Pemanfaatan Limbah Kulit Buah Kakao (Cacao Pod Husk) Menjadi Katalis Heterogen K2O Pada Pembuatan Biodiesel Dari Limbah Minyak Jelantah : Pengaruh Suhu Kalsinasi Katalis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Katalis merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam pembuatan
biodiesel. Jenis katalis yang biasanya digunakan untuk produksi biodiesel seperti
katalis homogen, katalis heterogen dan enzim [1].Umumnya katalis heterogen
basa/asam digunakan dalam pembuatan biodiesel komersial melalui proses
transesterifikasi [2]. Katalis basa telah diakui memberikan konversi yang lebih besar
daripada katalis asam [3].Kulit buah kakao (CPH/Cocoa Pod Husk) adalah salah satu
jenis katalis basa heterogen [4].
Kakao (Theobrema cacao L.) adalah salah satu komoditas unggulan sub sektor
perkebunan. Kakao menempati luar areal keempat terbesar untuk sub sektor
perkebunan setelah kelapa sawit, kelapa, dan karet. Menurut data dari Direktorat
Jenderal Perkebunan, perkembangan luas areal kakao di Indonesia selama periode
tahun 1980-2013 cenderung meningkat, yaitu dari 37,08 ribu ha pada tahun 1980
menjadi 1,74 juta ha pada tahun 2013. Rata-rata peningkatan luas areal kakao
mencapai 13,29% pertahun. Sedangkan perkembangan produktivitas kakao di
Indonesia selama tahun 2006-2013 cenderung berfluktuasi dapat dilihat pada gambar
berikut [5].
Gambar 1.1 Perkembangan Produktivitas Kakao di Indonesia, dari tahun 2006-2013
1
Universitas Sumatera Utara
2
Kulit buah kakao (Theobroma cacao L.)merupakan limbah pertanian yang
belum dimanfaatkan secara optimal. Selama ini limbah kulit kakao biasanya dibuang
di tempat pembuangan sampah kota, yang berkontribusi terhadap masalah
lingkungan yang ada.
Kulit buah kakao (Theobroma cacao L.)adalah limbah pertanian utama dari
industri kakao dan telah ditemukan untuk menjadi sumber yang kaya kalium
karbonat (K2CO3).Saat ini, teknologi yang digunakan untuk memproduksi K2CO3
membuat produk yang lebih mahal dan tidak aman lingkungan.Sementara itu, K2CO3
dari abu CPH (Cocoa Pod Husks) merupakan sumber potensi tinggi sebagai katalis
untuk produksi biodiesel [4].Salah satu cara untuk memanfaatkan kandungan K2CO3
dari kulit buah kakao yaitu dengan proses kalsinasi [4].
Kalsinasi merupakan proses pemberian panas (thermal treatment) terhadap
suatu material padatan untuk terjadinya dekomposisi termal, transisi fasa atau
penghilangan fraksi-fraksi yang volatil, selain dekomposisi, selama kalsinasi terjadi
pula : Sintering prekursor atau pembentukan oksida seperti kalium oksida (K2O) dan
reaksi oksida dengan penyangga [6]. Selain itu kalsinasi bertujuan untuk
memperbesar pori-pori [7].Kalsinasi biasanya dilakukan dibawah titik leleh produk
yang diinginkan, hal ini karena kalsinasi dilakukan dalam kondisi vakum, maka
diperkirakan kalium karbonat telah mengalami dekomposisi termal, membentuk sisi
aktif basa yaitu K2O [6].Kulit buah kakao (CPH) setelah mengalami proses kalsinasi
akan mengubah K2CO3 menjadi K2O yang dapat digunakan sebagai katalis untuk
produksi biodiesel [4].
Semakin meningkatnya populasi manusia dan bertambahnya aktivitas di
industri maupun transportasi mengakibatkan kebutuhan energi tak terbarukan dari
bahan bakar minyak bumi semakin meningkat sehingga mengakibatkan ketersediaan
nya semakin langka dan harganya menjadi sangat mahal.Selain itu, muncul berbagai
dampak buruk yang diakibatkan oleh efek rumah kaca yang dihasilkan sehingga
mendorong berbagai usaha penemuan bahan bakar alternatif yaitu salah satunya
adalah biodiesel [8].Biodiesel merupakan mono alkil ester dari rantai panjang asam
lemak seperti dari minyak nabati dan lemak hewan yang digunakan sebagai
pengganti bahan bakar fosil (diesel) dan bersifat terbarukan, sebagai bahan bakar
(energi) alternatif yang bersih, dan berkelanjutan [9].
