.
4. Memanfaatkan limbah minyak jelantah menjadi produk biodiesel yang lebih
berguna sekaligus mengatasi limbah yang disebabkan oleh minyak jelantah.
1.5
Ruang Lingkup
5
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Laboratorium
Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
2. Bahan baku yang digunakan adalah Waste Cooking Oil (WCO) yang
diperoleh dari penjual makanan gorengan yang ada di sekitar kampus USU,
Kulit kakao (K2O) sebagai katalis, dan bahan kimia seperti : Aquadest
(H2O),
Karbon
Aktif,
Natrium
Hidroksida
(NaOH),
Phenolftalein
(C20H14O4), Metanol (CH3OH), Etanol (C2H5OH)
3. Penelitian ini dilaksanakan dengan 4 tahapan proses yaitu persiapan Kulit
Kakao sebagai katalis, proses persiapan bahan baku, proses pretreatment
dan proses transesterifikasi.
1. Proses Persiapan Kulit Kakao Sebagai Katalis
Prosedur pembuatan kulit kakao sebagai katalis dilakukan dengan mengadopsi
prosedur yang dilakukan oleh ofori boateng dkk [11] yaitu:
• Penghalusan Kulit Kakao dengan metode penghancuran menggunakan
ballmill
• Temperatur Kalsinasi
• Waktu Kalsinasi
• Penyaringan abu
• Abu
di
analisis
: 650 0C
: 4 jam
: 100 mesh
dengan
metode
AAS
(Atomic
Absorbtion
Spectrometer)
2. Proses Persiapan Bahan Baku
Persiapan bahan baku dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh
Tan et all [16] yaitu:
• Penyaringan bahan baku WCO dengan kertas saring
• Bahan baku di tampung dan didiamkan selama beberapa hari
• Terbentuk dua lapisan emulsi minyak-air
• Emulsi minyak - air dipanaskan selama ± 30 menit diatas 110 oC
untuk menghilangkan kandungan air dengan menggunakan Hot Plate.
• Analisa bahan baku dengan menggunakan GC (Gas Chromatography)
3. Proses Penurunan FFA Bahan Baku (Waste Cooking Oil)
6
Proses penurunan FFA bahan baku dilakukan dengan mengadopsi
prosedur yang dilakukan oleh Putra et all [17] yaitu:
• Penyaringan langsung dengan menggunakan kertas saring untuk
menghilangkan zat padat.
• Minyak dipanaskan sampai 110oC selama ± 15 menit dengan
menggunakan Hot Plate.
• Sebanyak 1% g karbon aktif dari minyak dituangkan ke dalam minyak
dan kemudian diaduk selama 80 menit.
• Campuran tersebut kemudian disaring.
• Kadar
FFA
dari
minyak
jelantah
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Peningkatan pertumbuhan ekonomi global menyebabkan permintaan bahan bakar
meningkat sehingga ketersediaan bahan bakar fosil menipis.Selain itu, penggunaan bahan
bakar fosil mengakibatkan bahaya lingkungan seperti emisi gas rumah kaca dan polutan. Jadi
hal ini sangat mendesak untuk menemukan sumber energi yang bersih dan terbarukan untuk
menggantikan bahan bakar fosil [1]. Maka dari itu semakin 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 [2].
Biodieseladalahalkilesterdarirantaipanjangasam lemakyang berasal bahan berlemak,
sepertiminyak
nabatiataulemakhewani
[3].Minyakjelantah(wastecookingoil
/
WCO)adalahminyaklimbahyang bisa berasal dari jenis-jenis minyak gorengseperti halnya
minyak
jagung,
minyak
sayur,
minyaksamindansebagainya.Minyakinimerupakanminyakbekas pemakaian kebutuhan rumah
tangga,
umumnyadapatdigunakan
ditinjaudarikomposisi
kembaliuntuk
kimianya,minyak
bersifatkarsinogenikyangterjadi
keperluankuliner
jelantahmengandung
senyawa-senyawayang
selamaprosespenggorengan.
pemakaianminyakjelantahyang
berkelanjutan
akantetapibila
Jadijelasbahwa
dapatmerusak
kesehatan
manusia,menimbulkanpenyakitkanker,
danakibatselanjutnyadapatmengurangikecerdasangenerasiberikutnya.Untuk
ituperlupenangananyang
tepatagarlimbahminyakjelantahinidapatbermanfaat
menimbulkan
dari
kerugian
aspek
kesehatanmanusia
statistikmenunjukkan
dan
dan
lingkungan
tidak
[4].Data
bahwaterdapatkecenderungan
peningkatanproduksiminyakgoreng.Dari2,49juta
tonpadatahun
1998,menjadi
4,53jutatontahun 2004 dan5,06 jutatonpadatahun2005 [5].
