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 Sampel: minyak jelantah FFA tereduksi Waktu: 60 menit hingga 1,12 % 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)
Hasil Penelitian Yield tertinggi: 98% pada suhu 25oC dan ratio alkohol/hinyak (4,5:1) dengan waktu 30 menit.
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-
Yield tertinggi ≈ 100% pada waktu reaksi 60 menit; jumalah katalis 3%;
3 Universitas Sumatera Utara
[13]
rasio molar 500 oC); 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