Universitas Sumatera Utara
3
Salah satu bahan yang dapat digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah
minyak goreng bekas/minyak jelantah (Waste Cooking Oil/WCO). Minyak jelantah
adalah bahan baku yang menjanjikan sebagai pengganti dari minyak nabati untuk
produksi biodiesel [2]. Hal ini karena minyak jelantah merupakan sisa bekas
penggorengan minyak goreng. Selain itu, harga minyak jelantah kira-kira 40 – 70 %
lebih murah dari minyak goreng murni sehingga dapat mengurangi harga produksi
biodiesel secara efektif hingga 60-70 % [2; 10 ; 11]. Lebih lagi, produksi biodiesel
dari minyak jelantah tidak hanya menghindari kompetisi dari penggunaan WCO
sebagai sumber pangan tetapi juga dapat memecahkan berbagai masalah limbah
pembuangan WCO. Diperkirakan bahwa sekitar 20 ribu - 29 juta ton WCO
dihasilkan per tahun [10 ;12].
Metode yang umum digunakan dalam menghasilkan biodiesel adalah
transesterifikasi.Transesterifikasi (alkoholisis) adalah reaksi kimia antara minyak
atau lemak dengan alkohol yang dikatalisasi oleh katalis asam atau basa untuk
membentuk ester dan gliserol [13]. Alkohol seperti metanol, etanol, propanol,
butanol dan amil alkohol dapat digunakan dalam proses transesterifikasi [14].
Umumnya, metanol dan etanol merupakan yang paling banyak digunakan sebagai
katalis untuk mempercepat reaksi transeterifikasi, karena biayanya murah dan
keuntungan fisik dan kimianya dibandingkan dengan alkohol rantai panjang [1; 13;
15].
Oleh Karena itu dalam penelitiaan ini, digunakan Kulit buah kakao
(CPH)sebagai katalis basa heterogen dalam pembuatan biodiesel berbasis minyak
jelantah sebagai bahan baku, dan metanol sebagai pelarut (reaktan).
Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian ini adalah
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Katalis Kalium Oksida
Katalis
Judul Penelitian
−
−
−
Cocoa Pod Husk: A New Source
Cocoa pod husk of CLEA-Lipase for Preparation
(Abu kulit
Oflow-Cost
Biodiesel:
an −
Optimized Process
kakao)
[16]
−
−
−
−
Variabel Proses
bahan baku : Jatropha curcas oil
(minyak bijik jarak)
Pelarut : Etanol
Metode: : Transesterifikasi dan
Ekstraksi Enzim Lipase dari Kulit
Kakao
Rasio Molar minyak : Etanol = 1
: 4, 1 : 6, 1:8
T reaksi = 70 oC
t reaksi = 2, 4, 6 jam
% katalis = 2,3,4 %
Pengadukan = 50-250 rpm
Konversi / Yield
Hasil analisa diperoleh yield
tertinggi dari asam lemak bebas
dan gliserida menjadi biodiesel
sebesar 93 % pada rasio mol
minyak : etanol 1:6, katalis 3 %
(b/b) dan waktu reaksi 4 jam
Parinari
− Bahan
baku
:
Polyandra B. Seed Oil
Dari hasil analis GC/MS dari
Cocoa Pod husk Production of Biodiesel from − Rasio Molar minyak : Metanol setiap biodiesel 1 % KOH
=1:6
memberiakn yield 99,94 %, 4 %
(CPA) dan Rice Parinari polyandra B. Seed Oil
− T reaksi = 2 jam
CPA memberikan yield 98,61 %
husk ash (RHA) using Bio-Based Catalysts
o
[17]
sedangkan 2 % RHA memberikan
− T kalsinasi 600 C
yield 88,85 %
− t kalsinasi = 35 menit
− % katalis = 0,5-4 %
4
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel (Lanjutan)
− Bahan baku : waste vegetable
oil
− Rasio Molar minyak : Metanol
= 1 : 50
Cocoa Pod Husk Biodiesel Production in Nigeria
