KINETIKA REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK JELANTAH DENGAN BANTUAN GELOMBANG MIKRO ( Skripsi )
Oleh Melauren Oktavina Renata
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK KINETIKA REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK JELANTAH DENGAN BANTUAN GELOMBANG MIKRO Oleh Melauren Oktavina Renata
Biodisel merupakan suatu energi alternatif yang bisa digunakan sebagai bahan bakar layaknya bahan bakar fosil solar. Reaksi transesterifikasi secara umum merupakan reaksi alkohol dengan trigliserida menghasilkan metil ester dan gliserol dengan bantuan katalis basa. Alkohol yang umumnya digunakan adalah metanol dan etanol. Kinetika reaksi transesterifikasi diperlukan untuk memprediksi hasil reaksi pada suatu waktu dan kondisi tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama reaksi dalam pembuatan biodisel dan menyusun model kinetika transesterifikasi minyak jelantah yang dibantu dengan gelombang mikro. Penelitian dilakukan menggunakan minyak jelantah yang diperoleh dari pedagang kaki lima berlokasi di daerah Bandar Lampung. Bahan kimia yang digunakan adalah metanol dan NaOH. Setiap unit percobaan dilakukan dengan menggunakan 100 ml minyak jelantah, 18 ml metanol dan 0,5 gram NaOH pada perbandingan molar minyak terhadap metanol 1:4. Perlakuan meliputi kombinasi tiga level suhu
(45, 50, dan 55 °C) dan lima level lama reaksi (2, 3, 4, 5, dan 6 menit). Parameter yang dianalisis adalah rendemen, massa jenis, viskositas dan energi aktivasi Kinetika reaksi disusun dengan asumsi bahwa reaksi transesterifikasi adalah reaksi orde satu dan merupakan fungsi dari suhu dan konsentrasi non biodiesel. Energi aktivasi diperoleh dengan menggunakan persamaan arrhenius. Hasil penelitian menunjukkan rendemen biodiesel berkisar antara 33,45 hingga 66,77%. Rendemen tertinggi terjadi pada suhu 55 °C dan waktu reaksi 6 menit. Biodiesel yang dihasilkan memiliki massa jenis antara 0,86 – 0,87 gram/ml (sesuai SNI), dan viskositas 3,79 – 5,53 cSt (sesuai SNI). Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu rekasi maka semakin besar nilai konstanta laju reaksi (k). Nilai k adalah 9,8 (10-4), 15,7(10-4), dan 16(10-4) s-1 yang berturut-turut diperoleh untuk suhu 45, 50 dan 55 °C. Nilai energi aktivasi (Ea) reaksi transesterifikasi minyak jelantah dengan bantuan gelombang mikro adalah 42,41 kj/mol.
ABSTRACT REACTION KINETIC TRANSESTERIFIKASI COOKING OIL WITH MICROWAVES
By Melauren Oktavina Renata
Biodiesel is an alternative energy that can be used as fuel like diesel. Transesterification reaction is generally the reaction of alcohols with the triglycerides to produce methyl esters and glycerol with the aid of an alkaline catalyst. Alcohol that is commonly used is methanol or ethanol. The kinetics of the transesterification reaction is necessary to predict the outcome of the reaction at a time and under certain conditions. This study aims to determine the effect of temperature and reaction time on the yield of biodiesel and to find parameters of transesterification kinetics in biodiesel production using waste cooking oil assisted by microwaves. The study was conducted by using cooking oil derived from the fried food peddler in Bandar Lampung. The chemicals used are methanol and NaOH. Each unit experiment was performed using 100 ml of cooking oil, 18 ml of methanol and 0.5 grams of NaOH at a molar ratio of oil to methanol 1: 4.
The treatment includes a combination of three levels of temperature (45, 50, and 55 °C) and five levels of reaction time (2, 3, 4, 5, and 6 minutes). The parameters to be analyzed were yield, density, viscosity and activation energy of the reaction kinetics with assumotion that the transesterification reaction is a first order reaction and is a function of temperature and concentration of non biodiesel. The activation energy is obtained by using the Arrhenius equation. The results showed that biodiesel yield ranged from 33.45 to 66.77% , The highest yield occurred at a temperature of 55 °C and a reaction time of 6 minutes. Biodiesel produced has a density of between 0.86 to 0.87 g / ml (Comply), and a viscosity of 3.79 to 5.53 cSt (Comply). The results showed that the higher the reaction temperature the greater the value of the reaction rate constant (k). The value of k was 9.8 (10-4), 15.7 (10-4), and 16 (10-4) s-1, are respectively obtained for a temperature of 45, 50 and 55 °C. The value of activation energy (Ea) of the transesterification reaction using waste cooking oil with the aid of microwaves was 42.41 kJ / mol.
KINETIKA REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK JELANTAH DENGAN BANTUAN GELOMBANG MIKRO
Oleh
Melauren Oktavina Renata Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Metro pada tanggal 7 Oktober 1994, sebagai putri kedua dari pasangan Drs M. Suwandi dan Srie Eliyati Hs, Spd. Penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak- kanak di TK Perwanida Metro pada tahun 1999 – 2001, pendidikan dasar di SD Pertiwi Teladan Metro pada tahun 2001 – 2006, pendidikan lanjutan pertama di SMPN 3 Metro pada tahun 2006 – 2009, pendidikan menengah atas pada tahun 2009 – 2012. Pada tahun 2012 penulis terdaftar sebagai salah satu mahasiswa di Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Pada bulan Juli – Agustus 2015 penulis melaksanakan Praktik Umum di PTPN VII Distrik Bungamayang, Lampung Utara dengan judul “Mempelajari Analisis Energi Masukan Pada Proses Pengolahan Tebu di PTPN VII Distrik Bungamayang” dan pada Januari – Maret 2016 penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Kabupaten Tulang Bawang, Kecamatan Dente Teladas, Desa Pasiran Jaya dengan tema “ Implementasi Keilmuan Dan Teknologi Tepat Guna Dalam Pemberdayaan Masyarakat Dan Pembentukan Karakter Bangsa Melalui Penguatan Fungsi Keluarga“.
