Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kemiri Sunan (Reutealis Trisperma (Blanco) Airy Shaw) Dengan Keberadaan Co-Solvent Aseton dan Katalis Heterogen Natrium Silikat Terkalsinasi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Permintaan energi global sedang meningkat sebagai hasil dari prtumbuhan
dari populasi, industri serta peningkatan penggunaan alat transportasi [1], Bahan
bakar minyak bumi diperkirakan akan habis jika dieksploitasi secara besar –
besaran [2]. Menurut prediksi dari World Energy Forum, cadangan dari bahan
bakar minyak bumi, batubara dan gas alam akan habis kurang dari 10 dekade
dengan tingkat komsumsi minyak dunia mencapai 85,4 juta barel minyak per hari
[3]. Ketergantungan terhadap bahan bakar minyak bumi dapat dikurang dengan
cara memanfaatkan bahan bakar biodiesel, dimana bahan bakunya masih sangat
besar untuk dikembangkan [2].
Proses kimia yang luas digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah
transesterifikasi. Transesterifikasi dideskripsikan sebagai reaksi kimia antara
trigliserida dan alkohol dengan keberadaan katalis untuk membentuk monoester
[4]. Biodiesel atau metil ester dapat diperoleh melalu reaksi melalui reaksi
transesterifikasi minyak nabati maupun hewani [5].
Ada banyak sumber bahan baku yang tersedia untuk produksi biodiesel, tetapi
95% diantaranya diproduksi secara luas dengan menggunakan minyak nabati
pangan. Dimana penggunaan minyak nabati pangan akan memacu masalah
kemandirian pangan. Untuk meminimalkan masalah tersebut maka diperlukan

sumber alternatif seperti minyak nabati non pangan [6]. Di Indonesia, banyak
tanaman penghasil minyak yang dapat dikategorikan sebagai minyak nonpangan
antara lain, kepuh, kipahang laut, kesambi, bintaro, jarak pagar, dan kemiri sunan
[7].
Kemiri Sunan (Reutealis trisperma (blanco) airy shaw) merupakan tanaman
yang dapat menghasilkan minyak nabati, yang dapat berfungsi sebagai tanaman
konservasi, dan bukan merupakan penghasil minyak makan karena mengandung
racun [8]. Racun yang terkandung merupakan senyawa asam

α-eleostearat

dengan kandungan sebesar 50%. Kandungan asam lemak bebas dari kemiri sunan
bervariasi dari 6,19-39,3 % [9]. Keberadaan dari FFA akan turut campur dengan
1
Universitas Sumatera Utara

reaksi proses dan membuat reaksi tak terselesaikan. Salah satu cara untuk
menaikan yieldnya adalah dengan reaksi esterifikasi dengan katalis asam [10].
Pada proses pembuatannya, biodiesel dapat menggunakan katalis asam
ataupun basa [5]. Dimana katalis tersebut berguna untuk meningkatkan proses

transesterifikasi dari trigliserida menjadi fatty acid methyl ester (FAMEs). Reaksi
ini biasanya mengunakan katalis homogen seperti natrium dan kalium hidroksida
[11]. Masalah utama dari katalis homogen adalah penghilangan katalis homogen
yang sangatlah susah dibandingkan dengan katalis heterogen, dimana katalis
heterogen memiliki beberapa kelebihan seperti kemudahan pemisahannya untuk
di recycle dan tahap pemurniannya yang mudah tanpa adanya netralisasi [12].
Natrium silikat merupakan salah satu dari katalis heterogen dimana natrium silikat
mempunyai toleransi terhadap FFA sampai sebesar 2,5% dan juga toleransi
terhadap air hingga sebesar 4% [13].
Dalam produksi biodiesel, salah satu masalah yang timbul adalah keterbatasan
transfer massa dimana kelarutan minyak dalam metanol sangatlah rendah. Salah
satu strategi mengatasi keterbatasan transfer massa tersebut adalah dengan reaksi
satu fase. Reaksi satu fase tersebut dapat dibentuk dengan menambahkan solvent
yang dapat meningkatkan kelarutan minyak, solvent tersebut dapat juga disebut
co-solvent.
Co-solvent memiliki sifat yang sangat larut dengan alkohol, asam lemak dan
trigliserida [14]. Keuntungan penggunaan co-solvent adalah co-solvent dalam
reaksi dapat meningkatkan kelarutan minyak dan alkohol pada termperatur yang
rendah [15] dan juga mempercepat reaksi [16]. Aseton merupakan salah satu jenis
co-solvent pada reaksi transesterifikasi. Aseton memiliki momen dipole sebesar

2,88 D, dimana ini diklasifikasikan sebagai aprotic solvent, dengan kepolaran
menengah, oleh karena itu dapat larut dengan baik pada trigliserida (polaritas
rendah) dan metanol (polaritas tinggi) [17].
Berikut ini merupakan penelitian-penelitian terdahulu yang digunakan sebagai
referensi penelitian, dimana penelitian berbasis esterifikasi dapt dilihat pada Tabel
1.1 dan transesterifikasi pada Tabel 1.2 sebagai berikut:

2
Universitas Sumatera Utara

Tabel 1.1 Penelitian – penelitian esterifikasi terdahulu
No. Judul
1.
Producing Biodiesel
from High Fatty Acid
Jatropha Curcas Oil
by A Two Step
Method – An Indian
Case Study [10]
2.