− T reaksi = 60 oC
Yield biodiesel tertinggi yang
using Cocoa Pod Ash as a
(Abu kulit
dihasilkan adalah 94 %
− t reaksi = 5 jam
Catalyst Base
kakao)
− T kalsinasi = 490 oC
[18]
− t Kalsinasi = 6 jam
− % kalsinasi = 5 %
The Potential of using Cocoa
Pod Husks as Green Solid Base
Cocoa Pod Husk Catalysts
for
the
(Abu kulit kakao Transesterification of Soybean
: MgO) dan CPH Oil into Biodiesel: Effects of
ash
Biodiesel
on
Engine
Performance
[4]
− Bahan baku : Soybean oil
(minyak kedelai)
− Rasio Molar minyak: Metanol =
1 : 6 (untuk CPH/MgO dan
CPH ash catalysts)
− T reaksi = 40, 50, 60, 70, 80 oC
(untuk katalis CPH/MgO dan
CPH ash)
− t reaksi = 60 menit (untuk
katalis CPH/MgO) dan 120
menit (untuk katalis CPH
− % katalis = 0,5 ; 1 ; 1,5 %
− T kalsinasi = 650 oC
− t Kalsinasi = 4 jam
Hasil bioiesel yang diperoleh
adalah 98,7 % untuk katalis 1 %
CPH/MgO pada T reaksi 60 oC
selama 60 menit dan 91,4 % untuk
1 % abu CPH pada 60 oC selama
120 menit
5
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.2 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah
Katalis Basa
NaOH
Biodiesel
A
Two-Step
Production Process from Waste
Cooking Oil via Recycling
Crude Glycerol Esterification
Catalyzed by Alkali Catayst
[10]
Calcium
Diglyceroxide
Enhancement
in
biodiesel
production using waste cooking
oil and calcium diglyceroxide as
a heterogeneous catalyst in
presenceof ultrasound
[11]
− Bahan baku : Waste Cooking
Oil (Minjak jelantah)
− Rasio Metanol : Minyak dari
0.8:1 sampai 1.7:1 dengan
interval 0,1 :1
− % katalis : 0% sampai 0.7 %
(b/b) dengan interval 0.1 %
(b/b)
− T reaksi : 190, 200, dan 210 °C
− t reaksi : 2, 3, dan4 jam
− Metode : Esterifikasi dengan
katalis NaOH dan melalui daur
ulang gliserol mentah hasil
esterifikasi
− Pelarut : Metanol
− Metode : Transesterifikasi
− Rasio Molar minyak : Metanol
= 1 : 6, 1:9, 12:1, 14:1
− T reaksi = 45, 50, 55, 60, 65oC
− t reaksi = 5-40menit (interval 5
menit)
− % katalis = 0,5; 0,75; 1; 1,25 %
Hasil:
Konversi FFA dalam WCO
(kadar asam : 124,9 mg KOH/g)
menjadi asilgliserol 99,6 %
dibawah kondisi optimal (1,4:1
rasio molar gliserol menjadi FFA,
4 jam, 210 oC, beban katalis 0,5 %
berat berdasarkan berat WCO.
Setelah transesterifikasi dari ester
WCO dengan katalis metanol oleh
NaOH, produk yield terakhir
adalah 93,1 % berat dan 98,6 %
berat dari asam lemak metil ester
(FAME)
Kondisi reaksi optimal yaitu pada
rasio metanol : minyak 9:1, persen
katalis 1% (b/b) dari WCO,
temperatur reaksi 60 oC, kekuatan
intensitas rendah ultrasonik 120
W memberikan yield maksimum
sebesar 93,5 %
6
Universitas Sumatera Utara
7
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang potensi
penggunaan katalis heterogen K2O hasil kalsinasi dari limbah kulit buah kakao
dengan mengkaji pengaruh suhu kalsinasi untuk menghasilkan kemurnian dan yield
biodiesel, memperoleh kajian lebih lanjut tentang karakteristik analisa proksimat,
kandungan komponen dan morfologi dari katalis abu kulit kakao sertamemperoleh
kondisi maksimum padapengujian katalis abu kulit buah kakao dalam pembuatan
biodiesel berbasis minyak goreng bekas (WCO) dengan proses transesterifikasi.