Kupersembahkan karya kecil ini untuk:
Ayah dan Ibu Ungan dan adikku Cicio tercinta yang telah memberikan dukungan, dan doa
Serta
Almamater Tercinta Universitas Lampung Teknik Pertanian Tektan 2012
i
SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan Rahmat dan Hidayah- Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi dengan judul “ Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak Jelantah Dengan Bantuan Gelombang Mikro “ adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Universitas Lampung. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Ketua Jururusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung, sekaligus sebagai Pembimbing Akademik dan Pembimbing 1 Skripsi yang selalu memberikan ilmu, nasehat, arahan dan bimbingan kepada penulis,
2.
Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku Pembimbing 2 Skripsi dan Bapak Dr. Ir. Tamrin, M. Si., selaku Pembahas Skripsi Yang selalu memberikan ilmu, nasehat, arahan dan bimbingan kepada penulis,
3.
Bapak Prof. Dr.Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si, selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lampung,
4.
Ayahku tersayang (Drs. M. Suwandi), ibuku tersayang (Srie Eliyati Hs. Spd) dan saudara – saudaraku tersayang (Meta Endimar Septiana dan Mercilia Febrina), terima kasih untuk doa, dukungan, nasehat, pengorbanan dan kasih sayang yang telah diberikan kepada penulis, ii
Penulis berdoa semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas semua kebaikan mereka. Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesemurnaan, namun harapan penulis semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembacanya. Bandar Lampung,
Agustus 2016
Penulis,
Melauren Oktavina Renata 1214071050
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dibiayai melalui Skim Fundamental a.n. Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P dengan nomor kontrak 76/UN26/8/LPPM/2016 tanggal 13 April 2016.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR TABEL ......................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii I.PENDAHULUAN ...................................................................................... 1.1 Latar Belakang ...................................................................................
1 1
1.2 Rumusan Masalah ..............................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................
3
1.5 Hipotesis .............................................................................................
3
II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 2.1 Krisis Energi di Indonesia dan Penanggulangannya ..........................
4 4
2.2 Biodiesel .............................................................................................
5
2.3 Minyak Jelantah .................................................................................
6
2.4 Transesterifikasi .................................................................................
8
2.5 Metode Pemanasan Dengan Microwave ...........................................
9
2.6 Kinetika Transesterifikasi................................................................... 10 III. METODOLOGI PENELITIAN .............................................................. 13 3.1 Waktu dan Tempat ............................................................................. 13 3.2 Alat dan Bahan .................................................................................. 13 3.3 Rancangan Percobaan........................................................................ 14 3.4. Diagram alir ....................................................................................... 14 3.4.1 Proses Transestrifikasi ......................................................... 16 3.4.2 Proses Pencucian Biodiesel ................................................. 16
v
3.5 Analisis Data ...................................................................................... 3.5.1 Analisis Kinetika ................................................................. 3.5.2 Analisis Rendemen .............................................................. 3.5.3 Analisis Masa Jenis .............................................................
17 17 18 19
3.5.4 Analisis Viskositas .............................................................. 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 21 4.1 Karakterisktik Minyak Jelantah.......................................................... 21 4.2 Rendemen Biodiesel ........................................................................... 22 4.3 Karakteristik Biodiesel ....................................................................... 24 4.3.1 Massa Jenis Biodiesel ......................................................... 24 4.3.2 Viskositas (cSt) .................................................................... 26 4.4 Kinetika Reaksi Biodiesel .................................................................. 28 4.4.1 Laju Reaksi (k) .................................................................... 28 4.4.2. Energi Aktivasi (Ea) ........................................................... 29 V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 33 5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 33 5.2 Saran ................................................................................................... 33 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 34
vi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 1. SNI Biodisel. ................................................................................................. 7 2. Karakteristik minyak jelantah yang digunakan .............................................. 21 3. Data rendemen biodisel .................................................................................. 24 4. Data massa jenis biodisel ............................................................................... 25 5. Hubungan suhu dengan konstanta laju reaksi ................................................ 29 6. Perhitungan parameter kinetika...................................................................... 29 7. Energi aktivasi reaksi pembuatan biodiesel ................................................... 32 8. Perhitungan Rendemen Biodisel .................................................................... 38 9. Perhitungan Analisis Kinetika Biodisel ......................................................... 39 10. Perhitungan parameter kinetika.................................................................... 40 11. Data Perhitungan Massa Jenis Biodisel ....................................................... 41 12. Perhitungan Analisis Viskositas Biodisel .................................................... 42 13. Perhitungan BM (Berat Molekul) ................................................................ 44
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
1 Diagram alir pembuatan biodiesel .................................................................. 15 2. Kurva hubungan waktu dan – ln [ uMEt / uME0] .......................................... 17 3. Kurva hubungan 1/T dengan ln k ................................................................... 18 4. Hubungan antara waktu reaksi dan suhu reaksi terhadap rendemen biodisel . 23 5. Grafik hubungan antara waktu dan suhu terhadap massa jenis biodiesel ...... 26 6. Pengaruh viskositas yang dihasilkan terhadap suhu reaksi ............................ 27 7.Grafik hubungan waktu dan – ln [ uMEt / uME0] ........................................... 28 8. Grafik hubungan 1/T dengan ln k .................................................................. 30 9 Minyak Jelantah .............................................................................................. 45 10. Pemanasan menggunakan microwave .......................................................... 45 11. Biodisel sebelum dicuci ............................................................................... 46 12. Pencucian ke 1.............................................................................................. 46 13. Pencucian ke 2.............................................................................................. 47 14. Pencucian ke 3.............................................................................................. 47 15. Biodiesel ....................................................................................................... 48
viii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pemenuhan energi yang bersumber dari minyak bumi mendapat perhatian yang sangat serius. Bukan saja karena efek rumah kaca akibat dari emisi CO2 yang dihasilkannya, namun juga karena cadangan minyak bumi dunia yang semakin menipis. Menipisnya cadangan minyak bumi dapat ditandai dari melonjaknya harga minyak mentah di pasaran dunia (Karman, 2012). Keadaan ini menyebabkan para peneliti dan pemerintah harus berpikir ekstra untuk mencegah terjadinya kelangkaan energi. Salah satu upaya untuk mengurangi kebutuhan bahan bakar untuk transportasi adalah menciptakan bahan bakar alternatif, seperti biodiesel dan bioetanol serta mencari sumber- sumber energi lain yang dikenal dengan energi terbarukan. Biodisel merupakan salah satu jenis bahan bakar yang diproduksi dengan menggunakan minyak nabati atau lemak hewan melalui proses transesterifikasi maupun proses esterifikasi dengan bantuan alkohol dan katalis (Dharsono dan Oktari, 2010). Reaksi transesterifikasi lebih banyak digunakan dari pada esterifikasi karena lebih cepat dan memerlukan alkohol yang lebih sedikit (Van Gerpen, 2005).