Metode
yang
sering
digunakan
untuk
produksi
biodiesel
adalah
proses
transesterifikasi. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi antara trigliserida dengan
alkohol yang mana bertujuan untuk mengubah asam – asam lemak dari trigliserida kedalam
bentuk ester yaitu metil ester asam lemak [4].Alkohol yang biasanya digunakan pada reaksi
transesterifikasi biodiesel adalah methanol, etanol, propanol, butanol, dan amil alkohol
1
2
[6].Metanolmerupakanpelarut yang bersifat universal yang dapat menarik sebagian besar
senyawa kimia dalam tanaman [7]. Metanol secara umum telah digunakan sebagai pelarut
dan agen esterifikasi dalam pembuatan biodiesel dibawah kondisi supercritical karena
sifatnya yang memiliki titik didih rendah dan tekanan yang rendah pula [8]. Karakteristik
positif yang paling penting darimetanol adalah biaya rendah, waktu reaksi cepat dan
pemisahan fase mudah [9].
Biodiesel umumnya diproduksi secara transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewan
dengan alkohol seperti metanol atau etanol dengan adanya katalis asam atau katalis alkali
[10].Dalam penelitian ini, digunakan katalis heterogen yang mudah diperoleh, murah dan
juga yang ramah terhadap lingkungan, seperti dari Kulit Kakao.Kulit kakao (Cocoa Pod
Husk/ CPH) adalah limbah pertanian utama dari industri kakao dan telah ditemukan
kayaakan kalium karbonat (K2CO3).Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kakao
terbesar ke tiga di dunia. Luas lahan pertanian kakao di Indonesia sebesar 1,7 juta hektar
dengan produktivitas sekitar 720 ton per tahun [44]. Sementara itu, Kalium dari abu kulit
kakao (Cocoa Pod Husk/CPH) merupakan sumber potensi tinggi sebagai katalis untuk
produksi biodiesel karena dapat diperbaharui dan ramah lingkungan sehingga, dalam
penelitian ini digunakan sebagai katalis dasar heterogen untuk transesterifikasi [11]. Dan dari
hasil kalsinasi dari K2CO3akan menghasilkan K2O yang akan digunakan sebagai katalis pada
transesterifikasi yang akan dilakukan [12].
Penelitian dengan menggunakan katalis abu kulit kakao telah dilakukan dari peneliti peneliti terdahulu dengan bahan baku yang berbeda. Dapat di lihat pada table 1.1 berikut ini.
Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian ini adalah:
Tabel 1.1 Penelitian-Penelitian Terdahulu
No
1.
Nama Peneliti
Baskarand Aiswarya,
2015 [13]
Judul Penelitian
Biodiesel production from
waste cooking oil using
copper doped zinc oxide
nanocomposite
as
heterogeneous catalyst.
Variabel
Katalis
Bahan Baku : waste Heterogen
cooking oil (minyak Copper Doped
goreng bekas)
Zinc
Oxide
Pelarut : Methanol
Nanocomposite
Konversi
Konsentrasi nanokatalis sebesar 12 % (w/w),
perbandingan rasio Minyak/metanol 1:8 (v/v),
temperatur 55°C dan waktu reaksi 50 menit
yang ditemukan sebagai waktu optimum
untuk
yield
biodiesel
maximum
sebesar97.71% (w/w).
Bahan Baku : Palm Cocoa Pod Ash
Konsentrasi potassium yang relatif tinggi
Kernel Oil
(11,3%)
mungkinkarenapenggunaanCPA
Pelarut : Metanol
sebagai kalium berdasarkan pupuk dalam
tanah. Kandungan logamnilai dari CPA yang
diperoleh dibandingkan dengan nilai-nilai
sastra
(Osinowo
dan Taiwo, 2004; Ayeni, 2011). Perbedaan
kandungan
logam
mungkin
karena
perbedaan dalam sampel asal. Umumnya,
penelitian menunjukkan bahwa penggunaan
CPA sebagai katalis memberikan metil ester
hasil tertinggi dari 94% dibandingkan dengan
hasil 90% diperoleh melalui reaksi KOHdikatalisis.
Bahan Baku :waste Cocoa Pod Ash Yield yang di dapatkan sebesar 94%.
vegetable oil (limbah (CPH)
2.