1.2
RUMUSAN MASALAH
Kulit buah kakao merupakan limbah pertanian yang belum dimanfaatkan
secara optimal. Selama ini limbah kulit biah kakao biasanya dibuang di tempat
pembuangan sampah kota, yang berkontribusi terhadap masalah lingkungan yang
ada. Kulit buah kakao memiliki kandungan mineral yang tinggi berupa K2CO3 untuk
dimanfaatkan sebagai katalis basa heterogen.Kulit buah kakao (CPH) setelah
mengalami proses kalsinasi akan menghasilkan K2O yang berpotensi dapat
digunakan sebagai katalis untuk produksi biodieseldari minyak jelantah. Penelitian
ini diarahkan kepada penyelidikan potensi penggunaan katalis heterogen K2O hasil
kalsinasi dari limbah kulit buah kakao, pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis kulit
buah kakao untuk menghasilkan kemurniaan dan yield biodiesel yang tinggi dari
Minyak Jelantah.
Untuk itu perlu dilakukan penelitiaan untuk memperoleh pengaruh katalis kulit
kakao, variasi suhu kalsinasi katalis,pengujian katalis dalam produksi biodiesel,
memperoleh analisa proksimat, komponen dan morfologi dari katalis dan kondisi
maksimum dari variabel operasi terhadap kemurniaan dan yield biodiesel berbasis
minyak jelantah.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Memperoleh pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis terhadap kemurniaan
dan yield.
2. Memperolehanalisa proksimat, komponen dan morfologi dari katalis abu
kulit kakao hasil kalsinasi.
Universitas Sumatera Utara
8
3. Mendapatkan kondisi maksimum dari variabel proses dalam pengujian
katalis buah kakao dalam produksi biodiesel berbasis minyak jelantah.
4. Memperoleh 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 berbasis WCO (Waste Cooking Oil)
2. Memperoleh pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis terhadap kemurniaan
dan yield biodiesel yang dihasilkan.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis kulit
kakao ini.
4. Memanfaatkan limbah kulit buah kakao dan minyak jelantah menjadi
produk yang lebih berguna sekaligus mengatasi masalah limbah minyak
jelantah.
1.5
RUANG LINGKUP
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, 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 buah 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
buah kakao sebagai katalis, proses persiapan bahan baku, proses penurunan
FFA bahan baku (Waste Cooking Oil)dan pengujian katalis dalam
pembuatan biodiesel berbasis minyak jelantah (WCO).
Universitas Sumatera Utara
9
1. Proses Persiapan Kulit Buah KakaoSebagai Katalis
Adapun proses persiapan kulit buah kakao sebagai katalis dengan
mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Ofori-Boateng and Keat [4]
dan Khanahmadi et al. [16] antara lain:
• Kulit buah kakao dicuci bersih dan dipotong ukuran kecil dan
dikeringkan di bawah sinar matahari selama 2 minggu.
• Kulit kering dihaluskan dengan ballmill dan diayak dengan ayakan
100 mesh.
• Temperatur Kalsinasi
: 650, 700, dan 750 0C.
• Waktu Kalsinasi
: 4 jam [4].
• Abu
hasil
kalsinasi
di
analisa
dengan
metode
AAS
(Atomic Absorption Spectrometer).
2. Proses Persiapan Bahan Baku
Adapun proses persiapan bahan baku dengan mengadopsi prosedur yang
dilakukan oleh Tan, et al. [19] antara lain:
• Penyaringan bahan baku minyak jelantah dengan kertas saring.
• Bahan baku ditampung dan didiamkan selama beberapa hari.
• Terbentuk dua lapisan emulsi minyak-air.
• Emulsi minyak - air dipanaskan selama ± 30 menit pada suhu 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)
Adapun proses penurunan FFA bahan baku (Waste Cooking Oil) dengan
mengadopsi prosedur yang dilakukan dengan Putra, et al. [42] :
• Penyaringan langsung dengan menggunakan kertas saring untuk
menghilangkan zat padat.
• Minyak dipanaskan sampai 110 oC selama ± 15 menit dengan
menggunakan hot plate.
