DESAIN ESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL

x   

DESAIN ESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL (CPO) MELALUI METODE DUA TAHAP ESTERIFIKASI-TRANSESTERIFIKASI

RAHMIYATI KASIM

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010

 

x   

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Juni 2010 Rahmiyati Kasim NIM F35070021

 

xi   

ABSTRACT RAHMIYATI KASIM. Design of Esterification Reaction Using Activated of Natural Zeolit to Produced Biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) by Means of Esterification-Transesterification of Method. Under direction DWI SETYANINGSIH and HERY HAERUDIN.

Oils with high amount of free fatty acid (FFA) such as crude palm oil are becoming one of the promosing alternatives to produce biodiesel;due, principipally, to it low cost. However, because of the presence of FFA, the conventional basic homogenous catalyst should not be the used with the aim to avoid the production of soaps. The use of activated of natural zeolit to perform the esterification reaction into biodiesel is studied in this work. Optimization of reaction condition such as molar ratio of alcohol to oil, reaction temperature and catalyst loading was performed to minimize FFA using response surface methodology (RSM). The RSM suggested that a catalyst of loading 1.59 %; molar ratio of alcohol to oil 23.41:1 and time of reaction 170 minutes were optimum for minimizing FFA. The esterification of FFA using this heterogeneous catalyst appears as a great alternative to esterify oils with high amount of FFA; in this case, the final conversion of FFA achieved was around 64.23 %. Keywords : Esterification, Zeolites, Biodiesel

 

xii   

RINGKASAN RAHMIYATI KASIM. Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi. Dibimbing oleh DWI SETYANINGSIH dan HERY HAERUDIN. Minyak sawit dalam bentuk crude palm oil (CPO) merupakan salah satu bahan baku biodiesel yang memiliki potensi besar di Indonesia. Penggunaan jenis bahan baku ini pada proses pembuatan biodiesel melalui transesterifikasi menggunakan katalis alkali seperti KOH dan NaOH menyebabkan terbentuknya sabun yang akan mengkonsumsi katalis seperti bahan baku serta menyebabkan kesulitan dalam proses pemisahan dan pemurnian biodiesel. Untuk mengatasi hal ini, proses produksi biodesel secara dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi) dapat dijadikan sebagai teknologi alternatif. Teknologi ini diawali dengan pretreatment bahan baku melalui proses esterifikasi kemudian dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi untuk memperoleh biodiesel dari CPO. Pada penelitian ini digunakan zeolit alam sebagai katalis heterogen asam pada reaksi esterifikasi karena harganya relatif murah dan berlimpah, memiliki sifat kimia dan fisika yang bervariasi serta tidak beracun sehingga lebih ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh desain reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi pada proses pembuatan biodiesel dari crude palm oil (CPO) melalui teknologi transesterifikasi dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi). Aktivasi zeolit alam dilakukan dengan metode asam yang dilakukan pada suhu ruang dan suhu 100oC dengan waktu yang berbeda. Seleksi jenis zeolit alam teraktivasi yang efektif dalam reaksi esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat dianalisis menggunakan rancangan acak lengkap (RAL). Optimasi kondisi reaksi esterifikasi dilakukan menggunakan metode permukaan respon (respon surface method) dengan tiga variabel yang terdiri dari konsentrasi katalis zeolit, rasio molar metanol dan minyak serta waktu reaksi. Aktivasi zeolit menyebabkan penurunan komposisi aluminium (Al) pada semua sampel zeolit yang diaktivasi dengan asam dan kombinasinya dari 1.91 % menurun menjadi 0.17–0.38 %. Penurunan komposisi Al dalam zeolit (dealuminasi) menyebabkan terjadinya peningkatan rasio Si/Al pada semua sampel zeolit alam yang teraktivasi asam mempunyai rasio Si/Al yang tinggi yaitu antara 14.27 sampai 33.81. Jumlah asam dari semua sampel perlakuan zeolit teraktivasi berkisar 0.92–4 mmol/g. Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa jenis aktivasi zeolit sebagai katalis pada reaksi esterifikasi mempengaruhi konversi FFA dari campuran minyak dan asam oleat. Reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi menghasilkan konversi asam lemak bebas (FFA) yang lebih tinggi dibandingkan menggunakan katalis zeolit alam tidak teraktivasi. Jenis katalis zeolit alam teraktivasi menghasilkan konversi FFA sekitar 49.19–62.94 %. Hasil uji lanjut Duncan diperoleh sampel zeolit yang diaktivasi dengan 1 M HCl dan 15 % H2SO4 yang diaktivasi pada suhu ruang adalah jenis zeolit yang terbaik sebagai katalis pada proses esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat dengan konversi FFA tertinggi yaitu sebesar 62.94 %.

 

xiii   

Uji signifikansi model diperoleh bahwa model linear dan kuadratik adalah signifikan pada α = 5 %. persamaan kuadratik yang dipilih sebagai model persamaan pada penelitian ini. Hasil analisis ragam diperoleh bahwa bentuk linear rasio molar metanol, bentuk kuadrat konsentrasi katalis zeolit serta interaksi antara rasio molar metanol dan waktu reaksi mempengaruhi penurunan asam lemak bebas (FFA). Hasil analisis metode permukaan respon (RSM) menggunakan program Minitab 16 diperoleh solusi umum (global solution) dengan nilai desirability(D) = 1 yang menyarankan bahwa untuk memperoleh asam lemak bebas (FFA) minimal sebesar 1.21 % maka kondisi reaksi esterifikasi dilakukan pada konsentrasi katalis zeolit sebesar 1.59 % dengan rasio molar metanol dan crude palm oil (CPO) 23.41 : 1 selama 170 menit (2 jam 50 menit). Hasil perbandingan konversi FFA dari 3 jenis katalis diperoleh bahwa katalis homogen asam sulfat (H2SO4) menghasilkan konversi FFA yang tertinggi sebesar 70.32 % dibandingkan jenis katalis heterogen zeolit alam dan zeolit sintetik yang memperoleh konversi FFA berturut-turut sebesar 64,.23 % dan 65.10 %. Karakteritik biodiesel hasil penelitian memiliki bilangan asam sebesar 0.22 mg/KOH/g, kadar ester 99.27 %, kadar gliserol total 0.29 %-b, kadar gliserol bebas 0.01 %-b dan viskositas kinematik pada 40oC sebesar 5.85 mm2/s (cSt). Karakteristik biodiesel tersebut telah memenuhi Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006) kecuali kadar gliserol total yang masih tinggi. Rendemen biodiesel yang diperoleh dari reaksi dua tahap transesterifikasiesterifikasi menghasilkan rendemen sebesar 71.97 %. Kata kunci : Esterifikasi, Zeolit, Biodiesel

 

xiv   

@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2010 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah ; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

 

xv   

DESAIN ESTERIFIKASI MENGGUNAKAN KATALIS ZEOLIT PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI CRUDE PALM OIL (CPO) MELALUI METODE DUA TAHAP ESTERIFIKASI-TRANSESTERIFIKASI

RAHMIYATI KASIM

Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2010

 

xvi   

Judul Tesis Nama NIM

: Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap Esterifikasi-Transesterifikasi : Rahmiyati Kasim : F351070021

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Dwi Setyaningsih, M.Si Ketua

Dr. rer. nat. Hery Haerudin Anggota

Diketahui Ketua Program Studi Teknologi Industri Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Ir. Machfud, M.S.

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.

Tanggal Ujian : 30 Juni 2010

Tanggal Lulus :

 

xvii   

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ika Amalia, S.TP, M.T.

 

xviii   

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis dapat diselesaikan. Tesis ini berjudul Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) melalui Metode Dua Tahap EsterifikasiTransesterifikasi. Selama pelaksanaan penelitian dan penyelesaian penulisan tesis ini penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada para personalia di bawah ini : 1. Dr. Ir. Dwi Setyaningsih M.Si., selaku ketua komisi pembimbing atas bimbingan, saran dan kritik yang diberikan selama penyelesaian tesis ini. 2. Dr. rer. nat. Hery Haerudin, selaku anggota komisi pembimbing atas bimbingan, saran dan kritik yang diberikan selama penyelesaian tesis ini. 3. Orang tua dan suamiku tercinta Suroyo Mbuinga atas semua bantuan materi maupun spiritual, doa, kasih sayang dan nasehat yang diberikan. 4. Teman-teman di SBRC, TIP Angkatan 2007 dan 2008, RMGB (Ririungan Mahasiswa Gorontalo di Bogor) atas segala bantuannya selama ini. 5. Bu ega, Bu Nur dan Pak gun atas bantuan dan kerjasamanya selama ini 6. Keluarga besar Kasim–Ali dan Keluarga besar Mbuinga–Pomanto atas segala doa, kasih sayang dan dorongannya selama ini. Semoga tesis ini bermanfaat bagi seluruh civitas akademika Institut Pertanian Bogor khususnya dan masyarakat pada umumnya

Bogor,

Juni 2010

Rahmiyati Kasim

 

xix   

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Gorontalo pada tanggal 26 Oktober 1978 sebagai anak tunggal pasangan Wahab Kasim dan Saripah Noho. Pendidikan Sarjana ditempuh di Program Studi Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sam Ratulangi, lulus pada tahun 2002. Saat ini penulis bekerja sebagai staf dosen di Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Negeri Gorontalo sejak tahun 2005. Kesempatan melanjutkan ke Program Pascasarjana (S2) pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian pada tahun 2007. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari BPPS.

 

x   

DAFTAR ISI

Halaman DAFTAR ISI .........................................................................................................

x

DAFTAR TABEL .................................................................................................

xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiv PENDAHULUAN Latar Belakang ................................................................................... Perumusan Masalah ............................................................................. Tujuan Penelitian ................................................................................. Ruang Lingkup ......................................................................................

1 5 5 6

TINJAUAN PUSTAKA Crude Palm Oil (CPO) ......................................................................... Biodiesel ............................................................................................... Transesterifikasi…………………. ........................................................ Esterifikasi ………………………. ........................................................ Struktur dan Karakteristik Zeolit .......................................................... Zeolit Sebagai Katalis ............................................................................

7 9 11 13 16 17

METODOLOGI Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................... Bahan dan Alat.......................................................... .............................. Disain Penelitian..... .................................................................................. Metode Penelitian...... ............................................................................... Parameter yang Diukur..................................................... ........................ Rancangan Percobaan..... ..........................................................................

21 21 22 23 28 29

HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Zeolit ................................................................................... Pengaruh Katalis Zeolit terhadap Konversi FFA pada Reaksi Esterifikasi..... ...........................................................................................

38

Optimasi Kondisi Reaksi Esterifikasi Crude Palm Oil (CPO) menggunakan Katalis Zeolit Teraktivasi..... .............................................

44

Prediksi Kondisi Optimal Reaksi Esterifikasi untuk Mendapatkan Penurunan Asam Lemak Bebas dan Validasi Data ...... ............................

51

Perbandingan Katalis Zeolit Alam, Zeolit Sintetik dan Asam Sulfat (H2SO4) pada Reaksi Esterifikasi Crude palm Oil (CPO)..................................................... ................................................... Reaksi Transesterifikasi dan Karakteristik Biodiesel..... ..........................

52 53

32

x   

xi   

Perbandingan Desain Esterifikasi Katalis Zeolit AlamTeraktivasi dan Katalis Asam..................................................... .................................

56

KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................................

59

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................

61

LAMPIRAN ..........................................................................................................

67

xi   

xii   

DAFTAR TABEL Halaman 1 Komposisi asam lemak CPO (crude palm oil) dan PKO ...................................

8

2 Karakteristik fisiko kimia CPO (crude palm oil) ...............................................

8

3 Jenis katalis heterogen dan kondisi reaksi yang digunakan pada proses esterifikasi ...................................................................................

15

4 Sifat fisik beberapa zeolit alam................... ..................................................... . 17 5 Perlakuan dan kode perlakuan.................................. .......................................

25

6 Rancangan percobaan proses esterifikasi crude palm oil (CPO) dengan respon FFA akibat pengaruh konsentrasi katalis zeolit, rasio molar antara metanol dan CPO serta waktu reaksi. ................................

26

7 Komposisi Si, Al, rasio Si/Al dan jumlah asam dari zeolit alam sebelum dan dan sesudah aktivasi dengan berbagai perlakuan............................................. . 33 8 Puncak vibrasi FTIR dari zeolit alam sebelum dan sesudah aktivasi.................. 37 9 Nilai estimasi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis zeolit................................ ................................................................................

46

10 Konversi FFA hasil esterfikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi, katalis zeolit sintetik dan katalis H2SO4.......................................................... . 52 11 Karakteristik biodiesel hasil penelitian................... ........................................ . 54

 

xiii   

DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Produksi CPO di Indonesia Tahun 2002 - 2007 ...............................................

9

2 Stoikiometri reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol................ .... 11 3 Tahapan reaksi proses transesterifikasi dari trigliserida dengan metanol ..... ... 12 4 Reaksi esterifikasi asam lemak ..................................................................... ... 14 5 Sisi asam Broensted dan Lewis........................................................................ 19 6 Diagram alir disain penelitian................................. ......................................... 22 7 Pertukaran ion antara proton H dengan kation natrium .. ................................. 36 8 Konversi FFA hasil esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat menggunakan zeolit alam teraktivasi dan tidak teraktivasi................................. 39 9 Tahap-tahap reaksi katalis heterogen................................. .............................. 42 10 Mekanisme reaksi esterifikasi dengan menggunakan katalis asam ................. 43 11 Respon permukaan dari konsentrasi katalis (C) dan rasio molar antara metanol dan CPO (M) sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO................................. ................................................................................. 47 12 Kontur respon dari konsentrasi katalis (C) dan rasio molar antara metanol dan CPO (M) sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO......... .... 47 13 Respon permukaan dari rasio molar CPO dan metanol (M) dan waktu reaksi sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO ................................49 14 Kontur respon rasio molar CPO dan metanol (M) dan waktu reaksi sebagai fungsi dari kandungan FFA hasil esterifikasi CPO ................................ ......... 50 15 Desain esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi ..................... 56 16 Desain esterifikasi menggunakan katalis asam ................................................ 56

xiii   

xiv   

DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Pengujian karakteristik zeolit ............................................................................. 68 2 Penentuan bilangan asam dan FFA minyak serta karakteristik awal minyak goreng ................................................................................................... 69 3 Prosedur pengujian karakteristik biodiesel ......................................................

70

4 Spektrum FTIR dari zeolit alam................... ................................................... . 75 5 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat pada suhu ruang.................................. ...............................................................................

76

6 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida pada suhu ruang.................................. .............................................................

77

7 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida dan asam sulfat pada suhu ruang.................................. ..............................................................

78

8 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida dan amonium klorida pada suhu ruang.................................. ..........................

79

9 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi 15 % asam sulfat pada suhu 100oC.................................. ..............................................................................

80

10 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat pada suhu 100oC.................................. ..............................................................................

81

11 Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida pada suhu 100oC.................................. ..............................................................................

82

12 Hasil pengukuran keasaman zeolit...................................................................

83

13 Komposisi Si dan Al zeolit................... ........................................................... . 84 14 Perhitungan rasio Si/Al................... ................................................................. . 85 15 Perhitungan bilangan asam dan FFA dari bahan baku esterifikasi................... . 87 16 Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat menggunakan katalis zeolit................... ............................................................................................. . 88 17 Analisis ragam pengaruh jenis aktivasi zeolit pada reaksi esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat................... ............................ . 90 18 Rancangan percobaan dengan respon bilangan asam akibat pengaruh konsentrasi katalis, konsentrasi metanol dan waktu reaksi................... .......... . 91 19 Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi CPO terhadap Kandungan FFA menggunakan RSM................... .............................................................

