PENGGUNAAN BIODESEL DARI MINYAK GORENG BEKAS

Oleh : Mohamad Hanafiah Dwijaya (F30-Mohamad)

Abstrak

Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif. Biodiesel dapat dibuat dari minyak sawit dan bahan baku lainnya. Penelitian ini mempelajari kondisi optimum minyak Biodiesel minyak sawit dengan reaksi metanolisis katalis heterogen kalsium oksida (CaO) komersial dibantu oleh penyinaran gelombang mikro. Perlakuan awal katalis untuk mendapatkan kondisi optimum telah dilakukan kalsinansi pada 500oC selama 1 jam. Pengurangan FFA mencapai 0,2% dengan esterifikasi. Hasil biodiesel dianalisis dengan gas kromatografi untuk mengukur total konversi metil ester. Kondisi optimum untuk transesterifikasi adalah 400 watt dengan katalis 5% CaO dari berat minyak, memiliki yield biodiesel 75,60% dan konversi metil ester 92%. Secara umum, kualitas produk biodiesel dalam percobaan ini tidak dapat memenuhi persyaratan standar biodiesel secara komersial. Kata Kunci : Biodiesel, Minyak Sawit, Katalis Heterogen, Gelombang Mikro, CaO

PENDAHULUAN

Selama krisis energi dewasa ini, harga minyak mentah menjadi mahal dan masalah lingkungan telah mendorong pemerintah dan masyarakat untuk menetapkan kebijakan energi nasional dengan penekanan pada energi terbarukan seperti biodiesel untuk mengurangi konsumsi bahan bakar fosil dan untuk meningkatkan keamanan energi negara. Di Thailand dan Indonesia, kelapa sawit adalah sumber daya biomassa yang memiliki potensi tinggi sebagai sumber energi terbarukan untuk produksi biodiesel. Minyak sawit mentah (KELAPA SAWIT) dari buah sawit telah menghasilkan sekitar 180 kg per ton tandan buah segar (TBS) (H-Kittikun et al., 2000). Pada tahun 2007, tingkat produksi TBS dari hampir 6,4 juta ton per tahun secara teori dapat digunakan untuk memproduksi 1,15 juta ton minyak sawit per tahun (OAE, 2009). Biodiesel biasanya dibuat dengan reaksi transesterifikasi trigliserida (minyak nabati) untuk metil ester dengan metanol menggunakan natrium atau kalium hidroksida yang dilarutkan dalam metanol sebagai katalis. Biodiesel dapat diproduksi melalui reaksi antara minyak sawit dengan alkohol menggunakan katalis heterogen. Dalam penelitian ini, jenis alkohol yang digunakan adalah metanol sebagai alkohol derivatif yang memiliki berat molekul rendah sehingga kebutuhan untuk alkoholisis relatif sedikit, lebih murah dan lebih stabil. Selain itu, aktivasi reaksi lebih tinggi bila dibandingkan dengan etanol (Prihandana et al., 2006). Jadi reaksi untuk menghasilkan biodiesel disebut reaksi metanolisis. Katalis yang sering digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah katalis homogen, katalis homogen tidak begitu populer sekarang karena proses pemisahannya yang sulit. Jadi alternatif lainnya adalah katalis heterogen yang dianggap lebih ekonomis dan lebih mudah dalam pemisahan produk biodiesel . KOH dan NaOH sering digunakan dalam produksi biodiesel sebagai katalis homogeny, namun penggunaan katalis ini memiliki kelemahan, yaitu pemisahan katalis dari produk cukup rumit . Sisa katalis homogen dapat menjadi limbah dari biodiesel yang dihasilkan ( Herman.S & Zahrina.I , 2006) . Selain itu, Katalis homogen dapat bereaksi dengan asam membentuk sabun lemak bebas sehingga akan mempersulit pemurnian , menurunkan hasil biodiesel dan meningkatkan konsumsi katalis dalam reaksi metanolisis ( Gozan et al ,2007;Nasikin et al, 2004 ) . Penggunaan katalis heterogen dalam produksi biodiesel dapat mengatasi beberapa kelemahan yang dimiliki oleh katalis homogeny. Pemisahan katalis heterogen produk cukup sederhana , yaitu dengan menggunakan penyaringan . Salah satu katalis yang dapat digunakan dalam reaksi metanolisis heterogen adalah kalsium karbonat ( CaCO3 ) yang dibakar pada suhu dan waktu tertentu ke Kalsium Oksida ( CaO ) Gambar 1. Reaksi metanolisis dengan katalis basa heterogen CaO2 2. METODOLOGI

 Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode eksperimen di laboratorium. Pembuatan biodiesel dari minyak sawit menggunakan katalis Heterogen (CaO) dibantu dengan radiasi gelombang mikro. Kondisi optimum diperoleh dengan memvariasikan kekuatan microwave, dan katalis. Biodiesel yang dihasilkan dianalisa densitas, yield, FFA, Angka asam dengan metode uji laboratorium dan Konversi menggunakan Gas Chromatography. Bahan baku biodiesel yang digunakan dalam penelitian ini adalah Refined Palm Oil dan metanol 98% (MERCK). Katalis yang digunakan yaitu katalis homogen asam sulfat pekat 98% untuk esterifikasi dan katalis heterogen kalsium oksida (CaO) 96% untuk reaksi transesterifikasi. Aktivasi katalis dilakukan sebelum reaksi transesterifikasi, dengan memanaskan CaO pada furnace dalam temperature 500oC selama 1 jam. Pada penelitian ini digunakan variable bebas dan variable tetap. Variabel bebas yang dipelajari adalah konsentrasi katalis 1%, 3%, 5% dari berat minyak dan kekuatan daya gelombang mikro 200 watt, 300 watt, dan 400 watt. Sedangkan variable tetap adalah perbandingan mol metanol dan minyak sebesar 18:1, waktu reaksi 20 menit, kecepatan pengadukan transesterifikasi 600 rpm, jumlah katalis asam sulfat 3% dari berat minyak sebanyak 100 gram untuk setiap sampel. Langkah pertama yang dilakukan dengan pengurangan FFA melalui reaksi esterifikasi terlebih dahulu untuk mengubah asam lemak menjadi ester dengan pemanasan konvensional selama 60 menit dengan temperature 65oC dijaga konstan sampai reaksi selesai. Hasil esterifikasi didiamkan selama 24 jam di corong pemisah dan hasil esterifikasi pada lapisan bawah corong pisah akan digunakan pada reaksi transesterifikasi. .Langkah selanjutnya dalam penelitan ini adalah pretreatment katalis kalsium oksida dengan kalsinasi katalis CaO di dalam tungku dengan temperature 500oC selama 1 jam, lalu dicampurkan dengan metanol yang akan direaksikan dan diaduk selama 15 menit dengan kecepatan pengadukan 300-400 rpm. Setelah perlakuan katalis selesai, reaksi metanolis dilakukan pada reaktor batch berupa labu reaksi yang dihubungkan dengan kondensor pada microwave konvensional seperti yang ditunjukkan gambar 2. Reaksi dilakukan untuk semua variasi katalis dan daya gelombang mikro. Hasil transesterifikasi didiamkan pada corong pisah selama 6 jam dan biodiesel dipisahkan dari gliserol, katalis lalu dicuci dengan aquades dengan perbandingan 1:1, temperature aquades 50-60oC untuk memisahkan sabun dari crude biodiesel. Pencucian dilakukan di corong pisah selama 2 kali dan biodiesel dikeringkan pada oven laboratorium dengan temperature 90oC selama 6 jam untuk menghilangkan kadar air. Dari hasil uji biodiesel akan didapatkan perolehan yield biodiesel, FFA hasil transesterifikasi, angka asam, densitas, dan konversi biodiesel yang dianalisa gas kromatografi AS 2000.