Universitas Sumatera Utara
10
• Sebanyak 1 % (b/b) 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
Katalis merupakan salah satu bahan yang digunakan dalam pembuatan
biodiesel. Jenis katalis yang biasanya digunakan untuk produksi biodiesel seperti
katalis homogen, katalis heterogen dan enzim [1].Umumnya katalis heterogen
basa/asam digunakan dalam pembuatan biodiesel komersial melalui proses
transesterifikasi [2]. Katalis basa telah diakui memberikan konversi yang lebih besar
daripada katalis asam [3].Kulit buah kakao (CPH/Cocoa Pod Husk) adalah salah satu
jenis katalis basa heterogen [4].
Kakao (Theobrema cacao L.) adalah salah satu komoditas unggulan sub sektor
perkebunan. Kakao menempati luar areal keempat terbesar untuk sub sektor
perkebunan setelah kelapa sawit, kelapa, dan karet. Menurut data dari Direktorat
Jenderal Perkebunan, perkembangan luas areal kakao di Indonesia selama periode
tahun 1980-2013 cenderung meningkat, yaitu dari 37,08 ribu ha pada tahun 1980
menjadi 1,74 juta ha pada tahun 2013. Rata-rata peningkatan luas areal kakao
mencapai 13,29% pertahun. Sedangkan perkembangan produktivitas kakao di
Indonesia selama tahun 2006-2013 cenderung berfluktuasi dapat dilihat pada gambar
berikut [5].
Gambar 1.1 Perkembangan Produktivitas Kakao di Indonesia, dari tahun 2006-2013
1
Universitas Sumatera Utara
2
Kulit buah kakao (Theobroma cacao L.)merupakan limbah pertanian yang
belum dimanfaatkan secara optimal. Selama ini limbah kulit kakao biasanya dibuang
di tempat pembuangan sampah kota, yang berkontribusi terhadap masalah
lingkungan yang ada.
Kulit buah kakao (Theobroma cacao L.)adalah limbah pertanian utama dari
industri kakao dan telah ditemukan untuk menjadi sumber yang kaya kalium
karbonat (K2CO3).Saat ini, teknologi yang digunakan untuk memproduksi K2CO3
membuat produk yang lebih mahal dan tidak aman lingkungan.Sementara itu, K2CO3
dari abu CPH (Cocoa Pod Husks) merupakan sumber potensi tinggi sebagai katalis
untuk produksi biodiesel [4].Salah satu cara untuk memanfaatkan kandungan K2CO3
dari kulit buah kakao yaitu dengan proses kalsinasi [4].
Kalsinasi merupakan proses pemberian panas (thermal treatment) terhadap
suatu material padatan untuk terjadinya dekomposisi termal, transisi fasa atau
penghilangan fraksi-fraksi yang volatil, selain dekomposisi, selama kalsinasi terjadi
pula : Sintering prekursor atau pembentukan oksida seperti kalium oksida (K2O) dan
reaksi oksida dengan penyangga [6]. Selain itu kalsinasi bertujuan untuk
memperbesar pori-pori [7].Kalsinasi biasanya dilakukan dibawah titik leleh produk
yang diinginkan, hal ini karena kalsinasi dilakukan dalam kondisi vakum, maka
diperkirakan kalium karbonat telah mengalami dekomposisi termal, membentuk sisi
aktif basa yaitu K2O [6].Kulit buah kakao (CPH) setelah mengalami proses kalsinasi
akan mengubah K2CO3 menjadi K2O yang dapat digunakan sebagai katalis untuk
produksi biodiesel [4].
Semakin meningkatnya populasi manusia dan bertambahnya aktivitas di
industri maupun transportasi mengakibatkan kebutuhan energi tak terbarukan dari
bahan bakar minyak bumi semakin meningkat sehingga mengakibatkan ketersediaan
nya semakin langka dan harganya menjadi sangat mahal.Selain itu, muncul berbagai
dampak buruk yang diakibatkan oleh efek rumah kaca yang dihasilkan sehingga
mendorong berbagai usaha penemuan bahan bakar alternatif yaitu salah satunya
adalah biodiesel [8].Biodiesel merupakan mono alkil ester dari rantai panjang asam
lemak seperti dari minyak nabati dan lemak hewan yang digunakan sebagai
pengganti bahan bakar fosil (diesel) dan bersifat terbarukan, sebagai bahan bakar
(energi) alternatif yang bersih, dan berkelanjutan [9].