92

20 Hasil perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA pada hasil validasi kondisi optimal reaksi esterifikasi................... ............................................... . 96

xiv   

xv   

21 Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi CPO menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi, zeolit sintetik dan asam sulfat................... ............................................................................................. . 97

xv   

2   

PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan energi yang dihadapi Indonesia sekarang ini adalah kebutuhan energi nasional yang besar dan meningkat setiap tahun sementara cadangan dan produksi bahan bakar minyak (BBM) semakin terbatas, sehingga sejak beberapa tahun terakhir Indonesia telah berubah dari eksportir menjadi net importer minyak mentah (Idris 2006). ESDM (2008) melaporkan bahwa total cadangan minyak mentah Indonesia baik yang tersedia maupun yang potensial menurun sekitar 14.47 % dari 9.61 milyar barel menjadi 8.22 milyar barel pada tahun 2008. Cadangan minyak mentah yang tersedia sebesar 3.75 milyar barel pada tahun 2008 atau mengalami penurunan sebesar 26.81 % sejak tahun 2000. Oleh karena itu untuk memenuhi konsumsi energi dalam negeri, pemerintah mengimpor minyak mentah sekitar 38 % dari total produksi dan mengalami peningkatan sejak tahun 2006. Konsumsi energi didominasi oleh bahan bakar minyak bumi sekitar 52.2 % dari total konsumsi energi di Indonesia. Dalam rangka menjamin pasokan energi dalam negeri, pemerintah telah menerbitkan Peraturan Pemerintah No.5 tahun 2006 mengenai kebijakan energi nasional sebagai pedoman dalam pengelolaan energi nasional. Untuk percepatan penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati (biofuel), maka pemerintah mengeluarkan Instruksi Presiden No. 1 Tahun 2006. Selain itu pemerintah juga menetapkan mandatori bahan bakar nabati dalam Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (Permen ESDM) No. 32 tahun 2008 tentang penyediaan, pemanfaatan dan tata niaga bahan bakar nabati (Biofuel) sebagai bahan bakar lain. Permasalahan krisis energi yang dialami Indonesia dan didukung dengan kebijakan energi nasional membuka peluang yang besar untuk pengembangan biodiesel di Indonesia sebagai sumber energi alternatif. Biodiesel merupakan bahan bakar subtitusi solar/diesel yang diproduksi melalui transesterifikasi minyak nabati seperti minyak sawit, minyak jarak, minyak kelapa dan lain-lain. Salah satu bahan baku biodiesel yang memiliki potensi besar di Indonesia adalah minyak sawit dalam bentuk crude palm oil (CPO). Produksi CPO di Indonesia

 

3   

tahun 2008 mencapai 18.1 juta ton (Deptan 2010). Anonim (2010) menargetkan produksi CPO Indonesia tahun 2010 sebesar 22 juta ton. Selain itu ekspor CPO ditargetkan mencapai 17 juta ton dan sisanya untuk konsumsi didalam negeri. Biodiesel menurut ASTM didefinisikan sebagai ester mono alkil rantai asam lemak yang berasal dari minyak nabati atau lemak hewan. Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan biodiesel dibandingkan bahan bakar diesel adalah dapat diperbaharui (renewable), mudah terurai (biodegradable), ramah lingkungan, tidak toksik, menghasilkan emisi karbon yang rendah karena pembakaran (combustion) yang lebih baik, menghasilkan emisi yang tidak mengandung sulfur dan polutan lain karena pengaruh adanya proses pelumasan mesin yang lebih baik (Marchetti et al. 2007; Marchetti & Errazu 2008b). Selain itu menurut Macleod et al. (2008), diacu dalam Sathyaselvabala et al. (2010), biodiesel dapat menurunkan emisi gas rumah kaca sampai 45 %. Biodiesel pada umumnya diproduksi melalui reaksi transesterifikasi trigliserida dari minyak nabati menggunakan metanol dan katalis alkali seperti KOH dan NaOH. Jenis katalis alkali ini sangat sensitif terhadap kandungan asam lemak bebas dan kadar air dalam minyak dan metanol. Oleh sebab itu pada reaksi transesterifikasi harus digunakan bahan baku minyak nabati murni yang mengandung asam lemak bebas (FFA) yang rendah. Gerpen et al. (2004) menyarankan bahwa jumlah maksimum kandungan asam lemak bebas (FFA) minyak nabati

yang dapat ditoleransi oleh katalis basa pada reaksi

transesterifikasi adalah kurang dari 2 % dan lebih disukai kurang dari 1 %. Penggunaan minyak nabat murni pada proses produksi biodiesel menyebabkan meningkatnya biaya produksi biodiesel karena untuk menghasilkan minyak nabati murni membutuhkan biaya yang mahal (Yan et al. 2009). Menurut Haas et al. (2006), diacu dalam Yan et al. (2009), biaya untuk pengadaan bahan baku minyak murni mencapai 88% dari biaya produksi biodiesel. Bahan baku alternatif yang dapat digunakan untuk mensubtitusi minyak nabati murni adalah minyak nabati kasar (crude vegetable oil) seperti crude palm oil (CPO), minyak jarak kasar (CJO), minyak jelantah dan lain-lain. Jenis bahan baku seperti crude palm oil (CPO) mengandung jumlah asam lemak bebas (FFA) yang tinggi. Penggunaan jenis bahan baku ini pada proses pembuatan biodiesel

 

4   

melalui transesterifikasi menggunakan katalis alkali menimbulkan permasalahan. Kandungan asam lemak bebas (FFA) bahan baku diatas 0.5 % pada reaksi transesterifikasi

menggunakan

katalis

alkali

seperti

KOH

dan

NaOH

menyebabkan terbentuknya sabun yang akan mengkonsumsi katalis seperti bahan baku. Pembentukan sabun pada proses produksi biodiesel menyebabkan kesulitan dalam proses pemisahan dan pemurnian biodiesel (Marchetti et al. 2007; Marchetti & Errazu 2008a; Carmo Jr et al. 2009; Chung dan Park 2009; Sathyaselvabala et al. 2010). Untuk mengatasi hal ini, proses produksi biodesel secara dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi) dapat dijadikan sebagai teknologi alternatif. Teknologi ini diawali dengan pretreatment bahan baku melalui proses esterifikasi yang bertujuan untuk menurunkan kadar asam lemak bebas dalam bahan baku minyak dan mengubah asam lemak bebas (FFA) menjadi ester. Tahap berikutnya yaitu reaksi transesterifikasi dengan katalis homogen basa untuk menghasilkan metil ester (biodiesel). Reaksi esterifikasi pada proses pembuatan biodiesel secara dua tahap (esterifikasi dan transesterifikasi) dapat meningkatkan produksi biodiesel dan mempengaruhi karakteristik biodiesel (Marchetti et al. 2007). Umumnya reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam homogen seperti asam sulfat (H2SO4) dan asam klorida (HCl). Jenis katalis homogen asam ini bersifat toksik sehingga menjadi masalah lingkungan, bersifat korosif, mengkontaminasi produk akhir biodiesel serta sulit dilakukan proses pemisahan. Katalis heterogen asam mempunyai potensi untuk menggantikan peran katalis homogen asam tersebut pada reaksi esterifikasi (Marchetti & Errazu 2008a; Carmo Jr et al. 2009; Sathyaselvabala et al. 2010). Menurut Yan et al. (2009), bahwa katalis heterogen lebih toleran terhadap kandungan asam lemak bebas (FFA) dan kadar air yang tinggi dalam minyak. Keuntungan lain pengunaan katalis heterogen ini yaitu mudah dilakukan pemisahan, tidak bersifat toksik serta dapat didaur ulang (Park et al. 2010). Katalis heterogen asam mempunyai potensi yang cukup besar untuk menggantikan katalis homogen asam karena memiliki sifat–sifat seperti mempunyai sistem pori yang saling berhubungan satu sama lain, sisi asam kuat yang cukup dan permukaan yang hidrofobik (Sathyaselvabala et al. 2010). Salah

 

5   

satu jenis katalis heterogen asam yang dapat digunakan dalam proses produksi biodiesel adalah zeolit. Zeolit merupakan padatan kristal mikroporous dengan struktur yang baik yang mengandung silika, aluminium dan oksigen

yang

terdapat pada kerangka zeolit dan kation–kation. Zeolit sebagai katalis disebabkan karena zeolit menunjukkan aktivitas asam yang cukup besar dan terutama karena sifat selektifitasnya (shape selective) (Chung dan Park 2009). Zeolit dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik. Zeolit alam yaitu zeolit yang diperoleh dari endapan di alam, sedangkan zeolit sintetik adalah zeolit yang direkayasa dari bahan berkemurnian tinggi dan mempunyai karakteristik tertentu (Csicsery 1986). Penelitian ini menggunakan zeolit alam sebagai katalis pada reaksi esterifikasi karena harganya relatif murah dan berlimpah, memiliki sifat kimia dan fisika yang bervariasi serta tidak beracun sehingga lebih ramah lingkungan (Handoko 2002). Zeolit alam pada umumnya memiliki aktifitas katalitik rendah sehingga perlu diaktivasi sebelum digunakan (Handoko 2002). Aktivasi zeolit dapat dilakukan dengan cara pemanasan, penambahan asam atau basa. Jenis aktivasi zeolit yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan metode pengasaman. Penelitian sebelumnya tentang penggunaan zeolit sebagai katalis pada proses pembuatan biodiesel telah banyak dilakukan antara lain penelitian yang dilakukan oleh Chung et al. (2008) dan Marchetti dan Errazu (2008a). Chung et al. (2008) menggunakan zeolit jenis ZSM-5 (MFI) dan modernit (MOR) sebagai katalis pada reaksi esterifikasi campuran minyak jelantah dan

10

% (v/v) asam oleat yang menghasilkan konversi asam lemak bebas (FFA) sebesar 60.6–80.6 % untuk katalis ZSM-5 (MFI) dan 76.5–80.9 % untuk katalis modernit (MOR). Hasil penelitian yang dilakukan oleh Marchetti dan Errazu (2008a) diperoleh konversi asam lemak bebas (FFA) dibawah 30 % menggunakan jenis katalis sintetik NaY dan USY pada reaksi esterifikasi asam oleat. Penelitian ini menggunakan zeolit teraktivasi dengan asam dan kombinasinya sebagai katalis dalam proses esterifikasi pada proses pembuatan biodiesel secara dua tahap (esterifikasi–transesterifikasi). Selain itu akan dilakukan optimasi kondisi reaksi esterifikasi meliputi konsentrasi katalis zeolit, rasio molar antara crude palm oil (CPO) dan metanol serta lama proses. Sebagai

 

6   

pembanding pada penelitian ini dilakukan proses konversi biodiesel menggunakan katalis zeolit sintetik komersil dan katalis homogen asam asam sulfat (H2SO4). Karakteristik biodiesel yang dihasilkan dari penelitian ini juga dianalisa.

Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : 1. Peningkatan kemampuan katalis zeolit alam yang teraktivasi dan pemilihan jenis aktivasi dengan berbagai metode perlakuan asam pada reaksi esterifikasi dalam proses produksi biodiesel. 2. Penentuan kondisi optimal reaksi esterifikasi asam oleat dalam minyak sawit murni menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi asam terpilih. 3. Perbandingan aktivitas katalitik zeolit alam teraktivasi asam, katalis zeolit sintetik komersil dan katalis homogen asam (H2SO4) pada reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO).

Tujuan Penelitian Kegiatan penelitian ini bertujuan untuk memperoleh desain reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi pada proses pembuatan biodiesel dari crude palm oil (CPO). Konversi CPO menjadi biodiesel dilakukan melalui teknologi transesterifikasi dua tahap (esterifikasi-transesterifikasi). Adapun tujuan khusus dari penelitian ini meliputi : 1. Mendapatkan informasi mengenai karakteristik jenis zeolit sebelum dan sesudah aktifasi dengan berbagai jenis asam. 2. Memperoleh jenis zeolit teraktivasi yang efektif sebagai katalis pada reaksi esterifikasi dari campuran minyak goreng dan asam oleat (1:1). 3. Mendapatkan konsentrasi katalis zeolit, rasio molar antara minyak dan metanol serta waktu reaksi yang optimal pada reaksi esterifikasi menggunakan jenis katalis zeolit yang terpilih. 4. Membandingkan aktifitas katalis zeolit alam teraktivasi dengan katalis zeolit sintetik dan katalis homogen (H2SO4) pada proses produksi biodiesel.

 

7   

5. Mendapatkan informasi mengenai karakteristik biodiesel yang dihasilkan pada kondisi optimal proses produksinya.

Ruang Lingkup Untuk mendapatkan hasil yang jelas dan terarah, maka ruang lingkup pada penelitian ini meliputi : 1. Preparasi zeolit alam jenis Bayah (campuran klinoptilolit dan modernit) yang meliputi karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi, proses aktivasi dan karakterisasi zeolit alam sesudah aktivasi. Teknik aktivasi zeolit alam dilakukan dengan penambahan asam yaitu asam sulfat (H2SO4), asam klorida (HCl) dan kombinasinya pada suhu aktivasi yang berbeda. 2. Pemilihan jenis zeolit alam teraktivasi yang efektif sebagai katalis pada reaksi esterifikasi campuran minyak goreng dan asam oleat (1:1) berdasarkan konversi asam lemak bebas (FFA) yang tertinggi. 3. Optimasi dan validasi kondisi reaksi esterifikasi dengan variasi konsentrasi katalis zeolit alam teraktivasi, rasio molar antara minyak dan metanol, serta waktu reaksi untuk menentukan penurunan kadar asam lemak bebas (FFA) yang optimal menggunakan teknik optimasi response surface method (RSM) dan central composite design (CCD). 4. Perbandingan aktivitas katalitik zeolit teraktivasi yang terpilih dengan katalis zeolit sintetik serta katalis homogen asam sulfat (H2SO4) pada reaksi esterifikasi berdasarkan konversi asam lemak bebas (FFA). 5. Karakterisasi biodiesel yang dihasilkan pada kondisi optimal proses produksinya dengan menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi.

 

8   

TINJAUAN PUSTAKA

Crude Palm Oil (CPO) Minyak sawit merupakan salah satu sumber minyak yang penting dalam perdagangan dunia dan selama ini penggunaannya tumbuh dengan cepat (Lawson 1995). Secara garis besar, buah kelapa sawit menghasilkan dua jenis minyak yaitu minyak inti sawit atau palm kernel oil (PKO) yang diperoleh dari bagian inti (kernel) sawit dan minyak sawit atau crude palm oil (CPO) yang diperoleh dari bagian pulp yang mengandung 50 % minyak (Formo et al. 1979). Produk-produk turunan minyak sawit yang dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel diantaranya adalah CPO, CPO low grade (kandungan FFA tinggi), palm fatty acid distillate (PFAD) dan refined, bleached, and deodorized (RBD) olein. Sebelum diolah menjadi biodiesel, CPO membutuhkan proses pemurnian (degumming). Degumming bertujuan untuk menghilangkan senyawa-senyawa pengotor yang terdapat dalam minyak seperti gum dan fosfatida (Hambali et al. 2008). CPO merupakan hasil olahan daging buah kelapa sawit (bagian mesokarp) melalui proses sterilisasi tandan buah segar (TBS), perontokan, pengepresan dan penyaringan (Far & Farr 2000). Minyak ini merupakan produk tingkat pertama yang dapat memberikan nilai tambah sekitar 30 % dari nilai tandan buah segar. CPO berupa minyak yang agak kental berwarna kuning jingga kemerah-merahan. CPO mengandung asam lemak bebas (FFA) 5 % dan mengandung banyak karoten (500–700 ppm) (Weiss 1983). Minyak CPO dan PKO memiliki perbedaan baik dalam komposisi asam lemak yang terkandung maupun sifat fisiko-kimianya. Komponen asam lemak terbesar penyusun CPO adalah asam palmitat sedangkan PKO mengandung paling banyak asam laurat (Formo et al. 1979). Komposisi asam lemak CPO dan PKO dapat dilihat pada Tabel 1 dan Karakteristik fisiko kimia CPO dapat dilihat pada Tabel 2.

 

9   

Tabel 1 Komposisi asam lemak CPO (crude palm oil) dan PKO (palm kernel oil)* Asam lemak Asam Kaprilat Asam Kaproat Asam Laurat Asam Miristat Asam Palmitat Asam Stearat Asam Palmitoleat Asam Oleat Asam Linoleat

CPO 0.2 1.1 44.0 4.5 39.2 10.1

Jumlah (%) PKO 47–53 15–19 8–11 1–3 12–19 2–4

*Hui (1996)

Tabel 2 Karakteristik fisiko kimia CPO* Sifat Fisiko Kimia Bilangan penyabunan (mg KOH/g minyak) Bahan tak tersabunkan (%) Bilangan iod (wijs) Titik leleh (ºC) Digliserida (%) Indeks refraksi pada suhu 50ºC Densitas pada suhu 50ºC Kadar α dan β-carotene (ppm) Kadar tokoferol dan tokotrienol (ppm) *

Nilai 190.1–201.7 0.15–0.99 50.6–55.1 30.8–37.6 2–4 1.455–1.456 0.888–0.889 500–700 600–1000

Sahidi (2005)

Saat ini pasokan bahan baku sawit di Indonesia cukup melimpah, karena perkebunan kelapa sawit sudah lama diusahakan dalam skala besar dan berkembang dengan baik. Pengembangan tetap perlu dilakukan karena selama ini minyak sawit banyak digunakan sebagai bahan baku industri, baik industri pangan (minyak goreng) maupun non pangan (oleokimia) (Hambali et al. 2008). Produksi CPO di Indonesia dapat dilihat pada Gambar 1.

 

Produksi CPO Di Indonesia (Juta Ton)

10   

20000000 18000000 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0 2004

2005

2006

2007

2008

Tahun Gambar 1 Produksi CPO di Indonesia Tahun 2004–2008 (Deptan 2010)

Produksi CPO di Indonesia Tahun 2004–2008 pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa perkembangan produksi CPO Indonesia mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Hal ini tentunya menjadi potensi lebih besar di dalam memproduksi biodiesel. Perkembangan perkebunan sawit masih terus berlanjut dan diperkirakan pada tahun 2012 Indonesia akan menjadi produsen CPO terbesar di dunia. Sampai saat ini minyak sawit sebagian besar masih diekspor dalam bentuk CPO, sedangkan didalam negeri sekitar 80 % minyak sawit diolah menjadi produk pangan terutama minyak goreng (Hambali et al. 2008).