2
Secara sederhana, biodisel didapatkan dengan mereaksikan minyak nabati/hewani dengan alkohol (metanol) dengan bantuan hidroksida kuat (NaOH) sebagai katalisnya. Dari proses itu akan dihasilkan produk biodisel dan gliserin sebagai hasil sampingan. Produk sampingan ini pun merupakan bahan yang sangat berguna, misalnya sebagai bahan dasar sabun dan aneka produk lain ( Syamsudin, 2010). Salah satu upaya yang dilakukan untuk mereduksi energi dan waktu reaksi adalah dengan memanfaatkan gelombang mikro (microwave). Gelombang ini dapat merambat melewati cairan sehingga proses pemanasan akan berlangsung lebih efektif dan proses pembuatan biodiesel dapat dilakukan lebih singkat (Barnard et.al., 2007). Penggunaan radiasi gelombang mikro pada pembuatan biodisel dengan daya yang timggi dan dengan waktu yang semakin lama mampu meningkatkan konversi biodisesel serta mampu mempercepat laju reaksi (Handayani, 2010). Penggunaan gelombang mikro pada konversi minyak jelantah menjadi biodisel menghasilkan rendemen antara 77 hingga 94 % hanya dalam waktu 30 sampai 120 detik. Transfer panas melalui gelombang mikro berlangsung secara efektif dan mengakibatkan panasan yang lebih cepat (Haryanto dkk., 2015). Selain itu penggunaan gelombang mikro memberikan proses yang bersih dan ramah lingkungan (Riwayati dan Kurniasari, 2011). Kinetika reaksi transesterifikasi diperlukan untuk memprediksi hasil reaksi pada suatu waktu dan kondisi tertentu. Kinetika reaksi transesterifikasi minyak jelantah belum diketahui terutama yang terkait dengan aplikasi gelombang mikro.
3
Oleh karena itu penelitian dengan judul “ Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak Jelantah Dengan Bantuan Gelombang Mikro” perlu dilakukan. 1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh suhu pada reaksi transesterifikasi terhadap hasil biodiesel 2. Bagaimana pengaruh gelombang mikro terhadap hasil biodiesel 1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui pengaruh suhu dan waktu reaksi dalam pembuatan biodisel dari bahan minyak jelantah dengan bantuan pemberian gelombang mikro. 2. Menyusun model kinetika transesterifikasi yang dibantu dengan gelombang mikro. 1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penilitian ini adalah dapat menentukan kondisi reaksi dan waktu yang optimal pada biodiesel yang dihasikan. 1.5 Hipotesis
Pemberian gelombang mikro dapat meningkatkan laju reaksi pembuatan biodiesel.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Krisis Energi di Indonesia dan Penanggulangannya
Indonesia saat ini, nampaknya sedang mengalami krisis energi , yaitu solar, premium, minyak tanah, gas bumi dan listrik krisis energi ini di sebabkan oleh beberapa faktor, antara lain : 1. Naiknya harga minyak dunia, menyebabkan beban APBN bertambah berat karena harus mengalokasikan sejumlah dana untuk mensubsidi BBM. 2. Borosnya penggunaan BBM. Semakin banyaknya jumlah kendaraan dijalan raya, akhirnya menimbulkan kemacetan, yang hampir terjadi setiap hari kemacetan tersebut menyebabkan terjadinya pemborosan BBM. 3. Adanya peluang korupsi dalam pengolahan minyak dan gas. Dampak yang ditimbulkan karena krisis energi ini adalah kenaikan harga BBM yang menyebabkan naiknya biaya/ongkos dan terjadinya penimbunan serta pengolosan BBM. Karenanya, langkah untuk mencari alternatif energi baru perlu dilakukan dan sebaiknya disosialisasikan kepada masyarakat luas.
5
Alternatif energi baru tersebut antara lain: 1. Energi matahari. 2. Energi baterai. 3. Pembangkit listrik tenaga air. 4. Bahan bakar yang minyak yang dihasilkan dari pohon jarak. 5.
Bahan bakar dengan metode injeksi.