Universitas Sumatera Utara
3
Salah satu bahan yang dapat digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah
minyak goreng bekas/minyak jelantah (Waste Cooking Oil/WCO). Minyak jelantah
adalah bahan baku yang menjanjikan sebagai pengganti dari minyak nabati untuk
produksi biodiesel [2]. Hal ini karena minyak jelantah merupakan sisa bekas
penggorengan minyak goreng. Selain itu, harga minyak jelantah kira-kira 40 – 70 %
lebih murah dari minyak goreng murni sehingga dapat mengurangi harga produksi
biodiesel secara efektif hingga 60-70 % [2; 10 ; 11]. Lebih lagi, produksi biodiesel
dari minyak jelantah tidak hanya menghindari kompetisi dari penggunaan WCO
sebagai sumber pangan tetapi juga dapat memecahkan berbagai masalah limbah
pembuangan WCO. Diperkirakan bahwa sekitar 20 ribu - 29 juta ton WCO
dihasilkan per tahun [10 ;12].
Metode yang umum digunakan dalam menghasilkan biodiesel adalah
transesterifikasi.Transesterifikasi (alkoholisis) adalah reaksi kimia antara minyak
atau lemak dengan alkohol yang dikatalisasi oleh katalis asam atau basa untuk
membentuk ester dan gliserol [13]. Alkohol seperti metanol, etanol, propanol,
butanol dan amil alkohol dapat digunakan dalam proses transesterifikasi [14].
Umumnya, metanol dan etanol merupakan yang paling banyak digunakan sebagai
katalis untuk mempercepat reaksi transeterifikasi, karena biayanya murah dan
keuntungan fisik dan kimianya dibandingkan dengan alkohol rantai panjang [1; 13;
15].
Oleh Karena itu dalam penelitiaan ini, digunakan Kulit buah kakao
(CPH)sebagai katalis basa heterogen dalam pembuatan biodiesel berbasis minyak
jelantah sebagai bahan baku, dan metanol sebagai pelarut (reaktan).
Adapun beberapa penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian ini adalah
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Katalis Kalium Oksida
Katalis
Judul Penelitian
−
−
−
Cocoa Pod Husk: A New Source
Cocoa pod husk of CLEA-Lipase for Preparation
(Abu kulit
Oflow-Cost
Biodiesel:
an −
Optimized Process
kakao)
[16]
−
−
−
−
Variabel Proses
bahan baku : Jatropha curcas oil
(minyak bijik jarak)
Pelarut : Etanol
Metode: : Transesterifikasi dan
Ekstraksi Enzim Lipase dari Kulit
Kakao
Rasio Molar minyak : Etanol = 1
: 4, 1 : 6, 1:8
T reaksi = 70 oC
t reaksi = 2, 4, 6 jam
% katalis = 2,3,4 %
Pengadukan = 50-250 rpm
Konversi / Yield
Hasil analisa diperoleh yield
tertinggi dari asam lemak bebas
dan gliserida menjadi biodiesel
sebesar 93 % pada rasio mol
minyak : etanol 1:6, katalis 3 %
(b/b) dan waktu reaksi 4 jam
Parinari
− Bahan
baku
:
Polyandra B. Seed Oil
Dari hasil analis GC/MS dari
Cocoa Pod husk Production of Biodiesel from − Rasio Molar minyak : Metanol setiap biodiesel 1 % KOH
=1:6
memberiakn yield 99,94 %, 4 %
(CPA) dan Rice Parinari polyandra B. Seed Oil
− T reaksi = 2 jam
CPA memberikan yield 98,61 %
husk ash (RHA) using Bio-Based Catalysts
o
[17]
sedangkan 2 % RHA memberikan
− T kalsinasi 600 C
yield 88,85 %
− t kalsinasi = 35 menit
− % katalis = 0,5-4 %
4
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel (Lanjutan)
− Bahan baku : waste vegetable
oil
− Rasio Molar minyak : Metanol
= 1 : 50
Cocoa Pod Husk Biodiesel Production in Nigeria