Biodiesel Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang terdiri dari ester metil (atau etil) asam lemak. Bahan bakar ini dibuat dari minyak-lemak nabati dengan proses metanolisis atau etanolisis melalui transesterifikasi dengan produk sampingnya berupa gliserol atau dari asam lemak bebas melalui proses esterifikasi dengan metanol atau etanol yang produk sampingnya berupa air (Knothe et al. 2005). Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif subtitusi solar untuk motor diesel. Biodiesel dapat diaplikasikan baik dalam bentuk murni 100 % (B100) atau

 

11   

dicampur dengan bahan bakar diesel minyak bumi dalam berbagai rasio. Campuran 20 % biodiesel dan 80 % bahan bakar diesel minyak bumi disebut dengan B20. Campuran B20 merupakan bahan bakar alternatif yang terkenal di Amerika Serikat terutama untuk bis dan truk (Alam Syah 2006; Hambali et al. 2008). Biodiesel memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan solar, yaitu : 1. Dihasilkan dari bahan baku minyak nabati yang dapat diperbaharui 2. Biodegradable 3. Memiliki titik nyala yang tinggi sehingga aman untuk penyimpanan 4. Memiliki sifat pelumasan yang baik 5. Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih baik

(free

sulphur,

smoke

number)

sesuai

dengan

isu–isu

global

(Gerpen et al. 2005; Hambali et al. 2008). Biodiesel diproduksi dari bahan baku bervariasi yang terdiri dari minyak nabati (misalnya minyak biji kapas, kedelai, kelapa, kelapa sawit) dan lemak hewani. Minyak nabati memiliki komposisi asam lemak berbeda-beda tergantung dari jenis tanamannya. Kandungan asam lemak bebas (FFA) bahan baku merupakan penentu jenis proses yang digunakan. Bahan baku yang memiliki kadar asam lemak bebas (free fatty acid) rendah, maksimal 2 % bisa langsung diproses dengan metode transesterifikasi. Namun bila kadar asam lemak bebas minyak tersebut masih tinggi, maka sebelumnya perlu dilakukan proses esterifikasi terhadap minyak tersebut dengan menentukan terlebih dahulu kadar FFA (acid value/mgKOH/g-minyak). Disamping itu, kandungan air dalam minyak nabati juga harus diperiksa sebelum dilakukan proses transesterifikasi. Kandungan air yang tinggi dapat mendeaktivasi katalis asam dan katalis basa, sehingga dapat menurunkan rendemen biodiesel ( Gerpen et al. 2004). Proses

pembuatan biodiesel

membutuhkan

adanya katalis untuk

mempercepat reaksinya. Katalis adalah suatu bahan yang digunakan untuk memulai reaksi dengan bahan lain (Alam Syah 2006). Menurut Mittelbach dan Remschmidt (2006), bahwa jenis katalis yang dapat digunakan pada proses produksi biodiesel terdiri dari katalis alkali, katalis asam, katalis dengan logam

 

12

transisi, t kataalis dengan silika s dan kaatalis enzimaatik. Katalis alkali dan katalis asam terdiri t dari katalis k homoogen dan heteerogen.

Tran nsesterifikassi Trannsesterifikasii merupakan perubahaan bentuk dari satu jenis j ester menjadi m

bentuk

esteer

yang

l lain

(Mitteelbach

&

Remschmiddt

2006).

Transesterifi T fikasi dengann alkohol juuga dikenal dengan d nam ma alkoholisiis sehingga reaksi r ini disebut juga metanolisis. Reaksi meetanolisis m mempunyai syarat yaitu minyak m harrus bersih, tanpa air dan netral. Persamaaan stoikiometri reaksi transesterifik t kasi trigliserrida dengan metanol m dappat dilihat paada Gambar 2. 2

Gambarr 2 Stoikiom metri reaksi trransesterifik kasi trigliseriida dengan metanol m Dalaam suatu traansesterifikassi atau reakssi alkoholisiis satu mol trigliserida bereaksi b denngan tiga mo ol alkohol unntuk membenntuk satu mool gliserol daan tiga mol alkil a ester asam lemak. Alkohol akkan mengganntikan guguss alkohol paada struktur ester e minyakk dengan dibantu kataliis. Proses terrsebut meruupakan suatuu rangkaian dari d reaksi reversible r (ddapat balik),, yang didalaamnya moleekul trigliserrida diubah satu tahap demi d tahap menjadi m digliiserida, monogliserida daan gliserol. Dalam D tiap tahap t satu mol m alkohol dikonsumsi d dan satu mool ester dibebbaskan (Mitttelbach dan Remschmidt R t 2006). Tah hapan reaksi transesterifiikasi dapat ddilihat Gambbar 3.

13

Gambar 3 Tahapan reaksi transeesterifikasi dari d trigliseriida dengan metanol m Bebeerapa param meter reaksi yang mem mpengaruhi pproses transesterifikasi yaitu y rasio molar minyyak dan alkkohol, suhu,, lama reakksi, tingkat kemurnian minyak, m adaanya air daan asam lem mak bebas (FFA). Unttuk memperroleh hasil maksimum m dalam proses transesteerifikasi mak ka alkohol yyang digunaakan harus bebas b dari air a dan kanddungan asam m lemak beb bas (FFA) ddalam minyaak < 0.5%. Adanya A air dalam reakssi transestriffikasi akan menyebabka m an terjadinyaa hidrolisis (Gerpen ( et al. a 2004). Seecara umum m rasio molarr metanol deengan triglisserida yang digunakan d y yaitu 5.25–66:1. Freedm man et al. (11984), diacuu dalam Cleements dan Hanna H (1998) menyarannkan bahwa hasil maksiimum FAME E diperoleh pada rasio molar m 6:1 karena k rasio molar di attas 6:1 tidakk akan meniingkatkan haasil FAME tetapi t akan menyulitkan m n pemisahan FAME dann gliserol serrta meningkaatkan biaya alkohol. a Knnothe et al. (2005) mennyatakan baahwa pada ssuhu ≥ 60 0oC dengan perbandinga p an molar anntara metanool dengan minyak m minnimal 6:1, reaksi akan berlangsung b g sempurna dalam kurunn waktu 1 jam j menghaasilkan metiil, etil atau butyl b ester. Walaupun minyak kasar dapat dittransesterifikkasi namun ester yang dihasilkan d m mengalami penurunan kaarena adanyaa gum dan kkotoran yang g ada dalam minyak m kassar tersebutt. Paramaterr–parameterr seperti suuhu reaksi 60oC dan perbandinga p an molar an ntara metanool dengan minyak m 6:1 m menjadi stanndar untuk transesterifik t kasi yang menggunakann metanol. Reakksi

transessterifikasi

bertujuan

untuk

meenurunkan

viskositas

(kekentalan) ( ) minyak, seehingga menndekati nilai viskositas solar. Nilaii viskositas yang y tinggi akan menyyulitkan pem masukkan bahan b bakar dari tangkii ke ruang bahan b bakaar mesin daan menyebaabkan atomiisasi lebih sukar terjad di. Hal ini mengakibatk m kan pembakkaran kurangg sempurna dan menim mbulkan enddapan pada nozel n (Hamb bali et al. 20 008).

14   

Transesterifikasi minyak menjadi metil ester dilakukan baik dengan satu atau dua tahap proses, tergantung pada mutu awal minyak. Minyak yang mengandung asam lemak bebas tinggi dapat dengan efisien dikonversi menjadi esternya melalui beberapa tahap reaksi yang melibatkan katalis asam untuk mengesterifikasi asam lemak bebas yang dilanjutkan dengan transesterifikasi berkatalis basa yang mengkonversi sisa trigliserida (Canaki & Gerpen 2001, diacu dalam Widyawati 2007). Jika minyak mengandung asam lemak bebas yang rendah, transesterifikasi dapat dilakukan dengan satu tahap.

Esterifikasi Jika bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang memiliki kadar FFA tinggi ( > 5%), seperti minyak jelantah, PFAD, CPO mutu rendah dan minyak jarak. Proses transesterifikasi yang dilakukan untuk mengonversi minyak menjadi biodiesel tidak akan berjalan efisien karena FFA akan tersaponifikasi membentuk sabun yang mempersulit pemisahan biodiesel dari gliserol sebagai produk sampingnya. Bahan-bahan diatas, perlu melalui proses pra esterifikasi untuk menurunkan kadar FFA hingga di bawah 5 %. (Hambali et al. 2008). Pretreatment menggunakan katalis asam diikuti dengan katalis alkali adalah metode yang efektif untuk mengkonversi asam lemak bebas menjadi biodiesel. Pretreatment ini bertujuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas bahan baku. Teknik untuk menurunkan kadar asam lemak bebas bahan baku adalah reaksi yang menggunakan katalis asam untuk mengesterifikasi asam lemak bebas sebelum transesterifikasi trigliserida. Berlawanan dengan reaksi transesterifikasi trigliserida, esterifikasi merupakan reaksi antara asam lemak dengan alkohol menghasilkan ester. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 4.

 

15   

   

Gambar 4 Reaksi esterifikasi asam lemak Reaksi esterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah asam lemak bebas dan jumlah pereaksi metanol, waktu reaksi, suhu, konsentrasi katalis dan kandungan air pada minyak (Ozgul & Turkey 2002, diacu dalam Widyawati 2007). Semakin tinggi jumlah metanol yang digunakan dan kandungan asam lemak bebas pada minyak, maka semakin tinggi rendemen metil ester serta semakin kecil kandungan asam lemak bebas di akhir reaksi. Ozgul dan Turkey (2002), diacu dalam Widyawati (2007) juga menyatakan bahwa semakin lama waktu reaksi maka rendemen metil ester yang didapat besar. Suhu 60oC sudah memberi rendemen metil ester yang memadai. Tetapi jumlah katalis berlebihan tidak meningkatkan dengan nyata rendemen metil ester. Reaksi esterifikasi

merupakan reaksi kesetimbangan yang lambat,

sekalipun sudah dipercepat dengan kehadiran katalis yang baik dan berjumlah cukup. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat, seperti asam sulfat, asam sulfonat organik (dalam jumlah 1 sampai 3 % dari asam lemak yang diolah), atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Hambali et al. 2008). Posisi kesetimbangan reaksi esterifikasi juga tidak sangat berpihak kepada pembentukan ester metil, sehingga untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung sampai ke konversi sempurna pada temperatur relatif rendah (misalnya paling tinggi 120oC), reaktan metanol harus ada/dipasok dalam jumlah sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 x nisbah stoikiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fase reaksi, yaitu fase minyak (Hambali et al. 2008). Penggunaan katalis homogen asam pada reaksi esterifikasi menyebabkan kontaminasi sulfur pada produk akhir dari biodiesel. Katalis ini juga membutuhkan netralisasi dengan alkali. Umumnya efisiensi proses berkurang dari 96 % dan tahap netralisasi menyebabkan permasalahan dalam penanganan limbah hasil pencucian dengan air (Lim et al. 2009). Katalis homogen asam ini bersifat

 

16   

korosif, sehingga memerlukan penanganan khusus. Dalam pembuatan ester dengan katalis asam tersebut diperlukan sistem pemisahan air untuk menggeser kesetimbangan reaksi ke arah pembentukan ester sehingga tahapan proses menjadi lebih panjang (Haerudin et al. 2007). Katalis

heterogen

asam

banyak

dikembangkan

untuk

mengatasi

permasalahan yang dihadapi dengan menggunakan katalis homogen. Katalis heterogen adalah katalis yang mempunyai fase yang berbeda dengan fase reaktannya (Jumari et al. 2009). Penggunaan katalis heterogen asam pada reaksi esterifikasi dapat menghilangkan kontaminasi pada produk ester, proses pembuatan ester menjadi lebih sederhana, pemisahan sisa asam karboksilat, sisa katalis dan produk sampingnya dapat menjadi lebih mudah dan sederhana (Haerudin et al. 2007; Lim et al. 2009). Beberapa katalis hetogen asam yang digunakan dalam esterifikasi dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Jenis katalis heterogen yang digunakan pada reaksi esterifikasi Kondisi reaksi esterifikasi

Konversi FFA

Etanol : asam oleat = 6.13:1; T : 55oC; t : 150 menit; katalis : 2.6 %

< 30 %

Tipe katalis Zeolit sintetik Contoh: Nay dan Vox* Zeolit sintetik Contoh: ZSM-5 (HMFI) dan modernit (HMOR)** AL-MCM 41

*

***

Resin penukar ion Contoh: Amberlyst15, Amberlyst-35, Amberlyst-16 dan dowex HCR-W2****

Metanol : minyak kedelai dan oleat = 30:1; 60.6–80.9% T : 60oC; t : 3 jam; katalis : 1 g

Metanol : minyak sawit = 60 : 1; T : 130oC; t : 2 jam; katalis : 0.6 %

79 %

Metanol = 20 % (v/v); minyak jelantah; T : 50–60oC; t : 150 menit; katalis : 1-2 % (b/b)

≤ 45.7 %

Marchetti dan Errazu (2008a); (2008)

**

Chung et al.(2008);***Carmo et al. (2009);

****

Ozbay et al.

 

17   

Struktur dan Karakteristik Zeolit Zeolit merupakan senyawa kristal aluminosilikat terhidrasi yang mempunyai struktur kerangka yang berpori. Zeolit umumnya mengandung silika, alumium dan oksigen dalam kerangka serta kation-kation, air dan molekul lainnya yang terdapat dalam pori zeolit (Bell 2001). Atom aluminium memiliki elektron yang lebih sedikit daripada silika yang menyebabkan ketidakseimbangan elektron dalam zeolit sehingga membutuhkan kation seperti ion alkali dan alkali tanah untuk menyeimbangkan muatan dalam zeolit (Kamarudin et al. 2003). Kationkation tersebut seperti sodium, potassium, magnesium dan kalsium umumnya dapat dipertukarkan dengan kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap air secara reversible (Las 2010). Air yang terkandung dalam pori dapat dilepas dengan pemanasan pada temperatur 300oC sampai dengan 400oC. Dengan pemanasan pada temperatur tersebut air dapat keluar, sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan (Handoko 2002). Untuk menggambarkan hubungan antara komposisi dan struktur zeolit, Hamdan (1992), diacu dalam Handoko (2002) menuliskan rumus umum zeolit sebagai berikut : Mx/n{(AlO2)x(SiO2)y}.pH2O Dimana ‘M’ adalah kation bermuatan positif n yang dapat dipertukarkan,’X’ adalah jumlah Al, ‘y’ adalah jumlah Si, ‘p’ adalah jumlah air kristal, ‘y/x’ = 1– 6, ‘p/x’ = 1–4, ‘{ }’ merupakan bentuk kerangka dasar struktur alumina-silika. Zeolit dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik. Zeolit alam yaitu zeolit yang diperoleh dari endapan di alam, sedangkan zeolit sintetik adalah zeolit yang direkayasa dari bahan berkemurnian tinggi, mempunyai jenis kation tunggal, mempunyai ukuran pori, saluran dan rongga tertentu ( Csicsery 1986). Peningkatan kualitas zeolit alam dapat dilakukan dengan mengaktivasi zeolit alam menjadi zeolit aktif. Zeolit alam biasanya masih tercampur dengan mineral lainnya seperti kalsit, gipsum, feldspar dan kuarsa yang ditemukan di daerah sekitar gunung berapi atau mengendap pada daerah sumber air panas (hot spring). Komposisi kimia zeolit alam tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti

 

18   

suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral yang berupa partikel halus dengan kotoran lainnya. Zeolit alam di Indonesia ditemukan pada tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar tersebar dibeberapa daerah pulau Sumatera dan Jawa antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung (Las 2010). Beberapa jenis zeolit berdasarkan rasio Si/Al antara lain, zeolit silika rendah dengan perbandingan Si/Al : 1–1.5 memiliki konsentrasi kation paling tinggi, dan mempunyai adsorpsi yang optimum, contoh silika rendah adalah zeolit A dan X; zeolit silika sedang yang mempunyai perbandingan Si/Al adalah 2–5, contoh jenis zeolit ini adalah modernit, erionit, klinoptilolit, zeolit Y, zeolit silika tinggi, dengan perbandingan kadar Si/Al antara 10 sampai 100 bahkan lebih, contohnya adalah ZSM-5 (Ulfah et al. 2006). Tabel 4 Sifat fisik beberapa zeolit alam* Kation Dominan

Stabilitas panas

Kapasitas tukar ion (meq/g)

Analsim

Na

Tinggi

4.54

Spesific gravity (g/cm3) 2.24–2.29

Kabasit

Na,K,Ca

Tinggi

3.84

2.05–2.10

47

Klinoptilolit

K,Na,Ca

Tinggi

2.16

2.15–2.25

34

Erionit

Na,K,Ca

Tinggi

3.12

2.02–2.08

35

Heulandit

-

Rendah

2.91

2.18–2.20

39

Mordenit

Na,Ca

Tinggi

4.29

2.12–2.15

28

Zeolit

*

Porositas (%) 18

Polat (2004) Zeolit sebagai Katalis Pemanfaatan zeolit sangat luas seperti sebagai adsorben, penukar ion dan

katalis. Sifat katalitik zeolit pertama kali ditemukan oleh Weisz dan Frilette pada tahun 1960 dan dua tahun kemudian mulai diperkenalkan penggunaan zeolit Y

 

19   

sebagai katalis perengkah (Augustine 1996, diacu dalam Handoko 2002). Sifat sebagai katalis didasarkan pada adanya ruang kosong yang dapat digunakan sebagai katalis ataupun sebagai penyangga katalis untuk reaksi katalitik. Bila zeolit digunakan pada proses katalitik maka akan terjadi difusi molekul ke dalam ruang kosong antar kristal dan reaksi kimia juga terjadi di permukaan saluran tersebut (Handoko 2002). Keberadaan zeolit dalam reaksi katalitik heterogen menjadi relatif penting karena struktur zeolit yang berpori dan sifat alami dari Al(3+), Si(4+), O(2-) yang saling terikat dengan pola tertentu. Keasaman zeolit merupakan salah satu faktor yang penting dalam penggunaan zeolit sebagai pengemban dan sebagai katalis. Zeolit yang digunakan secara luas sebagai katalis didasarkan pada produksi situs asam Bronsted dan adanya situs asam Lewis yang terdapat dalam pori zeolit (Smith 1992, diacu dalam Handoko 2002). Kemampuan zeolit untuk mengkatalisis suatu reaksi kimia terutama berhubungan dengan sifatnya sebagai padatan asam karena adanya sisi-sisi asam baik sisi asam Bronsted maupun Lewis. Sisi asam Bronsted dapat dihasilkan dengan beberapa cara diantaranya perlakuan pemanasan terhadap bentuk amonium zeolit untuk menghilangkan ammonia sehingga diperoleh bentuk H-zeolit, perlakuan dehidrasi terhadap kation multivalen pada zeolit yang diikuti terdisosiasinya air yang terkoordinasi dalam bentuk molekul sehingga membentuk ion H+ pada permukaan zeolit dan perlakuan asam terhadap zeolit yang stabil terhadap asam akan dapat secara langsung menukar kation dengan proton. Sisi asam Lewis dapat diperoleh dari dehidroksilasi dua gugus hidroksil yang berdekatan dengan perlakuan panas (T > 477oC) (Oudujans 1984, diacu dalam Handoko 2003).