Selain ramah lingkungan alternatif energi baru tersebut telah diterapkan dibeberapa negara sehingga Indonesia dapat melakukan kerjasama dalam rangka menerapkan energi baru tersebut (Nurfitri, 2005).
2.2 Biodiesel
Biodiesel merupakan suatu energi alternatif yang bisa digunakan sebagai bahan bakar layaknya bahan bakar fosil solar. Biodiesel diperoleh dari minyak nabati ataupun minyak hewani sehingga bersifat dapat diperbaharui. Karena biodiesel merupakan minyak non-fosil maka sudah tentu hasil pembakarannya bebas dari sulfur dan senyawa aromatik. Biodiesel mempunyai sifat yang mirip dengan petrodiesel ataupun minyak diesel sintesis, yaitu memiliki energi pembakaran dan angka setana (cetane number) yang lebih tinggi (>60) sehingga selain pebakarannya lebih efisien juga sekaligus melumasi piston mesin. Biodisel dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin yang pembakarannya menggunakan sistem kompresi tinggi (mesin diesel) dengan sedikit modifikasi, atau bahkan sama sekali tanpa modifikasi. Demikian juga dengan sifat kimianya,
6
biodiesel merupakan suatu alkil ester yang didapat dari proses transesterifikasi (Syamsudin, 2012). Biodiesel diproduksi melalui proses transesterifikasi senyawa trigliserida yang didapat dari minyak tumbuh – tumbuhan, seperti minyak kelapa sawit, kacang kedelai, jarak dan lain-lain. Ide penggunaan minyak nabati sebagai pengganti bahan bakar diesel didemokstrasikan pertama kalinya oleh Rudolph Diesel (± tahun 1900). Penelitian di bidang ini terus berkembang dengan memanfaatkan beragam lemak nabati dan hewani untuk mendapatkan bahan bakar hayati (biofuel) dan dapat diperbaharui (renewable). Perkembangan ini mencapai puncaknya di pertengahan tahun 80-an dengan ditemukannya alkil ester asam lemak yang memiliki karakteristik hampir sama dengan minyak diesel fosil yang dikenal dengan biodiesel. Biodiesel dapat digumakan sebagai bahan bakar mesin diesel target subtitusi minyak solar dengan biodisel untuk Indonesia hingga tahun 2025 sama dengan yang ditargetkan untuk gasohol (Karman, 2012). Berikut adalah Standar Nasional Indonesia Biodisel (Tabel 1).
2.3 Minyak Jelantah
Minyak jelantah adalah minyak yang dihasilkan dari sisa penggorengan, baik dari minyak kelapa atau minyak sawit, minyak jelantah dapat menyebabkan minyak berasap atau berbusa saat penggorengan (Hambali dkk., 2008). Meninggalkan warna coklat, serta flavor yang tidak disukai dari makanan yang digoreng, ketersediaan minyak jelantah semakin hari makin melimpah. Sampai saat ini
7
Tabel 1. SNI Biodisel. No 1
Parameter Massa Jenis pada 40°C Viskositas kinematika pada suhu 40°C Angka setana Titik nyala ( mangkok tertutup) Titik kabut Korosi lempeng tembaga ( 3 jam pada 50°C) Residu karbon dalam contoh asli, atau dalam contoh asli, atau dalam 10% ampas distilasi Air dan Sediman
Satuan Kg/m3
Nilai 850 – 890
Metoda ASTM D 1298
mm2 /s (cSt)
2,3 – 6,0
ASTM D 445
Min. 51 Min. 100
ASTM D 613 ASTM D 93
°C
Maks.18 Maks. No 3
ASTM D 2500 ASTM D 130
% massa % massa
Maks. 0,05 Maks. 0,03
ASTM D 4530
% vol °C
ASTM D 2709 dan ASTM D 1796 ASTM D 1160
10
Temperatur Destilasi 90% Abu Tersulfatkan
11
Belerang
12
Fosfor
13
Angka Asam
Maks. 0,8
14
Gliserol bebas
Ppm-m (mg/kg) Ppm-m (mg/kg) MgKOH/g % massa
Maks. 0,05 Maks. 360 Maks. 0,02 Maks. 100 Maks. 10
15
Gliserol Total
% massa
AOCS Ca 3d-63 atau ASTM 664 AOCS Ca14-56 atau ASTM 6584 AOCS Ca14-56 atau ASTM 6584
16
Kadar Ester Alkil
% massa
Maks. 96,5
Dihitung *
17
Angka iodium
% massa (g Iz/100g)
Maks. 115
AOCS Cd 1-25
18
Uji Halphen
Negatif
Negatif
AOCS Cd 1-25
2 3 4 5 6
7
8 9
Sumber : Syamsudin, 2010
°C
%massa
Maks. 0,02 Maks. 0,24
ASTM D 874 ASTM D 5453 dan ASTM D 1266 AOCS Ca 12-55
8
minyak jelantah belum dimanfaatkan dengan baik dan hanya dibuang sebagai limbah rumah tangga ataupun industri. Meningkatnya produksi dan konsumsi nasional minyak goreng , akan berkolerasi dengan keersediaan minyak jelantah yang semakin meningkat pula. Oleh karena itu, pemanfaatan minyak goreng bekas sebagai bahan baku biodisel akan memberikan nilai tambah bagi minyak jelantah (Hambali dkk., 2008). 2.4
Transesterifikasi
Reaksi transesterifikasi secara umum merupakan reaksi alkohol dengan trigliserida menghasilkan metil ester dan gliserol dengan bantuan katalis basa. Alkohol yang umumnya digunakan adalah metanol dan etanol. Reaksi ini cenderung lebih cepat membentuk metil ester dari pada reaksi esterifikasi yang menggunakan katalis asam. Namun, bahan baku yang akan digunakan pada reaksi transesterifikasi harus memiliki asam lemak bebas yang kecil (< 2 %) untuk menghindari pembentukan sabun. Menurut Hikmah dan Zuliyana (2010) reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah :
Bahan dasar trigliserida, yaitu minyak nabati, dengan perlakuan tertentu dicampur dan direaksikan dengan metanol dengan hasil sampingnya, yaitu gliserol. Hasil sampingan ini bisa dimanfaatkan untuk keperluan lain, misalnya sebagai bahan kosmetik, sabun dan lainnya (Syamsudin, 2010).
