Rahajeng Lisdayanti, Chrysant Arasati Putri, Harimbi Setyawati: SINTESIS BIODIESEL DARI MINYAK SISA PAKAI DENGAN VARIASI WAKTU REAKSI DAN UKURAN Ba(OH)2 SEBAGAI KATALIS
SINTESIS BIODIESEL DARI MINYAK SISA PAKAI DENGAN VARIASI WAKTU REAKSI DAN UKURAN Ba(OH)2 SEBAGAI KATALIS Rahajeng Lisdayanti, Chrysant Arasati Putri, Harimbi Setyawati Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri, Institutu Teknologi Nasional Malang Jl. Bendungan Sigura-gura No. 2 Malang Email :
[email protected]
Abstrak Ketersediaan bahan bakar fosil yang makin menipis jumlahnya menjadi pemicu bagi para peneliti untuk mengeksploarasi bahan bakar alternative terbarukan. Biodisel merupakan salah satu bahan bakar aternatif yang banyak dikembangkan, mulai dari teknologi, proses maupun bahan bakunya. Bahan baku yang sering digunakan berasal dari sawit, kelapa, zaitun, kanola maupun alpokat yang jika digunakan terus menerus akan menimbulkan masalah baru dibidang pangan. Minyak sisa pakai yang masih mengandung asam lemak menjadi salah satu bahan yang potensial sebagai bahan baku biodisel. Penggunaan katalis heterogen (Ba(OH)2.8H2O)pada variasi ukuran (25 dan 60 mesh) dan waktu reaksi (80–120 menit) sangat mempengaruhi biodisel yang dihasilkan. Biodisel dengan karakteristik terbaik didapatkan pada waktu reaksi selama 100 menit dengan ukuran katalis 60 mesh. Yield metil ester yang dihasilkan sebesar 86,8%. Kata kunci: minyak sisa pakai, katalis basa heterogen, biodiesel
SYNTHESIS OF BIODIESEL FROM WASTE OIL WITH VARIATIONS REACTION TIME AND SIZE Ba (OH)2 AS CATALYST Abstract The availability of fossil fuel that decreased in amount becomes the trigger for the researchers to explore the alternative of renewable fuel. Biodiesel is one of alternative fuel which is widely develop such as the technology, the process and the raw material. The raw material that usually used comes from palm, coconut, olive, canola and avocado. If these materials are used continuously, it can make a new problem in food field. Waste oil still contains fatty acid, so that it becomes potential to be used for raw material of biodiesel. The use of heterogeneous catalyst (Ba(OH)2.8H2O) in variation of size (25 and 60 mesh) and reaction time (80–120 minutes) affect the product. The best characteristic of biodiesel was achieved by reaction time for 100 minutes and catalyst size 60 mesh. The yield of Methyl Ester was 86.8% Key words: waste oil, hetergenous base catalyst, biodisel
12
Jurnal Teknik Kimia, Vol.8, No.1, Sepetemebr 2013
PENDAHULUAN METODE PENELITIAN Permintaan terhadap bahan bakar terus meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk dan kemajuan industrialiasi, sementara ketersediaan bahan bakar fosil berbanding terbalik. Hal ini merupakan salah satu faktor yang menjadi katalis dalam penggalian sumber energi alternative. Beberapa tahun terakhir, sudah banyak dilakukan penelitian untuk mendapatkan bahan bakar alternative terbarukan, salah satunya adalah biodiesel. Biodisel adalah metil ester yang merupakan hasil reaksi transesterifikasi trigliserida atau reaksi esterifikasi minyak nabati. Biodisel dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan karena emisi gas buang yang dihasilkan relatif lebih bersih dibandingkan bahan bakar fosil. Selain itu biodisel tidak beracun dan kandungan belerangnya juga sangat kecil dan yang tak kalah penting adalah bahan bakunya berasal dari minyak nabati yang tersedia dalam jumlah berlimpah dan dapat diperbarui. Saat ini, biodisel dibuat dari tanaman penghasil minyak nabati (minyak kedelai,canola oil, rapeseed oil, crude palm oil) maupun lemak hewani (beef tallow,lard, lemak ayam, lemak babi) (Davies, Wayne, 2005). Bahan-bahan ini harganya cukup mahal dan ketersediaannya bersaing dengan kebutuhan pangan, sehingga diperlukan eksplorasi bahan baku pengganti. Salah satunya adalah minyak sisa pakai. Penggunaan minyak sisa pakai sebagai bahan baku biodisel tidak bisa digunakan secara langsung. Hal ini karena minyak sisa pakai sudah mengalami penurunan mutu, diantaranya perubahan warna menjadi lebih pekat akibat pemanasan yang berulang dan timbulnya aroma tengik sebagai indikasi bertambahnya kadar asam lemak bebas dan penurunan jumlah asam lemak tak jenuh. Kadar asam lemak bebas yang tinggi (5-30 % b/b) (Gerpen, J.V. 2005), akan menimbulkan reaksi saponifikasi jika bereaksi dengan KOH atau NaOH (Salimon dkk, 2012 dan Yan dkk, 2009), sehingga diperlukan pre-treatment yaitu dengan proses esterifikasi sebelum dilakukan proses transesterifikasi. Untuk itu perlu penelitian lebih lanjut penggunaan minyak sisa pakai sebagai bahan baku pembuatan biodisel. Proses pembuatan biodisel dapat dilakukan tanpa dan dengan katalis. Katalis yang sering digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa. Penggunaan katalis basa lebih banyak dipilih karena menghasilkan rendemen metil ester yang lebih tinggi dengan waktu reaksi lebih singkat. Pada penelitian ini dianalisis penggunaan minyak sisa pakai sebagai bahan alternative dan pengaruh penggunaan Ba(OH)2.8H2O sebagai katalis basa pada variasi ukuran dan waktu reaksi metanolisis pada sintesis biodisel.