 

20   

Gambar 5 Sisi asam Broensted dan Lewis Sifat lain dari zeolit yang juga berpengaruh terhadap peranannya dalam katalisis adalah : 1. Komposisi kerangka dan strukur pori zeolit; Komposisi kerangka mengatur muatan kerangka dan mempengaruhi stabilitas termal dan asam dari zeolit. 2. Kenaikan rasio Si/Al akan berpengaruh pada stabilitas zeolit terhadap temperatur tinggi dan lingkungan yang reaktif seperti naiknya keasaman. 3. Medan elektrostatis zeolit; keadaan ini menyebabkan interaksi adsorbsinya dengan molekul lain berubah-ubah. 4. Kekuatan asam dari sisi Bronsted akan bertambah dengan naiknya rasio Si/Al, penurunan konsentrasi kation dalam zeolit. 5. Perubahan struktur bangun zeolit. Peran struktur pori zeolit sangat penting dalam proses katalisis karena pori inilah yang berperan sebagai mikroreaktor dan darinya dimungkinkan untuk mendapatkan reaksi katalitik yang diinginkan menurut aturan selektivitas (Handoko 2003). Zeolit alam pada umumnya memiliki aktivitas katalitik yang rendah, kristalinitas rendah dan ukuran porinya tidak seragam. Oleh karena itu perlu diaktivasi terlebih dahulu sebelum digunakan sebagai katalis (Handoko 2002). Aktivitasi merupakan proses untuk menaikkan kapasitas adsopsi sehingga diperoleh sifat yang diinginkan sesuai dengan penggunaannya. Tujuan aktivasi zeolit adalah untuk menghasilkan luas permukaan yang lebih luas melalui pembentukan struktur berpori dan juga untuk menghilangkan senyawa-senyawa pengotor. Proses aktivasi dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu secara fisika atau cara kimia. Aktivasi cara fisika antara lain dengan cara pemanasan, sementara cara kimia dilakukan dengan cara asam ataupun basa. Umumnya asam

 

21   

yang digunakan adalah asam sulfat dan asam klorida, sedangkan basa yang digunakan adalah natrium hidroksida (Rosita et al. 2004).

 

22   

METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan April Tahun 2009 sampai Mei Tahun 2010 di laboratorium SBRC Institut Pertanian Bogor dan laboratorium Jurusan Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor. Analisa zeolit dan biodiesel dilakukan di laboratorium BIOFARMAKA Institut Pertanian Bogor, laboratorium BALITTANAH Bogor dan Petrolab Jakarta.

Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari yaitu crude palm oil (CPO), asam oleat, minyak sawit murni, zeolit alam Bayah, n-heksana. Bahan-bahan kimia yang digunakan antara lain metanol, HCl p.a 37 % merck, H2SO4 p.a 96-97 % merck, NH4Cl p.a, etanol 95%, KOH, aqua DM, indikator PP (phenolphtalein), aquades, NH4SO4 dan bahan kimia lainnya. Peralatan yang digunakan terdiri dari labu leher empat ukuran 1 liter, erlenmeyer, gelas piala, tanur, oven, hot plate stirrer, labu pemisah, kondensor, desikator, AAS untuk analisa komposisi zeolit, FTIR dan peralatan gelas untuk analisa.

 

23   

Disain Penelitian Disain penelitian meliputi beberapa tahapan kegiatan dapat dilihat pada diagram alir berikut ini :

Preparasi Zeolit Terdiri dari karakterisasi dan aktivasi zeolit

Esterifikasi Penentuan kemampuan berbagai jenis zeolit alam teraktivasi asam pada reaksi esterifikasi (Analisa : bilangan asam dan konversi FFA)

Optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis zeolit terpilih (Analisa : Kandungan FFA)

Perbandingan katalis zeolit alam, zeolit sintetik dan asam sulfat (H2SO4) dalam reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) (Analisa : bilangan asam dan konversi FFA)

Transesterifikasi dan karakterisasi biodiesel (Analisa : bilangan asam, kadar ester, bilangan penyabunan, gliserol total, Gambar 6 Diagram alirbebas, disain gliserol penelitian o viskositas kinematik 40 C dan rendemen biodiesel)

Gambar 6 Diagram alir disain penelitian

 

24   

Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan terdiri dari preparasi katalis zeolit alam, reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi, optimasi kondisi reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi yang terpilih, perbandingan katalis zeolit alam teraktivasi, katalis zeolit sintetik dan asam sulfat (H2SO4) pada reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO), reaksi transesterifikasi campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi dengan menggunakan katalis homogen KOH. Tahap I Tahap preparasi katalis zeolit alam Tahap ini merupakan tahap persiapan yang meliputi karakterisasi zeolit alam sebelum aktivasi, aktivasi zeolit dengan berbagai jenis asam dan karakterisasi zeolit setelah aktivasi. Karakterisasi zeolit alam sebelum proses aktivasi meliputi komposisi Si, Al, dan uji keasaman. Selanjutnya dilakukan proses aktivasi dengan penambahan asam dan kombinasinya yang terdiri dari 7 perlakuan yaitu : A. HZ-S

:

Zeolit alam diaktivasi dengan asam sulfat (H2SO4)

B. HZ-C

:

Zeolit alam diaktivasi dengan asam klorida (HCl)

C. HZ-CS

:

Zeolit alam diaktivasi dengan HCl dan H2SO4

D. HZ-CN

:

Zeolit alam asam klorida (HCl) dan amonium klorida (NH4Cl)

E.

HZ-15S(100)

:

Zeolit alam dengan 15 % asam sulfat (H2SO4) pada suhu 100oC

F.

HZ-S(100)

:

Zeolit alam

dengan

asam sulfat (H2SO4) pada suhu

100oC G. HZ-C(100)

:

Zeolit alam dengan asam klorida (HCl) pada suhu 100oC

Metode aktivasi yang digunakan berdasarkan metode yang digunakan oleh Dapaah et al. (1997) dan Xie et al. (2007). Caranya yaitu : 10 g zeolit alam dikeringkan di oven pada suhu 110oC selama 2 jam untuk menghilangkan air di permukaan zeolit. Zeolit diimpregnasi dengan larutan asam sebanyak 250 ml

 

25   

(1 M H2SO4 dan 1 M HCL) pada suhu ruang selama 24 jam untuk meyakinkan bahwa asam terdifusi dan terdispersi di permukaan zeolit. Selanjutnya contoh zeolit disaring dan dicuci dengan aqua DM diikuti dengan pengeringan oven selama 6 jam pada suhu 120oC. Pengeringan ini dilakukan untuk menghilangkan air yang masih terdapat dalam katalis setelah proses pencucian. Kemudian dilanjutkan dengan kalsinasi 500oC selama 3 jam. Untuk perlakuan C dan D diperoleh dengan cara merendam kembali zeolit yang telah diberi perlakuan HCl masing-masing dengan 10 % H2SO4 dan 5 % NH4Cl selama 24 jam, disaring, dicuci, dikeringkan dan dikalsinasi seperti pada perlakuan A dan B. Perlakuan E, F dan G, proses aktivasi dilakukan dengan perendaman zeolit yang telah dikeringkan sebelumnya dengan cara direfluks selama 3 jam pada suhu ±100oC. Selanjutnya zeolit disaring, dikeringkan dan dikalsinasi pada kondisi yang sama seperti pada pelakuan A sampai D. Semua jenis zeolit yang telah diaktivasi dikarakterisasi yang terdiri dari komposisi Si, Al, dan uji keasaman. Tahap 2 Reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi Tahapan ini bertujuan untuk menentukan jenis zeolit alam teraktivasi yang efektif pada reaksi esterifikasi. Bahan baku yang digunakan pada reaksi esterifikasi adalah campuran minyak sawit murni dan asam asam oleat sebanyak 50 % (b/b). Kondisi reaksi esterifikasi digunakan yaitu rasio molar metanol dan minyak 15:1, konsentrasi katalis 10 %, suhu reaksi ± 60oC, dan lama reaksi 3 jam serta kecepatan pengadukan 300 rpm. Metode esterifikasi terdiri dari 4 tahapan. Tahap pertama diawali dengan proses pencampuran katalis zeolit teraktivasi dengan metanol pada konsentrasi katalis 10 % dan rasio molar antara metanol dan minyak 15:1 selama 30 menit pada suhu 60oC. Tahap kedua yaitu pencampuran alkohol dan katalis dengan minyak yang telah dipanaskan sebelumnya pada suhu ± 110oC selama 30 menit dan reaksi esterifikasi dimulai pada suhu 60oC selama 3 jam dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Setelah reaksi berhenti, dilakukan proses pemisahan katalis dengan cara penyaringan menggunakan pompa vakum dan pemisahan dari sisa metanol menggunakan labu pemisah. Campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi kemudian dianalisa bilangan asam dan dihitung konversi FFA. Jenis zeolit yang menghasilkan konversi FFA tertinggi dipilih

 

26   

untuk dioptimasi kondisi reaksi esterifikasi. Sebagai pembanding pada tahap ini dilakukan reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam yang tidak diaktivasi dengan kondisi reaksi esterifikasi yang sama dengan menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi.

Tahap 3 Optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis zeolit terpilih Tahap ini bertujuan untuk memperoleh kondisi optimal reaksi esterifikasi mengunakan katalis terpilih yang menghasilkan konversi asam lemak bebas (FFA) yang tertinggi. Bahan baku yang digunakan adalah crude palm oil (CPO) yang telah dilakukan degumming dan metode reaksi esterifikasi sama dengan tahap 2. Penelitian dilakukan dengan mengikuti rancangan central composite design (CCD) dari response surface methodology (RSM) dengan tiga variabel yaitu konsentrasi katalis zeolit teraktivasi, rasio molar alkohol dan crude palm oil (CPO) dan lama reaksi. Penentuan titik tengah perlakuan berdasarkan hasil penelitian reaksi esterifikasi pada tahap 2. Seluruh perlakuan terdiri dari 20 unit percobaan dimana setiap kondisi mengikuti rancangan percobaan menggunakan central composite design (CCD). Perlakuan dan kode perlakuan, serta rancangan percobaan masing-masing disajikan pada Tabel 5 dan 6. Tabel 5 Perlakuan dan kode pelakuan Kode Perlakuan

Variabel X1 : Konsentrasi katalis (% b/b minyak) X2 : rasio molar metanol dan CPO X3: waktu reaksi (menit)

X1

konsentrasi katalis 5

10

-1.682

-1.000

0.000

1.000

1.682

1.59

5

10

15

18.41

6.59

10

15

20

23.41

69.54

90

120

150

170.46

…………………………………………………… 1

 

27   

X2

Rasio molar metanol dan CPO 5

X3

Waktu reaksi 30

120

15

……………………………………… 2

………………………………………………………… 3

Tabel 6 Rancangan percobaan proses esterifikasi crude palm oil (CPO) dengan respon asam lemak bebas (FFA) akibat pengaruh konsentrasi katalis zeolit (C), rasio molar antara metanol dan CPO (M), dan waktu reaksi (t) Run

Variabel kode

Variabel asli

Respon

C (X1)

M (X2)

t (X3)

Katalis

Metanol

Suhu

1

-1.000

-1.000

-1.000

5.00

10.00

90.00

2

1.000

-1.000

-1.000

15.00

10.00

90.00

3

-1.000

1.000

-1.000

5.00

20.00

90.00

4

1.000

1.000

-1.000

15.00

20.00

90.00

5

-1.000

-1.000

1.000

5.00

10.00

150.00

6

1.000

-1.000

1.000

15.00

10.00

150.00

7

-1.000

1.000

1.000

5.00

20.00

150.00

8

1.000

1.000

1.000

15.00

20.00

150.00

9

-1.682

0.000

0.000

1.59

15.00

120.00

10

1.682

0.000

0.000

18.41

15.00

120.00

11

0.000

-1.682

0.000

10.00

6.59

120.00

12

0.000

1.682

0.000

10.00

23.41

120.00

13

0.000

0.000

-1.682

10.00

15.00

69.54

14

0.000

0.000

1.682

10.00

15.00

170.46

15

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

16

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

17

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

18

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

19

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

20

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

(FFA)

 

28   

Hasil optimasi yang diperoleh dilakukan validasi secara eksperimen dengan 3 kali ulangan. Validasi bertujuan untuk menguji konsistensi data yang diperoleh dalam percobaan dengan hasil perhitungan dari model.

Tahap 4 Perbandingan katalis zeolit alam teraktivasi asam dengan zeolit sintetik, dan katalis asam sulfat (H2SO4) pada reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) Tahap ini dilakukan dengan tujuan untuk membandingkan aktifitas katalis zeolit alam teraktivasi asam dengan zeolit sintetik serta katalis asam sulfat (H2SO4) pada reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap respon konversi asam lemak bebas (FFA). Zeolit sintetik yang digunakan terlebih dahulu dipanaskan di tanur selama 3 jam pada suhu 500oC. Metode dan kondisi reaksi esterifikasi menggunakan katalis heterogen zeolit baik zeolit alam atau sintetik dilakukan berdasarkan hasil optimasi pada tahap 3. Sedangkan untuk katalis homogen asam sulfat dilakukan berdasarkan kondisi reaksi esterifikasi yang disarankan oleh Gerpen et al. (2004) yaitu dengan konsentrasi asam sulfat sebesar 5 % FFA, konsentrasi metanol 225 % FFA pada suhu 60oC selama 1 jam. Metode esterifikasi menggunakan katalis crude palm oil (CPO) diawali dengan pemanasan crude palm oil (CPO) sampai mencapai suhu 60oC. Setelah suhu crude palm oil (CPO) tercapai, campuran metanol dan asam sulfat (H2SO4) ditambahkan pada crude palm oil (CPO). Campuran crude palm oil (CPO), metanol dan asam sulfat (H2SO4) diaduk selama 60 menit pada suhu 60oC dengan kecepatan 300 rpm. Hasil esterifikasi dipisahkan dari metanol sisa menggunakan labu pemisah. Campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi menggunakan asam sulfat (H2SO4) dicuci dengan air hangat (suhu ±70oC) sampai pH air cuciannya mencapai netral. Campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi menggunakan zeolit alam teraktivasi, zeolit sintetik dan asam sulfat (H2SO4) dianalisa bilangan asam dan dihitung konversi asam lemak bebas (FFA).

 

29   

Tahap 5 Reaksi transesetrifikasi menggunakan katalis homogen kalium hidroksida (KOH) Campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi pada tahap 4 diproses lagi ke tahap transesterifikasi untuk menghasilkan biodiesel. Kondisi reaksi transesterifikasi yang digunakan yaitu konsentrasi katalis KOH sebesar 1 % (b/b minyak), konsentrasi metanol 20 % (b/b minyak) pada suhu 60oC selama 1 jam dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Metode transesterifikasi dimulai dengan pemanasan campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi sampai mencapai suhu 60oC. Setelah suhu pemanasan minyak tercapai, campuran kalium hidroksida (KOH) dan metanol ditambahkan ke dalam minyak panas. Reaksi transesterifikasi dilakukan selama 60 menit pada suhu 60oC dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. FAME yang dihasilkan dipisahkan dari gliserol dengan menggunakan labu pemisah. Kemudian dilakukan proses pencucian menggunakan air hangat suhu ±70oC sampai air cucian berwarna bening. Proses pencucian ini bertujuan untuk menghilangkan sisa katalis dan metanol setelah reaksi transesterifikasi. FAME dipanaskan untuk menguapkan sisa air cucian. Biodiesel hasil transesterifikasi dianalisis karakteristiknya.

Parameter yang Diukur Parameter yang diamati (diukur) dalam penelitian ini meliputi : 1. Karakteristik zeolit sebelum dan sesudah aktivasi yang terdiri dari : -

Komposisi Si yang ditentukan secara gravimetri

-

Komposisi Al ditentukan dengan menggunakan AAS di Laboratorium Penelitian Tanah (BALITANAH) Bogor

-

Keasaman zeolit dihitung secara gravimetri dengan metode adsorpsi desorpsi amoniak (Lampiran 1)

-

Strukutur kerangka zeolit diuji menggunakan FTIR di Laboratorium BIOFARMAKA Institut Pertanian Bogor.

2. Bilangan asam dan FFA dari campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi yang metode pengukurannya dapat dilihat pada Lampiran 2.