9
2.5 Metode Pemanasan Dengan Microwave
Minyak jelantah memiliki viskositas yang tinggi sehingga untuk mempercepat proses pembuatan biodisel menggunakan minyak jelantah secara konvensional memerlukan pemanasan dan pengadukan. Pemanasan secara konvensional berlangsung melalui konduksi dan konveki panas, sehingga energi yang diperlukan cukup besar. Pembuatan biodisel menggunakan pemanas biasa akan beralangsung lambat. Salah satu upaya untuk mengatasi ini dapat dilakukan dengan meberikan gelombang mikro menggunakan microwave agar proses produksi lebih efektif. Gelombang mikro (microwave) adalah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi super tinggi (Super High Frequency, SHF), yaitu diatas 3GHz (3x109Hz) dengan panjang gelombang 0,3 – 300 cm. Panjang gelombangnya termasuk ultra-short (sangat pendek) sehingga disebut juga mikro, dari sinilah lahir istilah microwave (Handayani, 2010). Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai karakteristik yang berbeda dengan pemanasan konvensional, karena panas dibangkitkan secara internal akibat getaran molekul- molekul bahan yang ingin dipanaskan oleh gelombang mikro. Pemanasan dengan gelombang mikro mempunyai kelebihan yaitu pemanasan lebih merata serta pemanasannya juga dapat bersifat selektif artinya tergantung dari dielektrik properties bahan (Handayani, 2010). Pindah panas menggunakan microwave lebih efektif daripada pemanasan secara konvensional karena panas dipindahkan dari lingkungan (Lertsathapornsuk et.al., 2005). Proses pemanasan dengan microwave menggunakan waktu yang lebih
10
singkat untuk memanaskan bahan baku tanpa pemanasan awal (Lertsathapornsuk et.al., 2005). Selain itu penggunaan microwave menunjukkan reaksi lebih efisien, dengan lama reaksi dan proses pemisahan yang singkat, menurunkan jumlah produk samping dan dapat menurunkan konsumsi energi (Hernando et.a., 2006 diacu dalam Terigar, 2009). Efisiensi dari transesterifikasi microwave berasal dari sifat dielektrik dari campuran polar dan komponen ion dari minyak, pelarut dan katalis. Pemanasan yang cepat dan efisien pada radiasi microwave lebih banyak karena gelombang microwave berinteraksi dengan sampel pada tingkat molekular, menghasilkan campuran inter molekul dan agitasi yang meningkatkan peluang dari sebuah molekul alkohol bertemu dengan sebuah molekul minyak (Terigar, 2009). 2.6 Kinetika Transesterifikasi
Reaksi transestrifikasi trigliserida (TG) diyakini terjadi dalam tiga tahap produk atara adalah monogliserida (MG) dan digliserida (DG). Reaksi transesterifikasi pada persamaan K1
DG + R’CO2R
TG + ROH
(1)
K4
K2
DG + ROH
MG +R’CO2R(2)
K5
K3
MG + ROH
Gliserol + R’CO2R
(3)
K6
Studi mengenai kinetika reaksi meliputi penentuan parameter-parameter yang dapat digunakan hasil reaksi pada sembarangan waktu pada kondisi tertentu.
11
Parameter-parameter itu meliputi konstanta laju reaksi, konstanta kesimbangan dan energi aktivasi. Beberapa penelitian mengenai kinetika transesterifikasi telah dilaporkan (Darnoko and Cheryan, 2000). Model kinetika dapat didasarkan pada reaksi transesterifikasi menyeluruh seperti di sajikan oleh Persamaan 1. Model kinetika berikut menganggap bahwa transesterifikasi adalah reaksi orde satu dan merupakan fungsi dari konsentrasi Un mhetyl ester (uME) dan suhu reaksi. uME meliputi trigleserida, digliserida, monogliserida, dan asam lemak bebas (FAA) yang tidak bereaksi. Kinetika reaksi dapat dirunut dengan cara sebagai berikut (Kusdiana dan Saka, 2001): Laju reaksi = Rate =
d uME (4) dt
d uME = k [uME](5) dt
Konsentrasi uME pada saat t = 0 adalah [uME0] dan pada saat t = t adalah [uMEt], dimana [uMEo] > [uMEt]. Integrasi persamaan (3) pada batas uME0 hingga uMEt dan t = 0 hingga t = t menghasilkan : t d uME k dt uME0 uME 0
uMEt
(6)
- [Ln uMEt – Ln uME0] = k t + C (7)
Ln
uMEt kt C (8) uME0
Persamaan (5) dengan t sebagai absis dan nilai negatif logaritma alam dari [uMEo] /[uMEt] sebagai ordinat dapat digunakan untuk menentukan nilai konstanta laju reaksi k pafa berbagai suhu. Selanjutnya nilai-nilai konstanta pada suhu yang
12
berbeda-beda ini digunakan untuk menentukan nilai energi aktivitasi global (Ea) dari reaksi transesterifikasi dengan memanfaatkan persamaan Arrhenius: k= A exp (-Ea/RT)
(9)
dimana A adalah konstanta, R adalah konstanta gas, dan T adalah suhu mutlak, setelah perhitungan dilakukan semua data yang didapat akan dibuat grafik yang akan menunjukkan hubungan konversi reaksi dengan waktu pada variasi suhu, hubungan suhu dengan konstanta kecepatan reaksi dan hubungan konstanta kecepatan reaksi dengan 1/T.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan pada tanggal 23 Mei 2016 sampai dengan 4 juni 2016 bertempat di Laboratorium Rekayasa Bioproses dan Pascapanen, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. 3.2 Alat dan Bahan
Alat- alat yang digunakan pada penelitian ini adalah oven microwave, spatula, neraca analitik untuk menimbang dan analisis massa jenis, gelas piknometer untuk analisis massa jenis, kondensor, mixer kecil dengan putaran 300 rpm untuk pengadukan, erlenmeyer, beaker glass,termometer, rubber bulb, falling ball viscometer untuk mengukur viskometer biodisel yang dihasilkan. Bahan- bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak jelantah, metanol, NaOH, dan aqudes. Minyak jelantah diperoleh dari pedagang kaki lima di sekitar Unila. Minyak dianalisis di Laboratorium Analisis Hasil Pertanian, analisis dilakukan untuk mengetahui karakteristik minyak jelantah yaitu bilangan asam, kandungan FFA (asam lemak bebas), dan komposisi asam lemak. Selain itu juga dilakukan pengukuran massa jenis dan viskositas.