Bahan Material yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak sisa pakai yang didapatkan dari limbah minyak goreng rumah tangga. Ba(OH)2.8H2O (Merck) digunakan sebagai katalis basa dan bentonit sebagai bleaching agent. Metanol (99%) untuk proses metanolisis. Prosedur Penelitian Pemurnian minyak sisa pakai : Proses pemurnian minyak sisa pakai diawali dengan memisahkan minyak dari kotoran-kotoran padat dengan cara filtrasi. Selanjutnya dilakukan proses penghilangan bumbu (despicing) dengan cara mencampur minyak dengan air (1:1) dan memanaskan campuran tersebut pada suhu didihnya hingga volume campuran menjadi setengahnya. Kemudian minyak diendapkan dalam corong pisah selama 1 jam dan dipisahkan dari fraksi airnya. Fraksi minyak yang didapatkan dilewatkan kertas saring untuk memisahkan endapannya. Pemurnian dilanjutkan dengan proses bleaching. Proses ini dilakukan dengan cara sebagai berikut: bentonit sebanyak 1,5% berat minyak dimasukkan ke dalam minyak hasil despicing, kemudian diaduk dan dipanaskan pada suhu 70 °C selama 60 menit, selanjutnya suhu ditingkatkan sampai 100 °C, setelah itu minyak didinginkan, disaring dan dianalisis kadar FFA. Proses Transesterifikasi Proses transesterifikasi pada pembuatan biodisel dari minyak sisa pakai dilakukan sebagai berikut: memanaskan campuran minyak dan methanol (1:6) sampai suhu 65 °C. Sebanyak 3,5 gram Ba(OH)2. 8H2O yang sudah diaktifkan (variasi ukuran 25 dan 60 mesh) dimasukkan ke dalam campuran minyak dan methanol, direaksikan pada variasi waktu reaksi 90–120 menit. Sebagai pembanding, dilakukan juga proses transesterifikasi menggunakan minyak goreng murni (belum digunakan untuk menggoreng). Pencucian Biodisel Biodisel yang dihasilkan dimasukkan ke dalam corong pemisah, diendapkan hingga terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berwarna cerah merupakan biodisel sedangkan lapisan bawah berwarna gelap merupakan gliserol. Biodisel dipisahkan dari gliserol. Untuk pencucian biodisel, ke dalam corong pemisah yang terdapat biodisel, dimasukkan sejumlah air dan dikocok kemudian diendapkan selama 6 jam, biodisel dan air membentuk lapisan terpisah. Air dikeluarkan dari corong pemisah, proses dilakukan berulang-ulang hingga didapatkan air
13
Rahajjeng Lisdayannti, Chrysant Arasati A Putri, Harimbi Sety yawati: SINTESIS BIODIE ESEL DARI MINYAK SISA PAKAI DEN NGAN VARIA ASI WAKTU REAKSI DA AN UKURAN Ba(OH)2 SEB EBAGAI KAT TALIS
yang keluar dari corong pemiisah tidak beerwarna lagi. Kaarakterisasi teerhadap biodiisel yang dihhasilkan meliputi analisa densitas meenggunakan density meterr pada suhu 15 °C, visco ositas menggu gunakan viscom meter pada suuhu 40 °C, flash f point m menggunakann flash point tester t dan ind deks cetane ddihitung menggunakan persaamaan yang mengikuti m AS STM D976 :
Sem makin tinggi konversi biiodiesel makaa densitas maakin rendah karena k rantai karbon yang g semakin pen ndek serta ikatan rangkap semakin sed dikit. Nilai den nsitas biodiesel sangat diteentukan oleh kemurnian k kom mponen metil ester dalaam biodiesel (Anonim, 200 06).