Esterifikasi Minyak
Biji Randu dengan
Katalis Asam Sulfat
pada
Peningkatan
Kualitas
Biodiesel:
faktorial Desain [18]
3.
Statistical
Optimization
for
Biodiesel Production
from Waste Frying Oil
Through
Two-Step
Catalyzed
Process
[19]

Variabel
Hasil Penelitian
FFA
tereduksi
Sampel: minyak jelantah
hingga 1,12 %
Waktu: 60 menit
Rasio alkohol/minyak (9:1)
Suhu: 60oC
Jumlah katalis: 1%
Variable berubah: suhu
(40-60oC); rasio alkohol/
minyak (3:1-6:1); waktu
reaksi (30-120 menit)
Variabel tetap: jumlah
katalis (1,5% volume)
Sampel: minyak jelantah
Variabel berubah: Jumlah
katalis (0,5-1,5%); Suhu
(45-55oC) dan waktu (3060 menit)

Menurunkan
bilangan
asam
hingga 0,348 pada
suhu 60 oC; rasio
alkohol/minyak 6:1
dan waktu 120 menit
FFA
tereduksi
hingga 0,32 %

Tabel 1.2 Penelitian – penelitian transesterifikasi terdahulu
No. Judul
1.
A New Co-Solvent
Method For Green
Production
Of
Biodiesel

Fuel
–
Optimation
And
Practical Application
[17]

Variabel
Variabel berubah: waktu
(0,10,20,30,40,50,60
menit);
jenis
minyak
(canola, jelantah, catfish,
jatropha);
jumlah
cosolvent aseton (0-30%
berat minyak), katalis
KOH (0,1-1,25%); rasio
molar alkohol/minyak (3:15:1); termperatur (25-50oC)

2.

Karakteristik
Biodiesel
Kemiri
Sunan
(Reutealis
Trisperma
(Blanco)
Airy
Shaw)
Menggunakan Proses
Transesterifikasi Dua
Tahap [7]

Kondisi
operasi
: Rendemen: 88%
o

termperatur
60 C dan Kadar alkil ester :
waktu reaksi 75 menit 99,56%
dengan katalis KOH

3.

Calcined
Sodium
Silicate
As
Base
Catalyst For Biodiesel
Production

Minyak kedelai
Variabel berubah: waktu
kalsinasi
(1-5
jam);

termperatur kalsinasi (200-

Hasil Penelitian
Yield tertinggi: 98%
pada suhu 25oC dan
ratio alkohol/hinyak
(4,5:1) dengan waktu
30 menit.

Yield tertinggi ≈
100% pada waktu
reaksi 60 menit;
jumalah katalis 3%;

3
Universitas Sumatera Utara

[13]

500 oC);

rasio
molar
alkohol / minyak (3:1-9:1);
kecepatan
pengadukan:
(100-300 rpm)
Variabel tetap : suhu reaksi
(60oC)

4.

Biodiesel Production
From
Subcritical
Methanol
Transesterification Of
Soybean Oil With
Sodium Silicate [20]

Variabel berubah: jumlah Yield
katalis (0-1%); suhu (180- 95,6%
260 oC); tekanan (2-12
MPa)
dan
rasio
minyak:alkohol (1:6-1:42)

5.

Co
Solvents
Transesterification Of
Cotton Seed Oil Into
Biodiesel : Effect Of
Reaction
Condition
On Quality Of Fatty
Acids Metyl Esters [4]

Variabel berubah: cosolvent
(dietil
eter,
diklorobenzena,
aseton);
jumlah co-solvent (10-50%
v/v); waktu (10-50 menit);
termperatur (45-65) dan
jumlah katalis KOH (0,251,25%)

Yield tertinggi pada
co-solvent aseton dan
diklorobenzena
dengan jumlah cosolvent 10%; suhu
55oC; jumlah katalis
0,75%; waktu 10
menit

6.

Production
of
biodiesel
from
Vietnamese Jatropha
curcas oil by a cosolvent method [21]

Variabel
berubah:
termperatur reaksi (3060oC);
molar
alkohol/minyak (3:1-12:1);
jumlah katalis KOH (0,53%); jumlah co-solvent
(10-60%) dan waktu reaksi
(10-60 menit).