 

30   

Konversi FFA dapat dihitung dengan menggunakan rumus 100 % … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4 Dimana : Xffa

= Konversi FFA (%)

A

= Bilangan asam bahan baku (mg KOH/g)

B

= Bilangan asam perlakuan setelah esterifikasi (mg KOH/g)

3. Rendemen biodiesel Rendemen biodiesel dapat dihitung dengan menggunakan rumus : 100 % … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 5 Dimana: Y

= Biodiesel (%)

Wb

= Massa biodiesel (g)

W

= Massa bahan baku minyak (g)

4. Karakteristik biodiesel yang meliputi bilangan asam, kadar ester, gliserol bebas, gliserol total, bilangan penyabunan, viskositas kinematik pada suhu 40oC dan kadar ester. Prosedur pengukuran dari karakteristik biodiesel dapat dilihat pada Lampiran 3.

Rancangan Percobaan

Penentuan jenis zeolit alam teraktivasi dan tidak teraktivasi yang menghasilkan konversi FFA tertinggi pada reaksi esterifikasi Untuk memperoleh jenis katalis zeolit alam yang efektif pada proses esterifikasi dianalisis menggunakan rancangan acak lengkap (RAL) faktor tunggal dan uji lanjut Duncan. Model linear rancangan acak lengkap (RAL) adalah:

Y ij     i   ij ……………………………………………………….(6)

 

31   

Dimana: Yij

= Konversi FFA menggunakan jenis katalis zeolit alam ke-i dan ulangan ke-j

i

= 1, 2, 3, 4, 5 dan j=1, 2, 3



= Rataan umum

i

= Pengaruh jenis katalis zeolit ke-i

ij

= Pengaruh acak akibat jenis katalis zeolit alam ke-i pada ulangan ke-j

Penentuan kondisi optimal dari reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam terpilih Untuk memperoleh kondisi optimal reaksi esterifikasi dianalisis dengan menggunakan respose surface method (RSM) dengan 3 faktor. Respose surface method (RSM) digunakan untuk melihat pengaruh perlakuan (konsentrasi katalis zeolit alam teraktivasi, rasio molar metanol dan minyak, dan waktu reaksi) terhadap reduksi kadar asam lemak bebas (FFA) yang dihasilkan. Reaksi esterifikasi dikondisikan dengan tujuan untuk menghasilkan kadar asam lemak bebas (FFA) yang minimal. Metode respon permukaan (respon surface method) adalah kumpulan teknik matematika dan statistik yang berguna untuk pengembangan, peningkatan dan optimasi proses. Hasil dari metode respon permukaan (respon surface method) terdiri dari model empiris statistik yang menghasilkan hubungan yang cocok antara hasil dan variabel-variabel proses serta metode optimasi untuk nilai dari variabel-variabel proses yang menghasilkan nilai respon yang diinginkan (Carley et al. 2004). Model rancangan yang digunakan adalah : ………………………… 7

Dimana : Y

= respon hasil ester

X1

= konsentrasi katalis

X2

= rasio molar antara minyak dan metanol

 

32   

X3

= waktu reaksi = titik pusat sistem

βi

= koefisien linier

βii

= koefisien kuadratik

βij

= koefisien interaksi

 

33   

HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Zeolit Kemampuan zeolit sebagai katalis ditentukan oleh struktur dan komposisi zeolit. Peran struktur pori zeolit sangat penting dalam proses katalis karena pori inilah yang berperan sebagai mikroreaktor yang memungkinkan untuk mendapatkan reaksi katalitik yang diinginkan menurut aturan selektivitas. Komposisi kerangka zeolit

mengatur muatan kerangka dan mempengaruhi

stabilitas termal dan asam dari zeolit (Handoko 2003). Komposisi Si dan Al dari Zeolit Zeolit Bayah yang digunakan pada penelitian ini merupakan zeolit campuran 18.20 % klinoptilolit dan 47.80 % mordenit (MTDC 1993). Las (2010) menuliskan rumus kimia oksida dari zeolit Bayah sebagai berikut : Na0,15 K1,44 Ca2,04 Mg0,70 Mn0,02 Fe0,44 {(AlO2)6,76 (SiO2)}29,32 6,57 H2O Komposisi kerangka zeolit terdiri dari senyawa alumina silikat, air dan kationkation alkali dan alkali tanah. Proses aktivasi zeolit dengan asam akan mempengaruhi komposisi silika (SiO4) dan alumina (Al2O4) yang merupakan kerangka utama dari zeolit, ratio Si/Al dan tingkat keasaman zeolit. Komposisi Si, Al, ratio Si/Al dan jumlah asam dari zeolit Bayah sebelum dan sesudah diaktivasi dengan asam dan kombinasinya pada suhu aktivasi yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 7.

 

34   

Tabel 7 Komposisi Si, Al, rasio Si/Al dan jumlah asam dari zeolit alam sebelum dan sesudah aktivasi asam dengan berbagai perlakuan Jenis Perlakuan

*

Komposisi Si (%)

Komposisi Al (%)

Rasio Si/Al

Jumlah Asam (mmol/g)

NZ*

4.69

1.91

2.46

1.65

HZ – S

5.48

0.24

22.49

2.01

HZ – C

5.38

0.34

15.64

1.52

HZ – CS

5.38

0.28

19.18

1.22

HZ – CN

5.44

0.38

14.27

4.00

HZ–15S(100)

5.73

0.17

33.81

0.92

HZ – S (100)

5.52

0.23

24.24

1.73

HZ– C (100)

5.34

0.25

21.01

1.21

NZ : Zeolit alam tidak diaktivasi; HZ–S : Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M H2SO4; HZ–C: Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M HCl; HZ–CS : Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M HCl + 10 % H2SO4; HZ–CN : Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M HCl + 5% NH4Cl; HZ–15S(100) : Zeolit alam diaktivasi dengan 15% H2SO4 pada suhu 100oC; HZ–S(100) : Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M H2SO4 pada suhu 100oC; HZ–C(100) : Zeolit alam diaktivasi dengan 1 M HCl pada suhu 100oC

Komposisi Si dari semua sampel zeolit teraktivasi pada Tabel 7 mengalami peningkatan dari 4.69 % menjadi 5.34–5.52 %. Sampel zeolit yang diaktivasi dengan 15 % asam sulfat pada suhu 100oC (HZ–15S(100)) menghasilkan komposisi Si tertinggi dibandingan dengan sampel zeolit teraktivasi yang lain. Tabel 7 juga menunjukkan adanya penurunan komposisi aluminium (Al) pada semua sampel zeolit yang diaktivasi dengan asam dan kombinasinya. Zeolit alam (NZ) sebelum diaktivasi mengandung komposisi aluminium (Al) sebesar 1.91 %. Setelah dilakukan proses aktivasi dengan asam dan kombinasinya (sampel HZ–S, HZ–C, HZ–CS, H–CN, HZ–15S(100), HZ–S(100) dan HZ–C(100)), komposisi Al dalam zeolit menurun antara 0.17 sampai 0.38 %. Penurunan kandungan Al pada zeolit ini disebabkan karena adanya proses dealuminasi. Proses dealuminasi adalah proses terlepasnya Al di dalam kerangka menjadi di luar kerangka karena adanya perlakuan asam. Penurunan Al ini disertai dengan penurunan kation-kation yang terkait dalam kerangka Al. Zeolit yang diaktivasi dengan 15 % asam sulfat (H2SO4) pada suhu 100oC (sampel HZ–15S(100)) mengandung komposisi aluminium (Al) yang paling sedikit yaitu

 

35   

sebesar 0.17 %. Hal ini disebabkan karena perendaman zeolit dalam larutan asam sulfat (H2SO4) yang relatif pekat pada suhu yang tinggi dalam waktu yang cukup lama akan melarutkan sejumlah Al di dalam kerangka zeolit (Dapaah 1997; Handoko 2002). Penurunan komposisi aluminium (Al) dalam zeolit (dealuminasi) menyebabkan terjadinya peningkatan rasio Si/Al. Semua sampel zeolit alam yang teraktivasi asam mempunyai rasio Si/Al yang tinggi yaitu antara 14.27 sampai 33.81 (Tabel 7). Zeolit yang diaktivasi dengan 15 % asam sulfat (H2SO4) pada suhu 100oC (sampel HZ-15S(100)) menghasilkan rasio Si/Al yang tertinggi yaitu sebesar 33.81. Zeolit yang memiliki rasio Si/Al yang tinggi akan mempunyai kekuatan asam yang tinggi, meningkatkan kristalinitas, stabil terhadap suhu tinggi dan lingkungan yang asam, bersifat hidrofobik dan akan menyerap molekul yang tidak polar sehingga baik untuk digunakan sebagai katalisator asam (Csicser 1986; Handoko 2002; Saputra 2006; Setiadi & Fitria 2006). Peningkatan rasio Si/Al juga mengakibatkan penurunan ukuran pori dari katalis zeolit karena rantai Si-O lebih pendek daripada rantai Al-O sehingga ukuran kerangka menjadi lebih kecil (Handoko 2003; Kamarudina et al. 2003). Penurunan ukuran pori pada zeolit teraktivasi meningkatkan selektivitas katalis terhadap reaktan yang masuk dan produk yang dikeluarkan dari dalam pori zeolit. Penurunan pori ini juga disertai dengan peningkatan luas permukaan sehingga meningkatkan kontak antara katalis dengan reaktan. Keasaman

zeolit pada penelitian

ini diukur secara gravimetri

menggunakan metode adsorpsi desorpsi amoniak (Lampiran 12). Perlakuan asam pada zeolit diharapkan mampu meningkatan keasaman zeolit. Peningkatan keasaman ini disebabkan karena adanya pertukaran proton dengan kation yang terdapat pada zeolit. Sisi asam dihubungkan dengan kerangka atom aluminium. Sebagian besar zeolit termasuk ZSM–5, kekuatan asam berhubungan terbalik dengan konsentrasi dari kerangka aluminium sampai dengan rasio Si/Al sekitar 10. Diatas rasio ini, kandungan aluminium tidak akan mempengaruhi kekuatan asam. Jumlah asam berhubungan secara langsung dengan konsentrasi dari kerangka aluminium (Csicsery 1986).

 

36   

Data hasil penelitian pada Tabel 7 menunjukkan adanya perbedaan jumlah asam dari semua sampel perlakuan. Jenis sampel yang diaktivasi dengan 1 M HCl dan 5 % NH4Cl (Sampel HZ–CN) menunjukkan jumlah asam yang tertinggi dibandingkan dengan semua sampel perlakuan. Hal ini disebabkan karena adanya peningkatan jumlah proton yang berasal dari ion NH4+ sehingga meningkatkan kekuatan asam Bronsted (Dapaah 1997). Kenaikan jumlah asam juga diperoleh pada zeolit alam yang diaktivasi dengan 1 M asam sulfat (H2SO4) baik yang diaktivasi pada suhu ruang (HZ-S) maupun pada suhu 100oC (HZ–S(100)). Peningkatan jumlah asam pada kedua sampel zeolit tersebut disebabkan karena adanya peningkatan jumlah proton H+ dan juga berasal dari residu ion SO4- pada permukaan katalis dimana dapat menarik elektron sehingga mempengaruhi kekuatan asam Bronsted (Dapaah 1997). Zeolit yang diaktivasi dengan 15 % asam sulfat pada suhu 100oC (HZ–15S100) mengalami penurunan jumlah asam yang paling besar disebabkan karena banyaknya jumlah atom aluminium larut dalam larutan asam yang cukup pekat pada suhu yang tinggi. Banyaknya jumlah atom yang keluar dari kerangka zeolit dapat menyebabkan rusaknya struktur zeolit sehingga menurunkan aktivitas katalitik zeolit (Dapaah 1997). Aktivasi zeolit alam dengan metode pengasaman selain bertujuan untuk menghilangkan pengotor-pengotor dalam zeolit juga untuk meningkatkan aktivitas zeolit sebagai katalis. Peningkatan aktivitas katalitik zeolit ini disebabkan antara lain karena adanya pertukaran ion antara kation-kation dalam zeolit dengan proton H+ dari asam mineral seperti asam sulfat dan ammonium klorida. Pertukaran ion pada proses aktivasi dengan asam dapat dilihat pada Gambar 7.

 

37

Gambar G 7 P Pertukaran ion (ion exxchange) anttara proton H dari minneral asam m klorida (N NH4Cl) dengan kation (H2SO4 dann HCl) atauu ammonium natrium (Daapaah 1997) Pertu ukaran ion pada p Gambarr 7 terlihat bahwa kationn alkali dan alkali a tanah seperti natriium (Na) daalam pori zeolit z ditukaar dengan ioon NH4+ ataau H+ dari larutan l amm monium klorrida (NH4Cll) atau mineeral asam (H H2SO4 dan HCl) yang digunakan d p pada proses aktivasi deengan asam m baik yang dilakukan pada suhu ruang r mauppun pada su uhu 100oC. Pertukaran ion dengan larutan asaam disertai dengan d pellepasan kotooran-kotorann yang terdappat dalam pori p zeolit. Zeolit Z yang telah t mengaalami pertukkaran ion selanjutnya dikkalsinasi meenghasilkan zeolit z yang diprotonasi. d Zeolit dipro otonasi akann menghasillkan asam B Bronsted di dalam pori dan d di permu ukaan zeolit. Struk ktur kerangkka dari sam mpel zeolit alam a sebelum m dan setela menggunaka m an FTIR dap pat dilihat ppada Lampirran 4–11. Viibrasi FTIR ditunjukkan d pada Tabel 8.

54   

Hasil perbandingan konversi FFA antara ketiga jenis katalis pada Tabel 10 menunjukkan bahwa katalis homogen asam sulfat (H2SO4) menghasilkan konversi FFA yang tertinggi sebesar 70.32 % dibandingkan jenis katalis heterogen zeolit alam dan zeolit sintetik yang memperoleh konversi FFA berturut-turut sebesar 64. 23 % dan 65.10 %. Namun katalis zeolit alam teraktivasi memiliki kelebihan diantara kedua jenis katalis yaitu harganya lebih murah dan tersedia cukup banyak di alam. Selain itu jika dibandingkan dengan katalis homogen asam sulfat (H2SO4), katalis zeolit alam teraktivasi memiliki kelebihan antara lain tidak bersifat toksik sehingga lebih ramah lingkungan, mudah dilakukan pemisahan dan dapat digunakan kembali pada reaksi esterifikasi serta tidak mengkontaminasi produk akhir biodiesel. Konversi asam lemak bebas (FFA) hasil esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi pada penelitian ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Ozbay et al. (2008) dan Marchetti dan Errazu (2008a). Ozbay et al. (2008) menggunakan resin penukar ion (Amberlyst-15, Amberlyst-35, Amberlyst-16 dan dowex HCR-W2) sebagai katalis pada reaksi esterifikasi minyak jelantah dengan konsentrasi katalis 1–2 % (b/b) dan metanol sebanyak 20 % (v/v) pada suhu 50–600C selama ± 150 menit menghasilkan konversi FFA ≤ 45.7 %. Sedangkan Marchetti dan Errazu (2008a) menghasilkan konversi FFA < 30 % pada reaksi esterifikasi asam oleat rmenggunakan katalis zeolit jenis NaY dengan konsentrasi 2.6 % (b/b), rasio molar etanol anhydrous dan asam oleat 6.13:1 pada suhu 550C selama ± 150 menit.

Reaksi Transesterifikasi dan Karakteristik biodiesel Campuran FAME dan trigliserida hasil esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi (jenis HZ-CS) pada kondisi optimal tersebut diproses lagi ke tahap kedua yaitu reaksi transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester (biodiesel). Reaksi transesterifikasi ini menggunakan katalis homogen basa KOH sebanyak 1 % (b/b) dengan konsentrasi metanol 20 % (b/b) selama 1 jam reaksi yang berlangsung pada suhu 60oC. Rendemen

 

55   

biodiesel yang diperoleh cukup tinggi yaitu sebesar 71.97 %. Karakteristik biodiesel yang diperoleh pada reaksi transesterifikasi disajikan pada Tabel 11. Tabel 11 Karakteristik biodiesel hasil penelitian Karakteristik Biodiesel

Hasil pengukuran

- Bilangan asam (mg KOH/g)

0.22

- Kadar ester (%)

99.27

- Kadar gliserol total (%-b)

0.29

- Kadar gliserol bebas (%-b)

0.01 o

2

- Viskositas kinematik suhu 40 C mm /s (cSt)

5.85

Bilangan Asam Bilangan asam adalah pengukuran asam lemak bebas yang terkandung dalam biodiesel. Bilangan asam menunjukkan banyaknya milligram KOH yang dibutuhkan untuk menetralisasi 1 g metil ester. Bilangan asam dari biodiesel hasil penelitian ini sebesar 0.22 mg KOH/g dan hal ini memenuhi kriteria biodiesel menurut Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006) mempersyaratkan bilangan asam biodiesel maksimum 0.8 mg KOH/g. Bilangan asam biodiesel hasil penelitian ini lebih rendah jika dibandingkan dengan hasil penelitian yang diperoleh oleh Widyawati (2007) dengan bilangan asam sebesar 0.54 mg KOH/g. Mittelbach dan Remschmidt (2006) menyatakan bahwa bilangan asam biodiesel dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain jenis dan tingkat kemurnian dari bahan baku minyak yang digunakan dalam proses produksi biodiesel, proses produksi seperti katalis asam yang digunakan pada reaksi esterifikasi, dan proses penyimpanan biodiesel. Kandungan asam lemak bebas (FFA) yang tinggi pada biodiesel dapat menimbulkan korosif dalam mesin.