14
3.3 Rancangan Percobaan
Perlakuan dalam penelitian ini adalah pemberian variasi suhu dan lama waktu pemanasan. Masing – masing terdiri dari tiga level suhu (45, 50 dan 55 °C) dan waktu (2, 3, 4, 5, dan 6 menit) serta intensitas daya yang digunakan berdasarkan suhu yang diinginkan. Reaksi transesterifikasi menggunakan perbandingan molar antara jelantah dengan metanol 1:4. Reaksi pembuatan biodisel dilakukan menggunakan erlenmeyer yang dipanaskan didalam microwave oven berdaya 399 watt dan frekuensi 2.450 MHz dengan panjang gelombang 12,24 cm dan menggunakan pengaduk dengan putaran 300 rpm. Dalam penelitian ini minyak jelantah diasumsikan memiliki massa molar 880 g/ml berdasarkan laporan oleh Kheang dkk (2003). Berdasarkan informasi ini maka 100 ml minyak jelantah sama dengan 0,11 mol. Pada rasio molar 1:4 maka jumlah metanol yang diperoleh adalah 0,44 mol atau 14,08 gram atau 18 ml. 3.4. Diagram alir Prosedur penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahap, diantaranya persiapan alat dan bahan, prosedur penghilangan kotoran pada minyak jelantah karakteristik minyak jelantah, reaksi transesterifikasi, pemisahan produk dari gliserol, pencucian biodisel dan analisi data seperti yang terlihat di Gambar 1.
15
Gambar 1 Diagram alir pembuatan biodiesel
16
3.4.1 Proses Transestrifikasi
pengaduk
microwave control panel suhu control panel waktu
labu erlernmayer
a. Sebanyak 100 ml minyak jelantah dimasukkan ke dalam erlenmayer 250 ml b. Kemudian ditambahkan metanol 18 ml dan NaOH sebanyak 0,5 g lalu dipanaskan didalam microwave oven c. Proses yang sama dilakukan untuk suhu (45 , 50 dan 55 °C) dan waktu (2, 3, 4, 5, dan 6 menit). Cairan yang di hasilkan didiamkan selama 24 jam, untuk memisahkan free faty metil ester (biodisel) dan gliserol. e. Selanjutnya biodisel dan gliserol dipisahkan oleh rubber bulb. 3.4.2 Proses Pencucian Biodiesel
a. Biodisel yang telah dipisahkan selanjutnya dicuci menggunakan aquades yang telah dipanaskan hingga suhu 65 oC. b. Kemudian dikocok selama 10 menit hingga tercampur merata c. Setelah 10 menit didiamkan selama 24 jam hingga terjadi pemisahan biodisel dan aquades. Bagian atas adalah biodisel dan bagian bawah adalah aquades.
17
d. Setelah 24 jam biodisel dan aquades dipisahkan dengan rubber bulb. Pencucian dilakukan sebanyak 3 kali hingga aquades jernih. 3.5 Analisis Data Biodisel yang dihasilkan akan di analisis kinetika, rendemen, massa jenis, dan viskositas. 3.5.1 Analisis Kinetika Menyusun kinetika kita membutuhkan data suhu dan waktu. Kinetika reaksi dapat dirunut dengan cara sebagai berikut: Konsentrasi uME pada t = 0 adalah [uME0] dan t = t adalah [uMEt], dari [uMEo] > [uMEt]. – ln [ uMEt / uME0] = k t + C Dari persamaan tersebut kita dapat mencari nilai k yaitu konstanta laju reaksi berbagai suhu, dapat di asumsikan – ln [ uMEt / uME0] menjadi y sehingga y = k t + C dan didapatkan nilai regresi Gambar 2. Pada persamaan ini t adalah waktu
y = -ln[uMet/uME0]
yang digunakan pada saat reaksi pembuatan biodisel.
t
Gambar 2. Kurva hubungan waktu dan – ln [ uMEt / uME0]
18
Selanjutnya nilai-nilai konstanta pada suhu yang berbeda-beda ini digunakan untuk menentukan nilai energi aktivitasi global (Ea) dari reaksi transesterifikasi dengan memanfaatkan persamaan Arrhenius: k= A exp (-Ea/RT) dapat dirangkai kembali menjadi: ln k = ln A Dimana A adalah konstanta frekuensi tumbukan molekul, R adalah konstanta gas dengan nilai 8,314472 J/mol.K, dan T adalah suhu mutlak. Dari persamaan ini kita dapat mencari nilai dari Ea yang dapat diasumsikan dengan kurva dan mendapatkan nilai regresinya Gambar 3.