Yield tertinggi: 99%
pada waktu reaksi 30
menit; termperatur
40oC; jumlah cosolvent 20%; jumlah
katalis 1% dan rasio
alkohol:metanol 6:1

rasio alkohol/minyak
(7,5:1); pada suhu
60oC
Didapat
bahwa
katalis dapat bekerja
dengan
minyak
dengan kadar air di
4% dan FFA 2,5%.
tertinggi:

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Thanh pada tahun 2013,
pemakaian aseton sebagai co-solvent pada pembuatan biodiesel memberikan yield
98 % dengan pemanfaatan energi yang rendah pada waktu yang relatif singkat.
Selain itu, Guo, dkk. pada tahun 2010, menyatakan bahwa pengunaan katalis
natrium silikat terkalsinasi pada pembuatan biodiesel menghasilkan biodiesel
yang unggul dimana yield yang didapat hampir mendekati 100% . Hal inilah yang
menjadi dasar penggunaan co-solvent aseton dan katalis natrium silikat dalam
perbaikan proses pembuatan biodiesel dengan bahan baku kemiri sunan.

4
Universitas Sumatera Utara

1.2 PERUMUSAN MASALAH
Minyak kemiri sunan mengandung kadar asam lemak bebas yang tinggi
sehingga harus dilakukan proses esterifikasi untuk menurunkan kadar asam lemak
bebas dengan katalis asam. Campuran reaksi antara minyak kemiri sunan dengan
metanol tidak saling melarut pada reaksi transesterifikasi. Penambahan aseton
sebagai co-solvent dapat membantu pencampuran minyak kemiri sunan dan
metanol. Penggunaan katalis heterogen dalam pembuatan biodiesel memiliki
keuntungan dari segi pemisahan katalis dan produk biodiesel yang diinginkan
dibandingkan katalis homogen. Natrium silikat terkalsinasi merupakan katalis
heterogen yang memiliki toleransi kadar FFA dan kadar air yang cukup tinggi
dalam proses transesterifikasi. Oleh karena itu perlu diteliti lebih lanjut pengaruh
waktu, dosis katalis, suhu dan jumlah co-solvent terhadap bahan baku minyak
kemiri sunan melalui proses transesterifikasi mengunakan katalis natrium silikat
dan co-solvent aseton serta kefektifan aseton sebagai co-solvent dalam pembuatan
biodiesel dari minyak kemiri sunan dengan katalis heterogen natrium silikat
terkalsinasi.

1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengkaji faktor – faktor yang mempengaruhi yield biodiesel yang
dihasilkan (co-solvent, suhu, waktu reaksi, dan % katalis)
2. Menguji mutu biodiesel yang dihasilkan
3. Mendapatkan hasil terbaik dalam kombinasi penggunaan co-solvent dan
katalis natrium silikat dalam transesterifikasi minyak kemiri sunan.

1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Untuk menambah informasi mengenai kajian penggunaan kinerja katalis
heterogen dengan keberadaan co-solvent dalam pembuatan biodiesel.
2. Untuk mendapatkan cara pemrosesan biodiesel dari minyak kemiri sunan
yang optimal

5
Universitas Sumatera Utara

3. Meningkatkan nilai ekonomis dari minyak kemiri sunana yang merupakan
minyak non pangan yang beracun.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Fakultas
Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan
yang digunakan pada penelitian ini yaitu minyak kemiri sunan sebagai bahan
baku, natrium silikat sebagai katalis dan aseton sebagai co-solvent. Variabel yang
digunakan adalah :
Kalsinasi Natrium silikat [13] :
1. Suhu

= 400 oC

2. Waktu

= 2 jam

Esterifikasi [10] :
1. Perbandingan rasio mol alkohol/FFA

= 9:1

2. Suhu reaksi

= 60 oC

3. Jumlah katalis H2SO4

= 1,0%

4. Waktu reaksi

= 60 menit

Transesterifikasi :
a. Variabel tetap :
1. Rasio molar alkohol/minyak

= 6:1

[21]

2. Kecepatan pengadukan

= 250 rpm

[13]

1. Jumlah co-solvent

= 10, 15, 20, 25 dan 30 %

[17]

2. Waktu reaksi

= 10, 20,30,40 dan 50 menit [4]

3. Suhu reaksi

= 30, 35, 40, 45 dan 50 oC

[17]

4. Jumlah katalis

= 1,2,3,4 dan 5 %

[13]

b. Variabel berubah :

Parameter yang dianalisis pada biodiesel adalah :
1. Analisis kemurnian biodiesel dengan kromatografi gas.
2. Analisis densitas biodiesel.
3. Analisis viskositas biodiesel.
4. Analisis kadar natrium katalis dengan spektofotometers serapan atom.

6
Universitas Sumatera Utara