Aladetuyi, 2014 [14]
Productionand
characterization of biodiesel
using palm kernel oil; fresh
and recovered fromspent
bleaching earth.
3.
Olugbenga,2013[14]
Biodiesel Production in
Nigeria Using Cocoa Pod
minyak sayur)
Ash as aCatalyst Base.
Pelarut : Methanol
3
4
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan
biodiesel dari WCO (Waste Cooking Oil) dengan menggunakan katalis Kulit Kakao (Cocoa
Pod Husk/CPH) yang mengandung K2O sehingga dapat digunakan sebagai katalis, serta
kajian lebih lanjut tentang kondisi optimum dari pembuatan biodiesel berbasis WCO dengan
proses transesterifikasi ini.
1.2 Rumusan masalah
Belakangan ini, katalis heterogen K2O dari CPH (Cocoa Pod Husk) digunaan sebagai
pengganti katalis basa heterogen yang umum digunakan pada pembuatan biodiesel karena
biaya pengadaan katalis yang rendah.Dimana CPH tersebut merupakan limbah yang
tergolong besar di Indonesia.
Oleh sebab itu perlu diteliti lebih lanjut sejauh mana pengaruh waktu reaksi dan persen
katalis heterogen dari kulit kakao dalam proses pembuatan biodiesel.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh waktu dan % katalis terhadap kemurnian dan yield
biodiesel yang dihasilkan.
2. Mendapatkan kondisi maksimum dari variabel proses.
3. Mengetahui kemampuan katalis heterogen kulit kakao dalam pembuatan
biodiesel.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah :
1. Memberikan informasi katalis basa heterogen kulit kakao dalam pembuatan
biodiesel dari WCO (Waste Cooking Oil)
2. Mengetahui pengaruh % katalis dan waktu reaksi pada proses metanolisis
WCO dengan menggunakan katalis kulit kakao.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis kulit
kakao ini.
4. Memanfaatkan limbah minyak jelantah menjadi produk biodiesel yang lebih
berguna sekaligus mengatasi limbah yang disebabkan oleh minyak jelantah.
1.5
Ruang Lingkup
5
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Laboratorium
Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
2. Bahan baku yang digunakan adalah Waste Cooking Oil (WCO) yang
diperoleh dari penjual makanan gorengan yang ada di sekitar kampus USU,
Kulit kakao (K2O) sebagai katalis, dan bahan kimia seperti : Aquadest
(H2O),
Karbon
Aktif,
Natrium
Hidroksida
(NaOH),
Phenolftalein
(C20H14O4), Metanol (CH3OH), Etanol (C2H5OH)
3. Penelitian ini dilaksanakan dengan 4 tahapan proses yaitu persiapan Kulit
Kakao sebagai katalis, proses persiapan bahan baku, proses pretreatment
dan proses transesterifikasi.
1. Proses Persiapan Kulit Kakao Sebagai Katalis
Prosedur pembuatan kulit kakao sebagai katalis dilakukan dengan mengadopsi
prosedur yang dilakukan oleh ofori boateng dkk [11] yaitu:
• Penghalusan Kulit Kakao dengan metode penghancuran menggunakan
ballmill
• Temperatur Kalsinasi
• Waktu Kalsinasi
• Penyaringan abu
• Abu
di
analisis
: 650 0C
: 4 jam
: 100 mesh
dengan
metode
AAS
(Atomic
Absorbtion
Spectrometer)
2. Proses Persiapan Bahan Baku
Persiapan bahan baku dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh
Tan et all [16] yaitu:
• Penyaringan bahan baku WCO dengan kertas saring
• Bahan baku di tampung dan didiamkan selama beberapa hari
• Terbentuk dua lapisan emulsi minyak-air
• Emulsi minyak - air dipanaskan selama ± 30 menit diatas 110 oC
untuk menghilangkan kandungan air dengan menggunakan Hot Plate.
• Analisa bahan baku dengan menggunakan GC (Gas Chromatography)
3. Proses Penurunan FFA Bahan Baku (Waste Cooking Oil)
6
Proses penurunan FFA bahan baku dilakukan dengan mengadopsi
prosedur yang dilakukan oleh Putra et all [17] yaitu:
• Penyaringan langsung dengan menggunakan kertas saring untuk
menghilangkan zat padat.
• Minyak dipanaskan sampai 110oC selama ± 15 menit dengan
menggunakan Hot Plate.
• Sebanyak 1% g karbon aktif dari minyak dituangkan ke dalam minyak
dan kemudian diaduk selama 80 menit.
• Campuran tersebut kemudian disaring.
• Kadar
FFA
dari
minyak
jelantah