ln k
ln A
tg
=
Gambar 3. Kurva hubungan 1/T dengan ln k 3.5.2 Analisis Rendemen
a. Cairan yang dihasilkan diendakan selama 24 jam sehingga membentuk 2 lapisan. Lapisan atas yang berwarna coklat bening adalah biodisel, sedangkan lapisan bawah yang berwarna coklat kehitaman adalah gliserol. Biodisel dipisahkan dari gliserol menggunakan suntikan. b. Biodisel yang telah dipisahkan dicuci dengan menambahkan air suling yang telah dipanaskan, sehingga suhunya mencapai 65 oC. c. Kemudian diaduk selama 5 menit.
19
d. Air suling dan biodisel didiamkan selama 12-24 jam untuk memisahkan air dan biodisel. Pencucian dengan air suling ini bertujuan untuk menghilangkan sabun yang terbentuk. e. Berat biodisel yang diperoleh kemudian ditimbang. Penghitungan rendemen biodiesel dilakukan dengan rumus : Rendemen biodiesel (%) =
Bobot biodisel setelah pencucian (g) 100% Bobot minyak jelantah (g)
3.5.3 Analisis Masa Jenis a. Piknometer dibersihkan dengan aquades, lalu dioven menggunakan suhu 105oC selama 2 jam, selanjutnya piknometer dimasukkan kedalam desikator hingga mencapai suhu ruangan. Piknometer yang telah didinginkan ditimbang ( M1). b. Memasukkan bahan kedalam piknometer sampai penuh dan ditutup. Sisa bahan yang keluar dilap dengan tisu. Setelah itu piknometer yang berisi bahan ditimbang (M2). c. Masa jenis bahan dihitung dengan menggunakan rumus: Massa jenis
( ) =
M 2 M1 V
Dimana: M1 = Berat piknometer kosong (gram) M2= Berat piknometer berisi sempel biodiesel (gram) V = Kapasitas volume piknometer (ml)
20
3.5.4 Analisis Viskositas
a. Alat falling ballviscometer dibersihkan dengan alkohol dan aseton kemudian didiamkan hingga mengering. Sampel biodisel dimasukkan kedalam alat tersebut hingga melebihi batas titik awal ± 1 cm. b. Bola kaca dimasukkan ke dalam alat dengan cara memiringkan alat tersebut dan ditutup dengan rapat hingga tidak ada larutan yang menetes keluar. c. Alat diputar 180oC dan stopwatch di jalankan tepat saat bola bergerak dari titik awal. d. Dilakukan pencatatan waktu yang dibutuhkan oleh bola tersebut untuk bergerak dari titik awal hingga titik akhir (to). e. Viskositas biodisel dapat dihitung dengan persamaan: µ=
K( bola biodiesel ) t 0 biodiesel
Di mana: µ
= Viskositas (cSt)
bola
= Masa jenis bola (g / ml)
biodisel = Masa jenis biodisel (g/ml) K
= Koefisien bola (0,0264 m Pa.s.cm3/g.s)
to
= Waktu alirian larutan (second)
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Pemberian gelombang mikro dapat menghasilkan biodisel dengan rendemen tertinggi 66,77 % dengan waktu 6 menit pada suhu 55 °C. 2. Biodisel yang dihasilkan memiliki massa jenis biodisel berkisar 0,86 – 0,87 gram/ml (memenuhi SNI 0,85-0,89 g/ml), viskositas biodisel 3,79 5,53 cSt (memenuhi SNI 2,3-6,0 cSt). 3. Nilai k yang diperoleh adalah 9,8(10-4), 15,7(10-4), dan 16(10-4) s-1 berturut-turut diperoleh untuk suhu 45, 50 dan 55 °C. 4. Nilai energi aktivasi ( Ea) reaksi transesterifikasi minyak jelantah dengan bantuan gelombang mikro adalah 42,41 kj/mol. 5.2 Saran Perlu dilakukan penelitian lagi dengan penambahan katalis dengan perbandingan mol yang berbeda serta minyak perlu dipanaskan dahulu sampai suhu yang diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA
Barnard, T.M., N.E. Leadbeater, M.B. Boucher, L.M. Stencel, and B.A. Wihite. 2007. Countinus-Flow Preparation of Biodisel using Microwave Heating. Energy and Fuel. Vol. 21 (3) : 177 - 1781. Buchori. L. dan S.B. Sasongko. 2012. Kinetika Transesterifikasi Biodisel Jarak Pagar. Teknik. Vol 33 (2), ISSN 0852-1697: 52-57. Darnoko, D. and M. Cheryan. 2000. Kinetics of Palm Oil Transesterification in Batch Reactor. JAOCS. Vol. 77 : 1263 - 1237. Dharsono, W. dan Y.S. Oktari . 2010. Proses Pembuatan Biodisel dari Dedak dan Metanol dengan Esterifikasi In Situ. Skripsi. Jurusan Teknik Kimia, FakultasTeknik, Universitas Diponegoro. Semarang. Hambali, E., S. Mujdalipah, A.H. Tambunan, A.W. Pattiwiri, dan R. Hendroko. 2008. Teknologi Bioenergi. Agromedia Pustaka. Jakarta. 110 hlm. Handayani, S.P. 2010. Pembuatan Biodiesel dari Minyak Ikan dengan Radiasi Gelombang Mikro. Skripsi. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Haryanto, A., U. Silviana, S.Triyono, dan S. Prabawa. 2015. Produksi Biodiesel dari Transesterifikasi Minyak Jelantah dengan Bantuan Gelombang Mikro: Pengaruh Intensitas Daya dan Waktu Reaksi Terhadap Rendemen dan Karakteristik Biodiesel. AGRITECH. Vol. 35 (2) : 234 - 240. Hernando, J., P. Leton, M.P. Matia, J.L Novella, and J. Alvarez Builla. 2006. Biodisel and FAME Synthesis Assisted by Microwaves : Homogeneous Batch and Flow. Fuel. Vol. 86:1641 – 1644. Hikmah, M.N. dan Zuliyana. 2010 Pembuatan Metil Ester (Biodiesel) dari Minyak Dedak dan Metanol dengan Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi. Skripsi. Jurusan Teknik Kimia, Universitas Diponegoro.