 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam pembuatan biodiesel menggunakan minyak kelapa sawit sebagai bahan baku telah ditemukan bahwa kandungan asam lemak bebas masih cukup tinggi untuk melakukan reaksi metanolisis , sebelum reaksi dilakukan , kita perlu mengurangi persentase asam lemak bebas dalam minyak sawit dengan mengkonversi asam lemak bebas ( FFA ) menjadi ester melalui reaksi esterifikasi. Rasio molar metanol dengan minyak adalah 18:1 , lalu ditambahkan ke 100 gr minyak dan 3 % asam sulfat ( H2SO4 ) dari berat minyak . Esterifikasi dilakukan dengan pemanasan konvensional selama 1 jam pada suhu 65oC (Buathip T et al, 2013). Diketahui kandungan FFA pada minyak sebanyak 1,06 % dan setelah pengurangan FFA melalui esterifikasi , asam lemak bebas ( FFA ) telah berubah menjadi 0,20 % . Menurut Garpen ( 2004) kadar FFA diperbolehkan dalam katalis basa adalah < 1 % atau setara dengan 2 mg KOH/g sampel ( Berrios , 2007) . Reaksi esterifikasi membutuhkan metanol dan katalis asam untuk mengubah FFA menjadi ester dan air. Penggunaan katalis asam untuk reaksi ini memiliki alasan yaitu tidak menyebabkan reaksi saponifikasi dengan kandungan FFA tinggi. Studi tentang pembuatan biodiesel melalui pemanasan batch konvensional telah dilakukan oleh banyak orang dan tentunya lebih mahal karena energi yang dipakai lebih tinggi dan waktu proses yang lama , Padil (2010) telah melakukan penelitian tentang transesterifikasi minyak nabati dengan menggunakan CaO dengan pemanasan batch konvensional dan dihasilkan konversi methyl ester sekitar 73,03 % dan 73,38 % reaksi ini membutuhkan suhu sekitar 105oC dengan waktu reaksi 1,5 jam . Ini berarti menggunakan pemanas konvensional membutuhkan waktu reaksi yang lama untuk membuat FAME (Fatty Acid Methyl Ester), namun kita dapat mengurangi semua itu dengan microwave . Dalam hal ini microwave komersial digunakan reactor skala batch . Metode batch memiliki beberapa keuntungan jika kita bandingkan dengan metode continous karena lebih mudah dalam mengontrol proses dan tidak perlu banyak peralatan untuk melakukan percobaan. Transesterifikasi membutuhkan banyak metanol untuk mengubah trigliserida menjadi metil ester , itu sebabnya dalam penelitian menggunakan perbandingan molar tinggi antara metanol dan minyak (18:01) , hal itu akan membuat keseimbangan reaksi akan bergerak ke arah kanan (produk) dan membuat konversi metil ester menjadi lebih tinggi , karena 3 mol metanol dan 1 mol trigliserida akan membentuk 3 mol metil ester dan 1 mol gliserol. ( Bradshaw dan Meuly , 1994). Dalam percobaan ini telah dilakukan reaksi transesterifikasi dengan berbagai katalis 1 % , 3 % dan 5 % dari berat minyak untuk setiap sampel dan juga kekuatan daya microwave 200 watt , 300 watt , dan 400 watt . wakty setiap reaksi adalah sama yaitu 20 menit dan kecepatan pengadukan yang sama juga untuk setiap sampel yaitu 600 rpm . Produk utama metanolisis adalah biodiesel ( metil ester ) , dan gliserol. Biasanya proses pembuatan biodiesel dengan katalis heterogen akan membuat 3 lapisan , bagian bawah adalah katalis yang digunakan , bagian tengah adalah gliserol dan atas adalah produk ( biodiesel), tapi dari percobaan ini didapatkan 4 lapisan dengan pemanasan microwave dibawah 300oC . lapisan bagian atas adalah metanol berlebih yang belum bereaksi atau diduga tidak bereaksi , di tengah adalah biodiesel , di lapisan 3 adalah gliserol dan lapisan 4 adalah katalis. Diasumsikan bahwa pada suhu rendah metanol tidak dapat terkonversi penuh menjadi biodiesel karena reaksi waktu yang singkat . Tetapi pada 300oC - 400oC ,,semua metanol telah diubah menjadi biodiesel dan hanya menghasilkan 3 lapisan . Lapisan adalah biodiesel , lapisan tengah adalah gliserol dan lapisan 3 adalah katalis. Hasil yang ditampilkan produk dapat dilihat pada gambar 4.1. Kita bisa melihat dari data yang ditampilkan hasil tertinggi adalah 300 watt daya microwave dan katalis 1 % CaO menghasilkan 91% yield biodiesel. Dan yield terendah pada 200 watt daya dan dengan katalis 1 % CaO yang hanya memiliki 60,48% yield biodiesel. Itu berarti 300 watt lebih baik daripada 200 watt . kekuatan daya gelombang mikro telah dipelajari Putra,RP dkk ( 2012) , mereka mendapatkan hasil sekitar 60,11% yield biodiesel dalam 20 menit reaksi pada 200 watt dengan katalis 1 % CaO. Tapi untuk kondisi reaksi dengan suhu 300 watt dengan konsentrasi katalis 3 % dan 5 % , yield biodiesel adalah berkurang dari 91,15% menjadi 86,6 % dan 77,34 % . Diduga bahwa terjadi human error saat pencucian biodiesel. Karena berdasarkan grafik di atas bahwa 200 watt dan 400 watt daya gelombang mikro , yield biodiesel akan naik untuk katalis yang lebih tinggi . Penggunaan katalis dapat mempengaruhi hasil yang diperoleh, dalam hal waktu dan suhu reaksi tergantung pada karakteristik masing-masing katalis. Penelitian sebelumnya telah dilakukan menggunakan NaOH sebagai katalis basa homogen dan membentuk biodiesel sebesar 98 % pada 260 Watt dan suhu operasi 50oC selama 20 menit. Gambar 3. Grafik Perbandingan Terhadap Yield Biodiesel Dengan Variasi Katalis dan Daya Gelombang Mikro. suhu operasi 50oC selama 20 menit. ( Santoso dan Wijaya, 2009). Seperti kita ketahui katalis homogen akan menghasilkan yield yang lebih tinggi tetapi membutuhkan biaya produksi yang lebih besar dan pemisahannya sulit. Analisis oleh Trace Gas Chromatography AS 2000 digunakan untuk menentukan jenis senyawa yang terkandung dalam metil ester dari minyak sawit , dan untuk menghitung persentase konversi Fatty Acid Methyl Ester ( FAME ) pada biodiesel yang terbentuk . Analisis ini menghasilkan puncak spektrum masing-masing menunjukkan jenis metil ester tertentu. Berdasarkan data dari GC , berbagai jenis metil ester untuk biodiesel dapat diketahui. Analisis senyawa biodiesel dilakukan terhadap puncak fragmentasi yang dapat diidentifikasi sebagai senyawa biodiesel berdasarkan kemiripan dengan senyawa standar. Senyawa A dikatakan mirip dengan senyawa standar jika memiliki berat molekul yang sama , pola serupa, fragmen, dan nilai indeks kesamaan yang tinggi . Untuk menggunakan GC kita membutuhkan larutan standar,heksana dan sampel. Dalam penelitian ini digunakan 2 ml heksana dan dicampur dengan 0,2 ml minyak.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dan pembahasan dapat disimpulkan sebagai berikut:

 1. Radiasi gelombang mikro (microwave) dapat dimanfaatkan dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak sawit melalui proses transesterifikasi secara batch.

2. Penggunaan radiasi gelombang mikro dalam pembuatan biodiesel dari minyak sawit dengan daya yang lebih tinggi mampu meningkatkan hasil yield biodiesel . Daya yang optimal adalah 300 watt pada rasio mol minyak sawit dengan metanol 1:18 dan jumlah katalis 1% dari berat minyak memiliki yield biodiesel sebesar 91,15 %

3. Penyinaran gelombang mikro membuktikan bahwa dapat mengurangi waktu reaksi menjadi sangat singkat. Semakin tinggi daya gelombang mikro maka dapat meningkatkan konversi metil ester . Daya yang optimal adalah 400 watt pada rasio mol minyak sawit dengan metanol pada 1:18 dan persentase konversi mencapai 92 % dari FAME

4. Kondisi optimum dalam percobaan ini berada pada 400 watt dan 5 % CaO , yang memiliki hasil yang lebih baik daripada yang lain

5. Dari variasi berbagai katalis CaO , diperoleh bahwa kondisi optimum untuk percobaan ini adalah 5 % katalis dari berat minyak dalam perbandingan molar minyak dan metanol 1:18.

6. Semakin banyak penambahan katalis CaO pada daya 200 dan 400 watt dapat meningkatkan konversi

7. Senyawa biodiesel dari minyak sawit pada percobaan ini telah dianalisa melaluii gas kromatografi (AS 2000) adalah sebagai berikut : metil palmitat , metil palmitoleate , metil stearat , dan metil oleat.

 8. Secara umum, kualitas biodiesel yang dihasilkan dalam penelitian ini belum dapat memenuhi persyaratan standar cukup biodiesel Berdasarkan hasil studi eksperimental yang telah dilakukan.

DAFTAR PUSAKA

Hidayat,Atep Afia , 2017, kimia ,industri dan teknologi hijau

Susila Arita.R.*, Attaso.K, Rangga Septian,2013, pembuatan biodiesel dari minyak kelapa sawit