CCI = 454,74 – 1641,416 D + 774,74 D2 – 0,554 T50 + +97,803 (log T50) T 2 Dimana : CCI = Calculate Cetane C Index M=m mid-boiling teemperature, °F F D = ddensitas pada 15 oC, g/mL T50= mid-boiling temperature, °C D PEMBA AHASAN HASIL DAN Paada penelitiaan ini, dilaakukan pem mbuatan biodieesel dengan bahan baku utama u yaitu m minyak sisa ppakai yang dipperoleh dari liimbah rumah tangga dengaan katalis yanng digunakan adalah katallis basa padat Ba(OH)2. Sebagai S pem mbanding digu gunakan minyaak kelapa saawit murni. Proses metaanolisis dilakuukan pada vaariasi waktu serta s ukuran katalis, dengaan sistem baatch namun untuk pengaambilan sampeel dilakukan secara s kontiny yu. Peemurnian terhhadap sisa minyak m pakai sudah sesuaii sehingga yield y yang dihasilkan d terrgolong cukupp besar. Yieeld pada pen nelitian ini ssebesar 86,6% %. Hasil proses pemurnian terhadap t minyyak sisa pakai yang digunakkan sangat meempengaruhi bbiodisel yang dihasilkan. Kadar K FFA minyak m yangg sudah dimurrnikan dihitunng menggunaakan rumus ssebagai berikuut : %FFA A=
mL KOH ×N N ×BM asam lemak k minyak Berat Sampel ×1000
×100% %
Hasil perhitungan FFA terhadaap adalah miinyak murnii dan sisa pakkai masing-maasing adalah 1 ,02% dan 1,38%. Berdassarkan hasil analisa a ini diddapatkan % FFA dibaw wah 2%, ini beerarti bahwa maka minyaak tersebut dapat langsu ung di transsesterifikassi. SITAS METIIL ESTER DENS Beerdasarkan hasil h analisaa, diperolehh nilai densittas terkecil yaitu y 0,875 g/cm g 3 pada m minyak murnii dengan mengggunakan kataalis ukuran 600 mesh, sedanngkan yang terbesar t yaitu u 0,89 g/cm m3 pada minyaak hasil pennggorengan teepung.Data ttersebut menunnjukkan bahw wa secara keseluruhan k kkualitas biodieesel yang dihhasilkan telah h memenuhi S Standar Nasioonal Indonesiaa, yaitu dengaan rentang 0,885-0,89 g/cm3. Pada grafik diatas, pada semua jenis m minyak densittas menurun secara s perlahaan lalu naik keembali.
14
Ga ambar 1. Peengaruh wakt ktu reaksi daan ukuran kattalis 25 mesh terhadap denssitas metil esteer
ambar 2. Peengaruh wakt ktu reaksi daan ukuran Ga kattalis 60 mesh terhadap denssitas metil esteer M ESTE ER VIISCOSITAS METIL Viskositas metil m ester meenurut standar nasional Ind donesia memiliki rentang 2,3-6,0 (mm m2/s). Dari datta yang dipero oleh, viskositaas dari metil ester e yang dih hasilkan secaara keseluruh uhan telah memenuhi m staandar mutu yan ng telah ditetaapkan. Metil ester yang dih hasilkan darii minyak gooreng bekas rata-rata meemiliki viskossitas yang lebbih tinggi jik ka disbandin ngkan dengan n metil esterr yang dihasiilkan dari minyak murni. Hal H ini dapat tterjadi karenaa berdasarkan n penggunaan nnya, minyakk jelantah yang y telah dig gunakan berulang kali meenyebabkan sisa lemak darri penggunaaanmenggorengg masih terssisa yang akh hirnya mem mpengaruhi ddari kualitass minyak jelaantah tersebu ut dan akibatnnya adalah pencapaian p suaatu nilai dari karakteristikk biodiesel kh hususunya nilai viskositas menjadi m lebih meningkat.