Kadar Ester Kadar ester biodiesel berdasarkan Standar Biodiesel Indonesia yaitu FBI-S01-03 minimum mengandung 96.5 %.

Penghitungan kadar ester

berdasarkan data bilangan penyabunan, gliserol total dan gliserol bebas biodiesel hasil penelitian menghasilkan kadar ester sebesar 99.27% , yang berarti telah memenuhi Standar Biodiesel Indonesia. Mittelbach dan Remschmidt (2006)

 

56   

mengemukakan bahwa kadar ester merupakan salah satu alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya campuran bahan lain pada produk biodiesel seperti bahan bakar diesel. Selain itu juga menurut Mittelbach dan Remschmidt (2006), bahwa kadar ester yang rendah pada sampel biodiesel disebabkan karena kondisi reaksi yang tidak tepat, tidak memenuhi standar prosedur analisa atau karena komponen-komponen kecil yang ada dalam bahan baku minyak atau lemak.

Gliserol bebas Gliserol bebas merupakan salah satu syarat utama yang menentukan kualitas biodiesel Mittelbach dan Remschmidt (2006). Kadar gliserol bebas dari hasil penelitian diperoleh 0.01 %-b. Hasil ini telah memenuhi Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006) yang mensyaratkan kadar gliserol bebas maksimum 0.02 %-b. Kandungan gliserol bebas tergantung dari proses produksi. Peningkatan kadar gliserol bebas disebabkan karena proses pencucian biodiesel yang belum cukup, dimana gliserol terpisah selama penyimpanan setelah metanol mengalami penguapan selama penyimpanan. meningkat

Selain itu juga kadar gliserol

karena terjadinya hidrolisis dari monogliserida, digliserida dan

trigliserida yang tersisa dalam biodiesel. Kadar gliserol bebas dan monogliserida dalam biodiesel akan menimbulkan korosif, menimbulkan pengendapan pada filter bahan bakar dan meningkatkan emisi (Mittelbach dan Remschmidt 2006). Gliserol Total Gliserol total adalah jumlah dari gliserol bebas dan gliserol terikat. Gliserol terikat merupakan gliserol yang terikat pada molekul mono-, di- dan trigliserida. Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006) mensyaratkan kandungan gliserol total dari biodiesel maksimum 0.24 %-b. Biodiesel hasil penelitian mempunyai kadar gliserol total sebesar 0.29 %-b , hal ini berarti belum memenuhi Standar Mutu Biodiesel Indonesia. Viskositas Kinematik pada 40oC Viskositas kinematik merupakan daya tahan (resistensi) untuk mengalir dari fluida di bawah gravitasi (Gerpen et al. 2004). Viskositas bahan bakar yang tinggi menyebabkan sistem injeksi dan pembakaran tidak berjalan sempurna serta

 

57   

menyebabkan

deposit

pada

mesin.

Standar

Mutu

Biodiesel

Indonesia

(SNI 04-7182-2006) mensyaratkan viskositas kinematik pada 40oC dari biodiesel sebesar 2.3–6 mm2/s (cSt). Biodiesel hasil penelitian mempunyai viskositas kinematik pada 40oC sebesar 5.85 mm2/s (cSt), hal ini berarti telah memenuhi Standar Mutu Biodiesel Indonesia.

Perbandingan Desain Esterifikasi menggunakan Katalis Zeolit Alam Teraktivasi dengan Katalis Asam Desain esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi dan katalis asam pada proses pembuatan biodiesel dapat dilihat pada Gambar 15–16. Reaktor

MeOH

Separasi HZ

Esterifikasi

HZ-CS

Separasi MeOH

Reaktor Transesterifikasi

HZ-CS

Recyle

metanol

Minyak

TG + FAME

Recover metanol

Gambar 15 Desain esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi pada proses pembuatan biodiesel secara dua tahap.

Reaktor

MeOH

Esterifikasi

H2SO4

Minyak

Separasi MeOH

Reaktor Transesterifikasi TG + FAME

metanol Recover metanol

Gambar 16 Desain esterifikasi menggunakan katalis homogen asam sulfat pada proses pembuatan biodiesel secara dua tahap.

Bahan baku

 

58   

Pemilihan jenis bahan baku minyak mempengaruhi teknologi produksi biodiesel. Untuk bahan baku minyak yang memiliki asam lemak bebas (FFA) dilakukan degumming sebelum reaksi esterifikasi. Proses degumming dilakukan bertujuan untuk menghilangkan gum dan fosfatida pada bahan baku minyak dengan menggunakan asam fosfat. Bahan baku minyak yang telah didegumming dipersyaratkan jika menggunakan kedua jenis katalis baik menggunakan zeolit teraktivasi maupun asam sulfat pada reaksi esterifikasi. Proses degumming berpengaruh terhadap karakteristik biodiesel. Sebelum reaksi esterifikasi, bahan baku minyak terlebih dahulu dipanaskan untuk mengeluarkan air dari minyak. Hal ini juga berlaku untuk kedua katalis. Alkohol Jenis alkohol yang biasanya digunakan untuk proses pembuatan biodiesel adalah metanol. Pemilihan metanol ini karena selain harga metanol absolutnya lebih murah juga lebih reaktif. Esterifikasi menggunakan katalis zeolit teraktivasi, metanol yang digunakan harus anhydrous karena kandungan air akan mempengaruhi aktifitas katalis. Rasio molar metanol dan minyak yang digunakan untuk reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam sulfat sebesar 225 % FFA bahan baku. Sedangkan untuk reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi 1 M HCl dan 10 % H2SO4 menggunakan rasio molar metanol dan minyak 23.41 : 1. Katalis Konsentrasi katalis zeolit alam teraktivasi yang digunakan pada reaksi esterifikasi sebesar 1.59 % sedangkan untuk katalis homogen asam (H2SO4 dan HCl) sebesar 5 %. Katalis heterogen zeolit alam teraktivasi mempunyai kelebihan dibandingkan dengan menggunakan katalis homogen asam yaitu tidak toksik sehingga lebih ramah lingkungan dan mudah disaring sehingga dapat digunakan kembali.

Dibandingkan

dengan

katalis

homogen

asam

yang

dapat

mengkontaminasi produk akhir biodiesel. Oleh sebab itu setelah reaksi esterifikasi dengan katalis homogen asam sebaiknya dilakukan proses pencucian untuk menghilangkan sisa katalis. Proses pencucian menyebabkan permasalahan limbah.

 

59   

Kondisi reaksi esterifikasi Reaksi esterifikasi menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi dilakukan pada suhu 60oC selama 170 menit sedangkan untuk katalis homogen basa dilakukan pada suhu 60oC selama 60 menit.

 

60   

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Hasil penelitian aktivasi zeolit alam Bayah menggunakan asam mempengaruhi karakteristik zeolit bayah yang terdiri dari komposisi silika (Si) dan aluminium (AL) serta rasio Si/Al. Kandungan aluminium pada semua sampel zeolit teraktivasi asam mengalami dealuminasi yang menyebabkan penurunan konsentrasi kandungan aluminium dari 1.91 % menurun menjadi sekitar 0.17–0.38 %. Penurunan kandungan asam dalam zeolit juga dialami oleh sampel zeolit teraktivasi kecuali pada sampel zeolit teraktivasi dengan asam sulfat (H2SO4) baik pada suhu ruang dan suhu tinggi serta pada perlakuan zeolit teraktivasi dengan asam klorida (HCl) dan amonium klorida (NH4Cl). Hasil penelitian pengaruh katalis zeolit terhadap konversi FFA pada reaksi esterifikasi diperoleh bahwa katalis jenis zeolit teraktivasi dengan asam dan kombinasinya

menunjukkan

adanya

peningkatan

konversi

FFA

sekitar

49.19 % - 62.94 % dibandingkan dengan katalis zeolit alam tidak diaktivasi yang hanya menghasilkan konversi FFA sebesar 47.07 %. Katalis zeolit teraktivasi dengan asam hanya mampu menurunkan kandungan FFA minyak sawit murni yang ditambahkan 50 % asam oleat dari 57.17 % menurun menjadi sekitar 30.25–21.18 %. Katalis zeolit teraktivasi dengan 1 M asam klorida (HCl) dan 10 % asam sulfat (H2SO4) pada suhu ruang menghasilkan konversi FFA tertinggi yaitu sebesar 62.94 % pada reaksi esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat Hasil penentuan kondisi optimal reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) menggunakan katalis zeolit teraktivasi asam klorida (HCl) dan asam Sulfat (H2SO4) pada suhu ruang menggunakan metode permukaan respon (RSM) dan central composite design (CCD). Hasil optimasi diperoleh solusi umum (global solution) yang menyarankan bahwa kondisi reaksi esterifikasi yang dilakukan pada konsentrasi katalis zeolit sebesar 1.59 % dengan rasio molar antara metanol dan crude palm oil (CPO) 23.41:1 selama 170 menit (2 jam 50 menit) akan

 

61   

memperoleh asam lemak bebas (FFA) minimal sebesar 1.21 % dengan nilai desirability (D) = 1. Hasil penelitian perbandingan antara jenis katalis zeolit alam teraktivasi, zeolit sintetik dan asam sulfat (H2SO4) pada reaksi esterifikasi menghasilkan konversi FFA yang tidak berbeda jauh. Katalis homogen asam sulfat (H2SO4) menghasilkan konversi FFA 70.32 %, sedangkan jenis katalis zeolit alam teraktivasi dan zeolit sintetik menghasilkan konversi FFA berturut–turut sekitar 64.23 % dan 65.10 %. Rendemen biodiesel yang diperoleh dari reaksi dua tahap transesterifikasiesterifikasi menghasilkan rendemen sebesar 71.97 %. Karakteritik biodiesel hasil penelitian memiliki bilangan asam sebesar 0.22 mg/KOH/g, kadar ester 99.27 %, kadar gliserol total 0.29 %-b, kadar gliserol bebas 0,01 %-b dan viskositas kinematik pada 40oC sebesar 5.85 mm2/s (cSt). Karakteristik biodiesel tersebut telah memenuhi Standar Mutu Biodiesel Indonesia (SNI 04-7182-2006) kecuali kadar gliserol total yang masih tinggi.

Saran 1. Untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan pengujian stabilitas katalis zeolit teraktivasi asam dengan menggunakan kembali (reuse) jenis katalis tersebut pada beberapa kali reaksi esterifikasi. 2. Perlu dilakukan pengujian tentang pengaruh konsentrasi asam lemak bebas (FFA) yang berbeda-beda pada bahan baku terhadap konversi FFA menggunakan zeolit teraktivasi asam pada reaksi esterifikasi.

 

62   

DAFTAR PUSTAKA Alam Syah AN. 2006. Biodiesel Jarak Pagar bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan. Jakarta : PT. Agromedia Pustaka . Anonim 2010. Pasca AC-FTA, ekspor CPO Indonesia deras.http://www.indonesianpalmoil.com. [ 25 Juni 2010]

makin

Augustine. 1996 Di dalam : Handoko DSP 2002. Pengaruh perlakuan asam, hidrotermal dan impregnasi logam kromium pada zeolit alam dalam preparasi katalis. J Ilmu Dasar, Vol.3 No.2 :103-109. Bell 2001. What are zeolites. http://www.bza.org/zeolites.html. [Desember 2009]. Canaki dan Gerpen. 2001 Di dalam : Widyawati Y. 2007. Disain proses dua tahap esterifikasi-transesterifikasi (estrans) pada pembuatan metil ester (biodiesel) dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas,L) [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Carmo CMJ, LKC de Souza, CEF da Costa, E Longo, JR Zamian dan GN da Rocha Filho. 2009. Production of biodiesel by esterification of palmitat acid mesoporous aluminosilicate Al-MCM-41. J Fuel 88 : 461-468. Carley KM, NY Kamneva dan J Reming. 2004 Respon Surface Methodology. http://www.casos.cs.cmv.edu. [20 mei 2010]. Chew TL 2009. Effect of catalyst additives on the production of biofuels from palm oil cracking. J Bioresource Technology 100 : 2540–2545 Chung KW, DR Chang dan BG Park. 2008. Removal of fatty acid in waste frying oil by esterification with methanol on zeolite catalysts. J Bioresource Technology 99 : 7438-7443. Chung KW dan BG Park. 2009. Esterification of oleic acid in soybean oil on zeolite catalysts with different acidity. J of Industrial and engineering Chemistry 15: 388-392. Clements dan Hanna. 1998. The effect of catalyst, free fatty acid and water on transesterification of beef tallaow. J American society of agricultural engineers. Vol 41(5):1261-1264 Csicsery. 1986. Catalysis by shape selective zeolites science and technology. J Pure and Appl. Chem Vol 58. No.6, pp.841-856.

 

63   

Dapaah JKA, L Andaluna, T Kobayashi, Y Uemichi dan M Sugioka. 1997. Enhancement of catalytic activity of natural zeolites by surface modification for 1-butene Isomerization. Mem. Muroran Inst. Tech, 47 : 89-95 [Deptan] Departemen Pertanian. 2010 . Basis Data Pertanian. www.deptan.go.id. [2 Juni 2010] [ESDM] Energi dan Sumber Daya Mineral. 2008. Key Indicator of Indonesia Energy and Mineral Resources. Jakarta : Data and Information Centre For Energy and Mineral Resources ESDM. Far RD. dan WE Farr. 2000. Introduction to Fats and Oils Technology Second Edition. RD O’Brien, editor. AOCS Press, Champaign, Illinois. Freedman B, EH Pryde dan da TL Mounts. 1984 Di dalam: Clements dan Hanna. 1998. The effect of catalyst, free fatty acid and water on transesterification of beef tallaow . J American society of agricultural engineers. Vol 41(5):12611264 Fogler 2006. Elements of Chemical Reaction Engineering fourth edition. United State of America: Pearson Education International.. Formo MW, E. Jungermann, FA. Norris dan NOV. Sonntag, 1979. Bailey’s Industrial Oil and Fats Product. Volume 1. Ed ke-4. D Swern, editor. New York : A Wiley Interscience Publication. Gasperz. 1995. Widyawati Y. 2007. Disain proses dua tahap esterifikasitransesterifikasi (estrans) pada pembuatan metil ester (biodiesel) dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas,L) [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Gerpen JV, B Shanks, R Pruszko, D Clements dan G Knothe. 2004. Biodiesel Production Technology. United State of America: National Renewable Energi Laboratory. Haas MJ, AJ McAloon, WC Yee, TA Foglia. 2006. Di dalam : Yan S, SO Salley, dan KY Simon Ng. 2009. Simultaneous transesterification and esterification of unrefined or waste oils over ZnO-La2O3. J Applied Catalysis 353:203-212. Haerudin H, IGBN Makertiharta dan Subagjo. 2007. Platform Riset Konstruksi Katalis Produksi Komoditi Turunan Minyak Bumi. Jakarta : LIPI Hambali E, S Mujdalipah, AH Tambunan, AW Pattiwiri dan R. Hendroko. 2008. Teknologi bioenergi. Cetakan kedua. Agromedia Pustaka, Jakarta.

 

64   

Hamdan 1992. Di dalam : Handoko DSP. 2002. Preparasi katalis cr/zeolit melalui modifikasi zeolit alam. J Ilmu Dasar, Vol.3 No.1:15-23 Handoko DSP. 2002. Preparasi katalis cr/zeolit melalui modifikasi zeolit alam. J Ilmu Dasar, Vol.3 No.1:15-23 Handoko DSP. 2003. Aktivitas katalis Cr/zeolit dalam reaksi konversi katalitik fenol dan metal isobutyl keton. J Ilmu Dasar, Vol.4 No.2:70-76 Hui YH. 1996. Baileys’s Industrial Oil and Fat Products: Edible Oil and Fat Products Processing Technology. Vol.2. New York : John Wiley and Sons, Inc. Idris F. 2006. Pengembangan industri biodiesel di Indonesia. Di dalam : Prosiding Simposium Biodiesel Indonesia 5-6 september 2006 hlm 35-45. Jakarta. Jumari A, A Purwanto, S Distantina. 2009. Sintesis katalis heterogen nanokomposit untuk trans-esterifikasi : kajian eksperimental. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia. Bandung. 19 – 20 Oktober 2009. Kamarudina KSN, H Mata dan H Hamdan. 2003. Structural synthesis and modification of zeolite as methane adsorbent. Universitas Teknologi Malaysia. Knothe G, JV Gerpen and J. Krahl. 2005. The Biodiesel Handbook. United States of America: AOCS Press. Lawson H. 1995. Food Oils and Fats (Technology, Utilization, and Nutrition). ITP An International Thomson Publishing Company. Las T. 2010. Potensi zeolit untuk mengolah limbah industri dan radioaktif. http://www.Batan.go.id. [Juni 2010]. Lim HN, MA Yarmo, NM Huang, PS Khiew dan WS Chiu. 2009. Sythesis characterization and catalytic performance of porous nafion resin/silica nanocomposites for esterification of lauric acid and methanol. J of Physical Science Vol 20 (2) : 23 – 36. Liu CH, W Kai Pang, W Kwang Huang. 2006. Di dalam ; Widarta AWR. 2008. Kendali proses deasidifikasi dalam pemurnian minyak sawit merah skala pilot plant [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor.