35
Jaya, N. dan B.K. Selvan. 2014. Comparative Study on Kinetic Parameters for Tranesterification of Pongamia and Cotton Seed Oil. International Journal of ChemTech Research. Vol.6 (10) : 4475-4479. Karman, J. 2012. Teknologi dan Proses Pengolahan Biomasa. Alfabeta. Bandung. 128 hlm. Kusdiana, D. dan S. Saka. 2001. Kinetic of Transesterification in Rapeseed Oil to Biodisesel Fuel as Treated in Supercritical Methanol. Fuel. Vol 80 : 693698. Kheang, L.S., C.Y. May, C.S. Foon, and M.A. Ngan. 2003. Used Frying Oil Recovery and Applications. Malaysian Palm Oil Board No.192. Malaysia. Lertsathapornmusk, V., P. Ruangying, R. Pairintra, and K. Krisnangkura. 2005. Continuous Transethylation of Vegetable Oils by Microwave Irradiation. King Mongkut’s University of Technology Thonburi diakses dari http://e-nett.sut.ac.th/download/RE/RE11.pdf (31 Agustus 2016). Majid, A.A., D.Prasetyo, dan Y.C. Danarto. 2012. Pembuatan Biodisel dari Minyak Jelantah dengan Menggunakan Iradiasi Gelombang Mikro. Simposium Nasional RAPI XI FT UMS : K15 - K21. Nurfitri, A. R. 2005. Dampak Krisis Energi (Bahan Bakar) Terhadap Perekonomian Rakyat. Majalah Ekonomi dan Komputer No. 2: 73-79. Putra, R.P., G.A. Wibawa, Pantjawarni, dan Mahfud. 2012. Pembuatan Biodisel Secara Batch dengan Memanfaatkan Gelombang Mikro. Jurnal Teknik ITS. Vol. 1 (1) : F-34 - F37. Rahman, A.Z. dan I.G.M. Sanjaya. 2012. Rasionalisasi Jalur Sintesis Laevifonal Dari trans-Resveratol dengan Menggunakan Teori Fungsional Kerapatan (DFT). UNESA Journal of Chemistry. Vol. 1 (1) : 1-9. Riwayati, I. dan L. Kurniasari. 2011. Studi Hidrolisa Minyak Goreng Bekas Secara Enzimatis Aktivasi Gelombang Mikro. Momentum. Vol. 7 (2) : 45-50. Rustamaji, H., S. Heri, dan B. Arief. 2010. Permodelan dan Simulasi Kinetika Reaksi Alkoholisis Minyak Jarak Pagar ( Jatropha Curcas) dengan Katalisator Zikornia Tersufatasi. Jurnal Rekayasa Proses. Vol 4 (1). Penggabean, S. 2011. Analisis Kinetika Reaksi Tranesterifikasi pada Produksi Biodiesel Secara Katalitik dengan Static Mixing Reactor. (Tesis). Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Institut Pertanian Bogor.
36
Sahirman., A. Suryani, D. Mangunwidjaja, Sukardi, dan R. Sudrajat. 2008. Kinetika Reaksi Transesterifikasi Minyak Biji Nyamplung ( Calophyllum Inophyllum) pada Proses Produksi Biodiesel. Jurnal Penelitian dan Hutan. Vol 27 (3): 201-212. Salamah, S. 2014. Kinetika Reaksi Esterifikasi Minyak Jelantah Biji Kapuk pada Pembuatan Biodisel. Chemica. Vol 1 (1) : 11-18. Satriadi, H. 2015. Kinetika Reaksi Esterifikasi Gliserol dan Asam Asetat Menjadi Triacetin Menggunakan Katalis Asam Sulfat. Teknik. Vol. 36 (2) : 75-80. Simatupang, R.A., Ramli, dan Mahrizal. 2016. Optimasi Kecetatan Putar Pengadukan dan Waktu Terhadap Kualitas Fisika Biodiesel dari Minyak Kelapa. Pillar of Physics. Vol. 7 : 89-96. Syamsudin, M. 2010. Membuat Sendiri Biodisel (Bahan Bakar Alternatif Pengganti Solar). Lily Publisher. Yogyakarta. 46 hlm. Susilowati. 2006. Biodisel dari Minyak Biji Kapuk dengan Katalis Zeolit. Jurusan Teknik kimia. Vol.1 (1) : 10-14. Wahyuni, S., Ramli, dan Mahrizal. 2015. Pengaruh Proses dan Lama Pengendapan Terhadap Kualitas Biodisel Dari Minyak Jelantah. Pillar of Physics. Vol. 6 : 33-40. Terigar, B.G. 2009. Advanced Microwave Technology for Biodiesel Feedstock Processing. Thesis. The Department of Biological and Agricultural Engineering, University of Arad, Romania. Van Gerpen, J. 2005. Biodiesel Processing and Production. Fuel Processing Technology. Vol 86 : 1097-1107.