− T reaksi = 60 oC
Yield biodiesel tertinggi yang
using Cocoa Pod Ash as a
(Abu kulit
dihasilkan adalah 94 %
− t reaksi = 5 jam
Catalyst Base
kakao)
− T kalsinasi = 490 oC
[18]
− t Kalsinasi = 6 jam
− % kalsinasi = 5 %
The Potential of using Cocoa
Pod Husks as Green Solid Base
Cocoa Pod Husk Catalysts
for
the
(Abu kulit kakao Transesterification of Soybean
: MgO) dan CPH Oil into Biodiesel: Effects of
ash
Biodiesel
on
Engine
Performance
[4]
− Bahan baku : Soybean oil
(minyak kedelai)
− Rasio Molar minyak: Metanol =
1 : 6 (untuk CPH/MgO dan
CPH ash catalysts)
− T reaksi = 40, 50, 60, 70, 80 oC
(untuk katalis CPH/MgO dan
CPH ash)
− t reaksi = 60 menit (untuk
katalis CPH/MgO) dan 120
menit (untuk katalis CPH
− % katalis = 0,5 ; 1 ; 1,5 %
− T kalsinasi = 650 oC
− t Kalsinasi = 4 jam
Hasil bioiesel yang diperoleh
adalah 98,7 % untuk katalis 1 %
CPH/MgO pada T reaksi 60 oC
selama 60 menit dan 91,4 % untuk
1 % abu CPH pada 60 oC selama
120 menit
5
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.2 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah
Katalis Basa
NaOH
Biodiesel
A
Two-Step
Production Process from Waste
Cooking Oil via Recycling
Crude Glycerol Esterification
Catalyzed by Alkali Catayst
[10]
Calcium
Diglyceroxide
Enhancement
in
biodiesel
production using waste cooking
oil and calcium diglyceroxide as
a heterogeneous catalyst in
presenceof ultrasound
[11]
− Bahan baku : Waste Cooking
Oil (Minjak jelantah)
− Rasio Metanol : Minyak dari
0.8:1 sampai 1.7:1 dengan
interval 0,1 :1
− % katalis : 0% sampai 0.7 %
(b/b) dengan interval 0.1 %
(b/b)
− T reaksi : 190, 200, dan 210 °C
− t reaksi : 2, 3, dan4 jam
− Metode : Esterifikasi dengan
katalis NaOH dan melalui daur
ulang gliserol mentah hasil
esterifikasi
− Pelarut : Metanol
− Metode : Transesterifikasi
− Rasio Molar minyak : Metanol
= 1 : 6, 1:9, 12:1, 14:1
− T reaksi = 45, 50, 55, 60, 65oC
− t reaksi = 5-40menit (interval 5
menit)
− % katalis = 0,5; 0,75; 1; 1,25 %
Hasil:
Konversi FFA dalam WCO
(kadar asam : 124,9 mg KOH/g)
menjadi asilgliserol 99,6 %
dibawah kondisi optimal (1,4:1
rasio molar gliserol menjadi FFA,
4 jam, 210 oC, beban katalis 0,5 %
berat berdasarkan berat WCO.
Setelah transesterifikasi dari ester
WCO dengan katalis metanol oleh
NaOH, produk yield terakhir
adalah 93,1 % berat dan 98,6 %
berat dari asam lemak metil ester
(FAME)
Kondisi reaksi optimal yaitu pada
rasio metanol : minyak 9:1, persen
katalis 1% (b/b) dari WCO,
temperatur reaksi 60 oC, kekuatan
intensitas rendah ultrasonik 120
W memberikan yield maksimum
sebesar 93,5 %
6
Universitas Sumatera Utara
7
Berdasarkan uraian diatas, diperlukan penelitian lebih lanjut tentang potensi
penggunaan katalis heterogen K2O hasil kalsinasi dari limbah kulit buah kakao
dengan mengkaji pengaruh suhu kalsinasi untuk menghasilkan kemurnian dan yield
biodiesel, memperoleh kajian lebih lanjut tentang karakteristik analisa proksimat,
kandungan komponen dan morfologi dari katalis abu kulit kakao sertamemperoleh
kondisi maksimum padapengujian katalis abu kulit buah kakao dalam pembuatan
biodiesel berbasis minyak goreng bekas (WCO) dengan proses transesterifikasi.