 

65   

Macleod CS, Harvey AP, AP Lee, Wilson dan Karen. 2008. Di dalam : TK Varathachary, DK Selvaraj, V Ponnusamy, S Subramanian. 2010. Removal of free fatty acid in Azadirachata Indica (Neem) seed oil using phosphoric acid modified modernite for biodiesel production. J Biosource Technology Doi : 10.1016/j.bortech.2010.02.092. Marchetti JM, VU Miguel dan AF. Errazu. 2007. Heteregeneous esterification of oil with high amount of free fatty acids. J Fuel 86 : 906 – 910. Marchetti JM dan AF. Errazu. 2008a. Comparison of different heteregeneous catalysts and different alcohols for the esterification reaction of oleic acid. J Fuel 87 : 3477 – 3480. Marchetti JM dan AF. Errazu. 200b. Esterification of free acids using sulfuric acid as catalyst in the presence of triglycerides. J Biomass an Bioenergy 32 : 892– 895. Mittelbach M dan C Remschmidt. 2006. Biodiesel The Comprehensive Handbook. Ed ke-3. Austria : Martin Mittelbach Publisher. Am Blumenhang. [MTDC] Mineral Technology Development Center. 1993. Report of International Research and Development Cooperation Itit Project No. 89-1-2. Study on Utilization of Natural Zeolit Indonesia-Jepang. Oudujans. 1984 Di dalam : Handoko DS. 2003. Aktivitas katalis cr/zeolit dalam rekasi konversi katalitik fenol dan metil isobutil keton. J Ilmu Dasar Vol.4 No.2.2003 : 70:76 Ozgul dan Turkey. 2002 Di dalam : Widyawati Y. 2007. Disain proses dua tahap esterifikasi-transesterifikasi (estrans) pada pembuatan metil ester (biodiesel) dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas,L) [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Ozbay N, N Oktar dan NA Tapan. 2008. Esterification of Free Fatty acid in Waste Cooking Oils (WCO) : Role of Ion-Exchange Resins. J Fuel 87: 1789 – 1798. Pandiangan et al. 2008. Karakteristik keasaman katalis berbasis silika sekam padi yang diperoleh dengan teknik sol-gel. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional Nasional Sains dan Teknologi-II, Universitas Lampung, 17-18 November 2008. Lampung.

 

66   

Park JY, ZM Wang, DK Kim dan JS Lee. 2010. Effects of water on the esterification of free fatty acids by acid catalysts. J Renewable Energy 35:614-618 Patel JK, NM Patel dan R Shiyai.2001. Di dalam : Widarta AWR. 2008. Kendali proses deasidifikasi dalam pemurnian minyak sawit merah skala pilot plant [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Polat EMK, H Demir dan AN Onus. 2004. Use of natural zeolite (clinoptilolite) in Agriculture. J of Fruit and Ornamental Plant Research vol 12. Prakoso T, Rasidi dan U Khair. 2009. Kinetics of free fatty acid esterification containing in crude palm oil. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia-SNTKI 2009. Bandung. 19 – 20 Oktober 2009. Rosita N, Tristiana EM, dan Moegihardjo. 2004. Pengaruh perbedaan metode aktivasi terhadap efektivitas zeolit sebagai adsorben. Majalah Farmasi Airlangga Vol 4 no. 1 Sahidi F. 2005. Baileys’s Industrial Oil and Fat Products: Edible Oil and Fat Products Processing Technology. Volume ke-2 Ed ke-7. New York : John Wiley and Sons, Inc. Saputra R. 2006. Pemanfaatan Zeolit Sintesis Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Industri.www.Google.com. [Desember 2008]. SathyaSelvabala V, TK Varathachary, DK Selvaraj, V Ponnusamy dan S Subramanian. 2010. Removal of free fatty acid in Azadirachata Indica (Neem) seed oil using phosphoric acid modified modernite for biodiesel production. J Biosource Technology Doi : 10.1016/j.bortech.2010.02.092 Setiadi dan RM Fitria. 2006. Proses Katalitik Sintesis Hidrokarbon Fraksi Bensin dari Minyak Sawit Menggunakan Katalis B2O3/Zeolit. Di dalam : Prosiding Seminar Nasional MKICS Universitas Indonesia, 26-27 Juni 2006. Smith. 1992. Di dalam : Handoko DSP. 2002. Preparasi katalis cr/zeolit melalui modifikasi zeolit alam. J Ilmu Dasar, Vol.3 No.1:15-23 Suppes GJ, MA Dasari, EJ Doskocil, PJ Mankidy dan MJ Goff. 2004. Transesterification of soybean oil with zeolite and metal catalysts. J Applied Catalysis A. General 257 : 213-223 Tamunaidu, 2006 Di dalam : Chew T.L 2009. Effect of catalyst additives on the production of biofuels from palm oil cracking. J Bioresource Technology 100 : 2540–2545

 

67   

Twaiq FAA, AR Mohamad, S Bhatia. 2004 Di dalam : Chew TL 2009. Effect of catalyst additives on the production of biofuels from palm oil cracking. J Bioresource Technology 100 : 2540–2545 Ulfah EM, FA. Yasnur dan Istadi. 2006. Optimasi pembuatan katalis zeolit x dari tawas, naoh dan water glass dengan respon surface methodology. Buletin of Chemical Reaction Engineering and Catalysis 1(3) : 26-32. Widarta AWR. 2008. Kendali proses deasidifikasi dalam pemurnian minyak sawit merah skala pilot plant [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Widyawati Y. 2007. Disain proses dua tahap esterifikasi-transesterifikasi (estrans) pada pembuatan metil ester (biodiesel) dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas,L) [Tesis]. Bogor : Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Weiss TJ. 1983. Food Oils and Their Uses . Ed ke-2. Avi Publishing company.Inc. Westport, Connecticut. Xie WX, Huang dan H. Li. 2007. Soybean oil methyl esters preparation using NaX zeolites loaded with KOH as a heterogeneous catalyst. J Bioresource technology 98 : 936-939. Yan S, SO Salley, dan KY Simon Ng. 2009. Simultaneous transesterification and esterification of unrefined or waste oils over ZnO-La2O3. J Applied Catalysis 353:203-212.

 

68   

LAMPIRAN

 

69   

Lampiran 1. Pengujian karakteristik zeolit Penentuan tingkat keasamaan zeolit Keasaman zeolit ditentukan secara Gravimetri dengan metode adsorpsi desorpsi amoniak (Pandiangan 2008). Prosedur analisanya dapat dilihat pada Diagram alir berikut. Zeolit dipanaskan pada suhu : 110oC selama 2 jam Zeolit ditimbang sebanyak 0.2 g dalam cawan porselin yg telah dikeringkan dan ditimbang sebelumnya

Zeolit dimasukkan dalam deskitor yang sebelumnya sudah dijenuhkan dengan amoniak Desikator ditutup selama 24 jam agar sampel zeolit dapat kontak dengan amoniak Sampel dikeluarkan dan ditempat terbuka selama 2 jam

dibiarkan

Penimbangan sampel zeolit Jumlah asam zeolit dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : 3 2

1 1

Dimana W1 adalah berat wadah kosong, W2 berat wadah dan cuplikan, W3 berat wadah dan cuplikan yang telah mengadsorpsi amonia dan BM adalah berat molekul amonia

 

70   

Lampiran 2. Penentuan bilangan asam dan FFA minyak (SNI 01-3555-1998) serta karakteristik awal minyak goreng

Prosedur penentuan bilangan asam dan FFA minyak meliputi : Sebanyak 2 g contoh minyak ditimbang dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 50 ml alkohol 95% netral. 3–5 tetes indikator phenolphthalein (PP) ditambahkan pada larutan dan ditirasi dengan 0.1 N KOH standar. Akhir titrasi tercapai jika terbentuk warna merah muda yang tidak hilang selama 0.5 menit. Penentuan bilangan asam dilakukan secara duplo. Bilangan asam dan kadar asam lemak bebas dalam contoh dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Bilangan asam

ml KOH x N KOH x 56,2 m

ml KOH x N KOH x BM minyak m x 10

% FFA Dimana :

V KOH = Volume larutan KOH dalam alkohol yang dibutuhkan pada titrasi (ml) N KOH = Normalitas eksak larutan KOH dalam alkohol m

= berat contoh contoh minyak (g)

M

= Bobot molekul minyak

Kakteristik minyak goreng murni yang digunakan Karakteristik

Nilai

FFA

Maks 0.1 %

Kadar air

Maks 0.1 %

Bilangan iod

Min. 57.5

Sumber : Bimoli (2008)

 

71   

Lampiran 3. Prosedur pengujian karakteristik biodiesel

Uji standar untuk bilangan asam (FBI-A01-03) Prosedur analisis bilangan asam biodiesel meliputi : 1. Sebanyak 19–21±0.05 g contoh biodiesel ester alkil ditimbang dan dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer 250 ml. 2. 100 ml campuran pelarut yang telah dinetralkan ditambahkan ke dalam labu erlenmeyer tersebut. 3. Dalam keadaan teraduk kuat, larutan isi labu erlenmeyer dititrasi dengan larutan KOH dalam alkohol sampai kembali berwarna merah jambu dengan intensitas yang sama seperti pada campuran pelarut yang telah dinetralkan di atas. Warna merah jambu ini harus bertahan paling sedikitnya 15 detik. volume titran yang dibutuhkan (V ml) dicatat. Perhitungan nilai bilangan asam menggunakan rumus sebagai berikut : Angka asam Aa

56.1 x V x N mg KOH/g biodiesel m

dengan : V = volume larutan KOH dalam alkohol yang dibutuhkan pada titrasi (ml). N = normalitas eksak larutan KOH dalam alkohol. m = berat contoh biodiesel ester alkil (g). Nilai bilangan asam yang dilaporkan dibulatkan sampai dua desimal (dua angka di belakang koma).

 

72   

Lanjutan Lampiran 3. Prosedur pengujian karakteristik biodiesel

Uji kadar gliserol total, bebas dan terikat di dalam biodiesel (FBI-A02-03) Prosedur analisa kadar gliserol total terdiri dari : 1. Sebanyak 9.9–10.1±0.01 g contoh biodiesel ester alkil ditimbang dan dimasukkan ke dalam sebuah labu erlenmeyer. 2. 100 ml larutan KOH alkoholik ditambahkan ke dalam erlenmeyer, kemudian disambungkan dengan kondensor berpendingin udara dan isi labu dididihkan. secara perlahan selama 30 menit untuk mensaponifikasi ester-ester. 3. Sebanyak 91–0.2 ml kloroform ditambahkan dari buret ke dalam labu takar 1 L. Kemudian ditambahkan 25 ml asam asetat glacial dengan menggunakan gelas ukur. 4. Labu saponifikasi disingkirkan dari plat pemanas atau bak kukus, selanjutnya dinding dalam kondensor dibilas dengan sedikit aquades. Kondensor dilepaskan dan isi labu saponifikasi dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu takar pada no. 3 dengan menggunakan 500 ml aquades sebagai pembilas. 5. Labu takar ditutup rapat dan dikocok isinya kuat selama 30 – 60 detik. 6. Kemudian ditambahkan akuades sampai ke garis batas takar, ditutup dan dicampurkan dengan membolak-balikkan labu takar tersebut. Setelah tercampur dengan baik, dibiarkan tenang sampai lapisan khloroform dan lapisan akuatik memisah sempurna. 7. Larutan asam periodat dipipet masing-masing 6 ml ke dalam 2 atau 3 gelas piala 400–500 ml dan disiapkan dua blanko dengan mengisi masing-masing 50 ml akuades sebagai pengganti larutan asam periodat. 8. 100 ml lapisan akuatik yang diperoleh dalam langkah no.6 dipipet ke dalam gelas piala berisi larutan asam periodat dan kemudian dikocok perlahan supaya isinya tercampur baik. Sesudahnya, gelas piala ditutup dengan kaca arloji/masir dan biarkan selama 30 menit.

 

73   

Lanjutan Lampiran 3. Prosedur pengujian karakteristik biodiesel 9. Kemudian sebanyak 3 ml larutan KI ditambahkan ke dalam gelas piala yang berisi larutan periodat, dikocok secara perlahan dan kemudian dibiarkan selama sekitar 1 menit (tetapi tidak lebih dari 5 menit) sebelum dititrasi. 10. Isi gelas piala dititrasi dengan larutan natrium tiosulfat yang sudah distandarkan. Titrasi diteruskan sampai warna coklat iodium hampir hilang. Setelah ini tercapai, 2 ml larutan indikator pati ditambahkan dan diteruskan titrasi sampai warna biru kompleks iodium-pati persis sirna. 11. Buret titran dibaca sampai ketelitian 0.01 ml. 12. Langkah no. 8 s/d 11 diulangi untuk mendapatkan data duplo. 13. Analisis blanko dilakukan dengan menerapkan langkah 9 s/d 11 pada dua gelas piala berisi larutan blanko (yaitu akuades) tersebut pada no. 7. Gliserol Total (Gttl %-b) dihitung dengan rumus : Gttl (% berat) = 2.302 (B - C) N W Dimana : C = Volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi (ml) B = Volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi blanko (ml) N = Normalitas eksak larutan natrium tiosulfat Prosedur analisis gliserol bebas Contoh biodiesel alkil ditimbang dalam sebuah botol sebanyak 9.9–10.1 g. Selanjutnya contoh ini dibilas ke dalam labu takar 1 liter dengan menggunakan 91 ml kloroform yang diukur dengan buret. Sebanyak 500 ml akuades ditambahkan ke dalam labu, dan dikocok selama 30-60 detik dalam keadaan tertutup. Akuades ditambahkan sampai ke garis batas takar, kemudian dicampur dan dibiarkan tenang sampai lapisan kloroform dan lapisan akuatik memisah sempurna.

 

74   

Lanjutan Lampiran 3. Prosedur pengujian karakteristik biodiesel

Larutan asam periodat dipipet masing-masing 2 ml ke dalam 2 gelas piala 500 ml dan disiapkan dua blanko masin-masing 100 ml akuades (sebagai pengganti larutan asam periodat). 300 ml lapisan akuatik dipipet ke dalam gelas piala berisi larutan asam periodat dan dikocok sehingga tercampur dengan baik serta didiamkan selama 30 menit. Larutan KI ditambahkan sebanyak 2 ml, dikocok secara perlahan dan didiamkan sekitar 1 menit. Isi dari gelas piala ditirasi dengan natrium tiosulfat. Kadar gliserol bebas (Gbbs, %-b) dapat dihitung dengan rumus gliserol total tetapi menggunakan nilai-nilai yang diperoleh pada pelaksanaan analisis kadar gliserol bebas. Kadar (Gikt, %-b) adalah selisih antara gliserol total dengan kadar gliserol bebas : Gikt = Gttl – Gbbs. Uji standar bilangan penyabunan dan kadar ester alkil metil ester (FBI A03-03) Prosedur analisis bilangan penyabunan adalah sebagai berikut : 1.

Sebanyak 4–5 ± 0.005 g contoh biodiesel ester alkil ditimbang dan dimasukkan ke dalam sebuah labu erlenmeyer 250 ml. kemudian ditambahkan 50 ml larutan KOH alkoholik dengan pipet yang dibiarkan terkosongkan secara alami.

2.

Analisis blanko dilakukan secara serempak dengan analisis contoh biodiesel dengan prosedur analisis yang sama tetapi tidak mengikut-sertakan contoh biodiesel.

3.

Labu erlenmeyer disambungkan dengan kondensor berpendingin udara dan dididihkan perlahan sampai contoh tersabunkan sempurna. Ini biasanya membutuhkan waktu 1 jam sampai larutan yang diperoleh berwarna jernih dan bening.

4.

Setelah labu dan kondensor cukup dingin (tetapi belum terlalu dingin hingga membentuk jeli), dinding-dalam kondensor dbilas dengan sejumlah kecil akuades.

 

75   

Lanjutan Lampiran 3. Prosedur pengujian karakteristik biodiesel

5.

Kondensor dilepaskan dari labu, ditambahkan 1 ml larutan indikator fenolftalein ke dalam labu, dan dititrasi isi labu dengan HCl 0.5 N sampai warna merah jambu sirna. volume asam khlorida 0.5 N yang dihabiskan dalam titrasi dicatat.

Perhitungan Angka penyabunan

56.1 B C x N mg KOH/g biodiesel m

Dimana : B = volume HCl 0,5 N yang dihabiskan pada titrasi blanko, ml. C = volume HCl 0,5 N yang dihabiskan pada titrasi contoh, ml. N = normalitas eksak larutan HCl 0,5 N. m = berat contoh biodiesel ester alkil, g. Nilai angka penyabunan yang dibulatkan sampai dua desimal (dua angka di belakang koma). Kadar ester biodiesel ester alkil selanjutnya dapat dihitung dengan rumus berikut : Kadar ester % b

100

4.57

Dimana : As = angka penyabunan yang diperoleh di atas, mg KOH/g biodiesel. Aa = angka asam (prosedur FBI-A01-03), mg KOH/g biodiesel. Gttl = kadar gliserin total dalam biodiesel (prosedur FBI-A02-03), %-b. Kadar ester dapat juga dihitung sebagai selisih antara bilangan penyabunan dan bilangan asam.