Jurnall Teknik Kimiaa, Vol.8, No.1 1, Sepetemebrr 2013
Gamb bar 3. Penggaruh waktu reaksi dan ukuran katalis 25 mesh terhhadap viskositas metil esterr
ambar 5. Peengaruh wakt ktu reaksi daan ukuran Ga kattalis 25 mesh terhadap flashh point metil ester e IN NDEKS CETA ANE METIL L ESTER Kualitas pen nyalaan bahann bakar diuku ur dengan cettane number, semakin ttinggi cetanee number meenunjukkan bahan bakar ttersebut akan n semakin mu udah terbakar, sedangkan ssemakin rend dah cetane num mber menunju ukkan bahan bakar tersebu ut semakin lam mbat terbakarr (Amalia, 20010). Dalam penelitian ini, indeks cetane yang dipeeroleh dibawaah standar nassional Indoneesia yaitu denngan nilai miinimal 51. Sed dangkan ind deks cetane yyang diperoleh h nilainya berrkisar dari 47 7 hingga 50. Hal tersebutt kemungkin nan disebabkaan oleh kadaar air dalam biodiesel yan ng cukup tin nggi, karenaa dalam prosses untuk meemperoleh biodiesel b yanng bersih dilakukan pen ncucian meng ggunakan air.
Gamb bar 4. Penggaruh waktu reaksi dan ukuran katalis 60 mesh terhhadap viskositas metil esterr SH POINT METIL M ESTE ER FLAS Paada Gambar 5 dan 6 dapat d dilihat bahwa nilaifl flash pointmettil ester yang g dihasilkan di atas batas minimum Standar Nasional N Inddonesia, sehinggga dapat dikkatakan bahw wa nilai flashh point yang diperoleh memenuhi m stan ndar. Namunn, nilai flash ppointyang dipperoleh cukup p tinggi, sekittar 183 hinggga 194 0C, jikka nilai flash point terlaluu tinggi maka penyalaannyya akan san ngat sulit seehingga membbutuhkan lebbih banyak energi e untukk dapat menyalakannya. Tinngginya nilai flash f point seerta perbedaann flash point dapat diseebabkan massih terdapat faktor pengootor yang beruupa gliserol dan d sisa kataliis yang belum m sepenuhnyya hilang dan d hal ini dapat disebaabkan karenna masih adanya a kanddungan kompponen dalam biodiesel b yan ng mempunyaai flash point yang tinggi sehingga meenaikkan nilaai flash point biodiesel (Calvano, 2010).
Tabel 1. Hasil analisa indeks cetane metil ester pada varriasi ukuran katalis dan wakktu reaksi Uk kuran kattalis [m mesh]
Kondisi miny yak
80 49
90 49
100 49
110 1 49 4
120 49
Sisa pakaai
47
47
47
47 4
47
Murrni
50
50
50
50 5
50
Sisa pakaai
49
49
49
49 4
49
Murrni 25
60
Waktuu reaksi [menit]
KESIMPU ULAN Sintesis biod diesel dari m minyak sisa pakai yang did dapatkan dari limbah rumahh tangga deng gan katalis hetterogen Ba(OH H)2 telah berhhasil dilakukan n.
15
Rahajeng Lisdayanti, Chrysant Arasati Putri, Harimbi Setyawati: SINTESIS BIODIESEL DARI MINYAK SISA PAKAI DENGAN VARIASI WAKTU REAKSI DAN UKURAN Ba(OH)2 SEBAGAI KATALIS
Karakterisasi biodiesel terbaik didapatkan pada ukuran katalis 60 mesh dengan waktu reaksi 100 menit. Biodisel yang dihasilkan mempunya densitas, viskositas, flash point dan indeks cetane masingmasing adalah 0,878 g/cm3; 4,6 mm2/s; 186 °C dan 49, dengan yield sebesar 86,6%. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2006. “Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia: Bahan Bakar dan Pembakaran". www.efficiencyasia.org. Diakses tanggal 13 Agustus 2012. Amalia F, Retnaningsih, Rahmanani J. 2010. “Perilaku Penggunaan Minyak Goreng Serta Pengaruhnya Terhadap Keikutsertaan Program Pengunpulan Minyak Jelantah Di Kota Bogor”. Jurnal Ilmu keluarga dan Konsumen. Institut Pertanian Bogor.
16
Cavallaro S, et al. 2010. “Biodiesel Science And Technology From Soil To Oil”. Woodhead PublishingSeries in Energy: No. 7. Davies, Wayne, 2005. “Biodiesel Technologies and Plant Design”. Lecture Note, University of Sdyney. Gerpen, J.V. 2005. “Biodiesel processing and production”. Fuel Process Technol 86: 1097– 1107. Salimon, J., Abdullah, B.M & Salih, N, 2012. Saponification of jatropha curcas seed oil: optimization by D-optimal design. Int J chem eng 2012: 574780. Yan, S., Salley, S.O & Simon Ng. K.Y. 2009. “Simultaneous transesterification and esterifycation of unrefined or waste oils over ZnOLa2O3 catalysts”. Appl Catal A-Gen 353: 203–212.