1.2
RUMUSAN MASALAH
Kulit buah kakao merupakan limbah pertanian yang belum dimanfaatkan
secara optimal. Selama ini limbah kulit biah kakao biasanya dibuang di tempat
pembuangan sampah kota, yang berkontribusi terhadap masalah lingkungan yang
ada. Kulit buah kakao memiliki kandungan mineral yang tinggi berupa K2CO3 untuk
dimanfaatkan sebagai katalis basa heterogen.Kulit buah kakao (CPH) setelah
mengalami proses kalsinasi akan menghasilkan K2O yang berpotensi dapat
digunakan sebagai katalis untuk produksi biodieseldari minyak jelantah. Penelitian
ini diarahkan kepada penyelidikan potensi penggunaan katalis heterogen K2O hasil
kalsinasi dari limbah kulit buah kakao, pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis kulit
buah kakao untuk menghasilkan kemurniaan dan yield biodiesel yang tinggi dari
Minyak Jelantah.
Untuk itu perlu dilakukan penelitiaan untuk memperoleh pengaruh katalis kulit
kakao, variasi suhu kalsinasi katalis,pengujian katalis dalam produksi biodiesel,
memperoleh analisa proksimat, komponen dan morfologi dari katalis dan kondisi
maksimum dari variabel operasi terhadap kemurniaan dan yield biodiesel berbasis
minyak jelantah.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Memperoleh pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis terhadap kemurniaan
dan yield.
2. Memperolehanalisa proksimat, komponen dan morfologi dari katalis abu
kulit kakao hasil kalsinasi.
Universitas Sumatera Utara
8
3. Mendapatkan kondisi maksimum dari variabel proses dalam pengujian
katalis buah kakao dalam produksi biodiesel berbasis minyak jelantah.
4. Memperoleh 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 berbasis WCO (Waste Cooking Oil)
2. Memperoleh pengaruh variasi suhu kalsinasi katalis terhadap kemurniaan
dan yield biodiesel yang dihasilkan.
3. Sebagai bahan referensi dan informasi kepada peneliti selanjutnya yang
tertarik untuk meneliti dan mengembangkan proses dengan katalis kulit
kakao ini.
4. Memanfaatkan limbah kulit buah kakao dan minyak jelantah menjadi
produk yang lebih berguna sekaligus mengatasi masalah limbah minyak
jelantah.
1.5
RUANG LINGKUP
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, 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 buah 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
buah kakao sebagai katalis, proses persiapan bahan baku, proses penurunan
FFA bahan baku (Waste Cooking Oil)dan pengujian katalis dalam
pembuatan biodiesel berbasis minyak jelantah (WCO).
Universitas Sumatera Utara
9
1. Proses Persiapan Kulit Buah KakaoSebagai Katalis
Adapun proses persiapan kulit buah kakao sebagai katalis dengan
mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Ofori-Boateng and Keat [4]
dan Khanahmadi et al. [16] antara lain:
• Kulit buah kakao dicuci bersih dan dipotong ukuran kecil dan
dikeringkan di bawah sinar matahari selama 2 minggu.
• Kulit kering dihaluskan dengan ballmill dan diayak dengan ayakan
100 mesh.
• Temperatur Kalsinasi
: 650, 700, dan 750 0C.
• Waktu Kalsinasi
: 4 jam [4].
• Abu
hasil
kalsinasi
di
analisa
dengan
metode
AAS
(Atomic Absorption Spectrometer).
2. Proses Persiapan Bahan Baku
Adapun proses persiapan bahan baku dengan mengadopsi prosedur yang
dilakukan oleh Tan, et al. [19] antara lain:
• Penyaringan bahan baku minyak jelantah dengan kertas saring.
• Bahan baku ditampung dan didiamkan selama beberapa hari.
• Terbentuk dua lapisan emulsi minyak-air.
• Emulsi minyak - air dipanaskan selama ± 30 menit pada suhu 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)
Adapun proses penurunan FFA bahan baku (Waste Cooking Oil) dengan
mengadopsi prosedur yang dilakukan dengan Putra, et al. [42] :
• Penyaringan langsung dengan menggunakan kertas saring untuk
menghilangkan zat padat.
• Minyak dipanaskan sampai 110 oC selama ± 15 menit dengan
menggunakan hot plate.
Universitas Sumatera Utara
10
• Sebanyak 1 % (b/b) karbon aktif dari minyak dituangkan ke dalam
minyak dan kemudian diaduk selama 80 menit.
• Campuran tersebut kemudian disaring
• Kadar
FFA dari
minyak
jelantah