 

76   

Lampiran 4. Spektrum FTIR dari zeolit alam (NZ)

76   

1   

Lampiran 5. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi 1 M asam sulfat (H2SO4) (sampel HZ-S) pada suhu ruang

 

1   

Lampiran 6. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi 1 M asam klorida (HCl) (sampel HZ-C) pada suhu ruang

 

1   

Lampiran 7. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi 1 M asam klorida (HCl) dan 10 % asam sulfat (H2SO4) (sampel HZ-CS) pada suhu ruang

 

1   

Lampiran 8. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida (HCl) dan amonium klorida (NH4CL) (sampel HZ-CN) pada suhu ruang

 

1   

Lampiran 9. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat (H2SO4) (sampel HZ-15S) pada suhu 100oC

 

1   

Lampiran 10. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam sulfat (H2SO4) (sampel HZ-S (100)) pada suhu 100oC

 

1   

Lampiran 11. Spektrum FTIR dari zeolit alam teraktivasi asam klorida (sampel HZ-C (100)) pada suhu 100oC

 

1   

Lampiran 12. Hasil pengukuran keasaman zeolit Perlakuan

Ulangan

Jumlah asam (mmol/gr)

A 

1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata- rata 1 2 3 Rata- rata 1 2 3 Rata- rata 1 2 3 Rata- rata 1 2 3 Rata- rata 1 2 3 Rata- rata

1.8115 1.3992 1.7285 1.6464 2.2603 1.9386 1.8207 2.0065 1.2557 1.5076 1.7880 1.5171 1.3261 1.3918 0.9459 1.2212 3.9111 3.8692 4.2212 4.0005 1.0924 0.8106 0.8635 0.9222 1.7468 1.5618 1.8906 1.7331 1.1880 1.2577 1.1800 1.2086

NZ

B HZ-S

C HZ-C

D HZ - CS

E HZ-CN

F HZ-15S(100)

G HZ-S(100)

H HZ-C(100)

 

1   

Lampiran 13. Komposisi Si dan Al zeolit alam

Komposisi Al2O3 (%) 3.60

Kandungan silikat kasar (%) 78.31

Kadar air (%)

HZ – S

0.46

91.51

3.52

HZ – C

0.65

89.93

3.13

HZ – CS

0.53

89.92

2.92

HZ – CN

0.72

90.90

3.80

HZ–15S(100)

0.32

95.71

0.99

HZ – S (100)

0.43

92.21

4.01

HZ– C (100)

0.48

89.19

3.72

Perlakuan NZ

4.91

 

1   

Lampiran 14. Perhitungan persentase rasio Si/Al zeolit Rumus kimia oksida zeolit Bayah Na0,15 K1,44 Ca2,04 Mg0,70 Mn0,02 Fe0,44 {(AlO2)6,76 (SiO2)}29,32 6,57 H2O

Perlakuan

Al203 (%)

silikat Ar kasar Na (%)

Ar k

Ar Ca

Ar Mg

Ar Mn

Ar Fe

Ar Si

Ar Al

Ar O

Ar H

Mr zeolit Bayah

% Si

%Al

Si/Al

A. NZ

3.6

78.31

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

4.69

1.91

2.46

B. HZ - C

0.46

91.51

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.48

0.24

22.49

C. HZ - S

0.65

89.93

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.38

0.34

15.64

D. HZ - CS

0.53

89.92

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.38

0.28

19.18

E. HZ - CN

0.72

90.9

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.44

0.38

14.27

F. HZ - 15S(100)

0.32

95.71

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.73

0.17

33.81

G. HZ - S (100)

0.43

92.21

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.52

0.23

24.24

H. HZ - C (100)

0.48

89.19

23

39.1

40.0

24.3

55.0

55.8

28.1

27

16

1

13,758

5.34

0.25

21.01

 

1   

Lanjutan Lampiran 14. Perhitungan persentase rasio Si/Al zeolit

Contoh perhitungan kandungan % Silika (Si) dan % Aluminum (Al) serta Rasio Si/Al yang terkandung pada sampel zeolit. Perhitungan kandungan % Silika (Si) dalam zeolit alam Bayah sebelum diaktivasi Jlh atom Si dalam zeolit Bayah x Ar Si x Jlh silikat kasar dalam zeolit Mr zeolit Bayah

% Si

% Si

29,32 x 28,1 x 78.31 % 13.758

% Si = 4.69 % Perhitungan kandungan %

Aluminium (Al)

dalam zeolit alam Bayah sebelum

diaktivasi % Al

Jumlah atom Al dalam zeolit Bayah x Ar Al x Jumlah Al Mr Al2O3

% Al

2 x 27 x 3.6 % 102

% Al = 1.91 % Perhitungan rasio Si dan Al dalam kerangka zeolit Si Al

% Si % Al

4,69 1,91

Si/Al = 2,46

 

1   

Lampiran 15. Perhitungan bilangan asam dan FFA dari bahan baku esterifikasi

No Perlakuan 1

2

Bahan Baku (50% MG + 50% Oleat) Asam oleat

Bilangan Asam mg KOH/g 1 2 102.3 124.76

205.2 201.94

Rata-rata

FFA

Rata-rata

Aa

(%)

113.51

1 51.49

2 62.82

FFA (%) 57.15

203.55

103.30 101.67

102.49

 

1   

Lampiran 16. Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat menggunakan katalis zeolit

Perlakuan NZ

HZ – S

HZ – C

HZ – CS

HZ – CN

Ulangan 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata

Bilangan asam mg KOH/g 1 2 56.37 56.32 70.22 70.12 52.94 54.48 56.35 50.72 56.92

56.14 51.26 56.01

44.81 42.29 43.66

44.54 41.82 43.63

42.11 43.70 40.28

42.49 43.45 40.39

63.67 51.10 49.72

63.35 50.91 47.06

Rata bilangan asam mg KOH/g 56.343 70.169 53.711 60.074 56.24 50.99 56.47 54.57 44.67 42.05 43.65 43.46 42.30 43.58 40.34

FFA (%) 1 2 28.382 28.38 35.357 35.36 26.654 26.65 28.37 25.54 28.66

28.26 25.81 28.20

22.56 21.29 21.99

22.42 21.05 21.97

21.20 22.00 20.28

21.20 22.00 20.28

32.06 25.73 25.04

31.90 25.63 23.69

42.07

63.51 51.01 48.39 54.30

Rata-rata FFA (%) 28.38 35.36 26.65 30.13 28.32 25.67 28.43 27.47 22.49 21.17 21.98 21.88 21.20 22.00 20.28

Konversi FFA (%) 50.36 38.18 52.68 47.08 50.45 55.08 50.25 51.93 60.65 62.95 61.55 61.72 62.74 61.61 64.46

21.16

62.94

31.98 25.68 24.37 27.34

44.05 55.07 57.37 52.16

 

1   

Lanjutan Lampiran 16. Perhitungan bilangan asam, FFA dan konversi FFA hasil esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat menggunakan katalis zeolit

Perlakuan HZ–15S(100)

HZ– C (100)

HZ – S (100)

Ulangan 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata 1 2 3 Rata-rata

Bilangan asam mg KOH/g 1 2 44.51 45.45 54.82 55.91 67.71 68.60 45.39 54.3 49.83

44.967 54.282 49.134

61.04 57.34 54.47

61.482 58.429 53.256

Rata bilangan asam mg KOH/g 44.98 55.36 68.15 56.17 45.18 54.29 49.48 49.65 61.26 57.88 53.86 57.67

FFA (%) 1 2 22.41 22.89 27.60 28.15 34.09 34.54 22.85 27.33 25.09

22.85 27.34 25.09

30.73 28.87 27.42

30.73 28.87 27.42

Rata-rata FFA (%) 22.65 27.88 34.32 28.28 22.85 27.34 25.09 25.09 30.73 28.87 27.42 29.01

Konversi FFA (%) 60.37 51.23 39.96 50.52 60.20 52.17 56.41 56.26 46.03 49.01 52.55 49.19

 

1   

Lampiran 17. Analisis ragam pengaruh jenis aktivasi zeolit pada reaksi esterifikasi campuran minyak sawit murni dan asam oleat

Data yang diperoleh untuk melihat pengaruh jenis aktivasi zeolit pada reaksi esterifikasi dan menentukan jenis zeolit terbaik sebagai katalis dianalisis menggunakan program Microsoft Office Excel 2007 dan program SPSS 16 Tabel ANOVA Sumber keragaman

db

Perlakuan Galat Total

7 16 23

Jumlah kuadrat 706.07 507.13 1,213.21

Kuadrat tengah 100.87 31.70

F hit

F tab.(5%)

3.18

2.657

Hasil Penelitian pengaruh jenis katalis zeolit terhadap konversi FFA dapat disimpulkan bahwa F hitung untuk perlakuan jenis katalis adalah 3.18 dan F tabel pada α = 5 % adalah 2.657. Artinya ada perbedaan cukup signifikan antar perlakuan jenis katalis zeolit terhadap konversi FFA yang dihasilkan pada reaksi esterifikasi. Uji lanjut Duncan Jenis katalis

N 1

8 6 1 4 5 7 2 3 Sig.

3 3 3 3 3 3 3 3

Subset for alpha = .05 2 3 1 49.1933 50.5167 51.9267 51.9267 52.1600 52.1600 54.4200 54.4200 54.4200 56.2567 56.2567 56.2567 61.7167 61.7167 62.9367 .159 .054 .084

Hasil uji lanjut Duncan diperoleh bahwa pada sampel zeolit teraktivasi 1 M HCl dan 10 % H2SO4 pada suhu ruang (jenis katalis 3) merupakan jenis katalis zeolit terbaik pada reaksi esterifikasi.

 

1   

Lampiran 18.

Rancangan percobaan dengan respon kandungan asam lemak bebas (FFA) akibat pengaruh konsentrasi katalis (C), konsentrasi metanol (M) dan waktu reaksi (t)

Run

Variabel Kode

Konversi FFA

Variabel Asli

C (X1)

M (X2)

t (X3)

C

M

t

1

-1.000

-1.000

-1.000

5.00

10.00

90.00

4.29

2

1.000

-1.000

-1.000

15.00

10.00

90.00

4.09

3

-1.000

1.000

-1.000

5.00

20.00

90.00

3.00

4

1.000

1.000

-1.000

15.00

20.00

90.00

2.94

5

-1.000

-1.000

1.000

5.00

10.00

150.00

4.99

6

1.000

-1.000

1.000

15.00

10.00

150.00

5.16

7

-1.000

1.000

1.000

5.00

20.00

150.00

2.83

8

1.000

1.000

1.000

15.00

20.00

150.00

2.80

9

-1.682

0.000

0.000

1.59

15.00

120.00

3.42

10

1.682

0.000

0.000

18.41

15.00

120.00

3.39

11

0.000

-1.682

0.000

10.00

6.59

120.00

6.00

12

0.000

1.682

0.000

10.00

23.41

120.00

2.69

13

0.000

0.000

-1.682

10.00

15.00

69.54

3.76

14

0.000

0.000

1.682

10.00

15.00

170.46

3.48

15

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

4.46

16

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

3.84

17

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

4.01

18

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

4.18

19

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

3.70

20

0.000

0.000

0.000

10.00

15.00

120.00

3.45

 

1   

Lampiran 19. Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap kandungan FFA menggunakan respon surface method (RSM) Analisis respon surface method (RSM) Menggunakan program Software Minitab 16 disajikan pada tabel berikut. Estimasi koefisien regresi untuk asam lemak bebasi (FFA) Model

Koefisien

SE Koefisien

T

P

Konstan

3.93868

0.12427

31.696

0.000

C

-0.01172

0.08245

-0.142

0.890

M

- 0.91632

0.08245

-11.114

0.000

T

- 0.07202

0.08245

0.874

0.403

CxC

-0.19175

0.08026

-2.389

0.038

MxM

0.14028

0.08026

1.748

0.111

txt

-0.11740

0.08026

-1.463

0.174

CxM

-0.00736

0.10772

-0.068

0.947

Cxt

0.04911

0.10772

0.456

0.658

Mxt

-0.25940

0.10772

-2.408

0.037

R2 = 93.42 % ; R2 (pred) = 77.60 %; R2 (adj) = 87.50 %

 

1   

Lanjutan Lampiran 19. Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap FFA menggunakan respon surface method (RSM) Tabel ANOVA Sumber

Jumlah kuadrat (JK) 13.1833

Kuadrat tengah (KT) 1.4648

F-hitung

P

Regresi

Derajat bebas (db) 9

15.78

0.0400

Linear

3

11.5395

3.8465

41.43

0.000

C

1

0.0019

0.0019

0.02

0.890

M

1

11.4668

11.4668

123.52

0.000

T

1

0.0708

0.0708

0.76

0.403

3

1.0858

0.3619

3.90

0.044

1

0.5299

0.5299

5.71

0.038

MM

1

0.2836

0.2836

3.05

0.111

t*t

1

0.1986

0.1986

2.14

0.174

Interaksi

3

0.5580

0.1860

2.00

0.177

CxM

1

0.0004

0.0004

0.00

0.947

Cxt

1

0.0193

0.0193

0.21

0.658

Mxt

1

0.5383

0.5383

5.80

0.037

Residual error

10

0.9283

0.0928

Lack-of-Fit

5

0.2927

0.0585

0.46

0.793

Pure Error

5

0.6356

0.1271

Total

19

14.1117

Kuadrat *

CC *

Untuk memeriksa signifikansi model dapat dilihat pada tabel ANOVA. Hasil ANOVA untuk model menunjukkan bahwa model linear (p-value = 0.000) dan model kuadratik (p-value = 0.044) signifikan karena p value keduanya kurang dari α = 0.05. Sebaliknya, model non linear yang mengikutsertakan inetraksi antar faktor tidak signifikan. Artinya, model yang tepat untuk kasus adalah model kuadratik. Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap bilangan asam menggunakan respon surface method (RSM) di atas juga menunjukkan

 

1   

Lanjutan Lampiran 19. Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap FFA menggunakan respon surface method (RSM)

pula hasil uji lack of fit yang dapat digunakan untuk menguji kecukupan model. Uji lack of fit ditunjukkan pada Tabel ANOVA

Hipotesis Hipotesisnya adalah : H0 : Tidak ada lack of fit H1 : ada lack of fit Hipotesis awal menyatakan menyatakan tidak ada lack of fit berarti model yang dibuat telah sesuai dengan, sedangkan hipotesis alternatif (H1) berarti model yang telah dibuat belum mewakili data

Daerah Penolakan Hipotesis awal (H0) akan ditolak bila p-value kurang dari α Sebaliknya, Hipotesis awal akan gagal tolak apabila p-value melebihi data.

Interpretasi Hasil Uji Lack of Fit pada Analisis Response Surface Menurut Box et al. (1978) dan Gasperz (1995) diaju dalam Widyawati (2007) syarat model yang baik mempunyai hasil uji penyimpangan model yang bersifat tidak nyata (α > 0.05). Tabel ANOVA menunjukkan p-value hasil uji lack of fit bernilai 0.793. Jika menggunakan α sebesar 5 %, maka keputusannya adalah menolak hipotesis awal yang mengatakan tidak ada lack of fit . Artinya, model yang telah dibuat sesuai dengan data. Estimasi Koefisien regresi untuk bilangan asam menunjukkan hasil taksiran parameter model, yaitu : Y (% FFA) = 3.93868 - 0.0117183 x C - 0.916316 x M + 0.0720202 x t 0.191747 x C2 + 0.140275 x M2 - 0.117397 x t2 - 0.00736062 x C x M + 0.0491130 x C x t - 0.259399 x M x t R – Kuadrat = 93,42 %

 

1   

Lanjutan Lampiran 19. Hasil analisa optimasi kondisi reaksi esterifikasi crude palm oil (CPO) terhadap FFA menggunakan respon surface method (RSM) Hasil prediksi kondisi reaksi esterifikasi optimal yang menghasilkan asam lemak bebas (FFA) minimal disajikan pada Gambar berikut. Parameters Goal Minimum

FFA

Lower 2

Target 2

Upper 6

Weight 1

Import 1

Global Solution C M t

= = =

1.59104 23.4090 170.454

Predicted Responses FFA

=

1.20904

,

desirability =

1.000000

Composite Desirability = 1.000000

Prediksi solusi umum (Global Solution) diperoleh bahwa pada konsentrasi katalis zeolit sebesar 1.59104 %, konsentrasi metanol dan minyak 23,4090 : 1 dengan lama reaksi 170.454 menit diprediksikan menghasilkan asam lemak bebas minimal sebesar 1.20904 % dengan tingkat desirability = 1.

 

1   

Lampiran 20. Hasil perhitungan bilangan asam, asam lemak bebas (FFA) dan konversi FFA pada hasil validasi kondisi optimal reaksi esterifikasi

Ulangan

1

2

3

Duplo 1

Bilangan Asam (mg KOH/g) 6.02

2

6.02

2.92

66.37

Rata-rata

6.02

2.91

66.38

1

6.02

2.91

66.38

2

6.02

2.91

66.39

Rata-rata

6.02

2.91

66.38

1

6.71

3.25

62.50

2

6.60

3.20

63.14

Rata-rata

6.66

3.22

62.82

FFA (%)

Konversi FFA (%)

2.91

66.39

 

1   

Lampiran 21. Hasil perhitungan bilangan asam (Aa), asam lemak bebas (FFA) dan konversi FFA hasil reaksi esterifikasi crude palm Oil (CPO) menggunakan katalis zeolit alam teraktivasi, zeolit sintetik dan asam sulfat (H2SO4)

Perlakuan HZ-CS

SZ

H2SO4

Ulangan

Bilangan Asam (mg KOH/g) 6.02

FFA (%)

Konversi FFA (%)

2.92

64.22

Rata-rata

6.02 6.02

2.91 2.915

64.24 64.23

1

5.84

2.83

65.27

2 Rata-rata

5.90 5.87

2.86 2.845

64.92 65.095

1

4.83

2.34

71.29

2

5.16 4.995

2.50 2.465

69.36 70.325

1 2

Rata-rata

 

1   

 

1