Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah Melalui Proses Transesterifikasi dengan Menggunakan CaO sebagai Katalis
Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H.M. Rachimoellah, Dipl.EST
Copyright @2011
yulia tri rahkadima 2307100133
putri abdi purwati 2307100140
Laboratorium Biomassa dan Konversi Energi
Latar Belakang dan Tujuan
Kebutuhan energi semakin meningkat
Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 tentang Kebijakan Energi untuk mengembangkan energi alternatif pengganti BBM Cadangan minyak bumi semakin menipis
Latar Belakang dan Tujuan
Pengembangan bahan bakar alternatif
BIODIESEL
KEUNTUNGAN BIODIESEL Ramah Lingkungan
Berasal dari bahan yang terbarukan
Tidak Membutuhkan Modifikasi Mesin
KEUNTUNGAN BIODIESEL Ramah Lingkungan
Berasal dari bahan yang terbarukan
Tidak Membutuhkan Modifikasi Mesin
Perbandingan Emisi Biodiesel dan Solar
Emisi
FAME
Solar
NO (ppm)
1005,8
1070
CH (ppm)
13,7
18,4
Partikulat/debu
0,5
0,93
SO2
tidak ada
Ada
Sumber : Paryanto, 2010
KEUNTUNGAN BIODIESEL Ramah Lingkungan
Berasal dari bahan yang terbarukan
Tidak Membutuhkan Modifikasi Mesin
Parameter Viskositas Kinematic (cSt) Cetane Number Flash Point (°C) Densitas (gr/ml)
Biodiesel
Diesel
2,3-6 1,6-5,8 54 40-46 >100 67-85 0,85-0,890,82-0,87
Latar Belakang dan Tujuan
Pengembangan bahan bakar alternatif
BIODIESEL
Bahan Baku
Pemilihan Proses
High Cost Production
Bahan Baku WCO
Murah
Melimpah
Limbah
Perbandingan harga rata-rata bahan baku Internasional dalam Produksi Biodiesel 2007 (US$/ton) Jenis Feedstock
Price
Crude Palm Oil
703
Rapesees Oil
824
Soybean
771
Waste Cooking Oil
224
Yellow Grease
412
Sumber : Demirbas, 2009
Bahan Baku WCO Jumlah Penghasil Minyak Jelantah Indonesia tahun 2007
Murah
Melimpah
Sektor Penghasil
Jumlah
Minyak Jelantah
(ton/tahun)
Rumah Tangga Industri
Pengolahan
305.050,14 2.079.417,56
Makanan
Limbah
Restauran & Hotel
1.502.218,93
Total
3.886.686,63
Latar Belakang dan Tujuan
Pengembangan bahan bakar alternatif
BIODIESEL
Bahan Baku
Pemilihan Proses
High Cost Production
Pembuatan Biodiesel
Klasifikasi Transesterifikasi Metode Homogenous Catalytst
Keuntungan 1. Yield Besar 2. Reaksi pada suhu rendah
Kekurangan 1. Butuh unit operasi tambahan untuk purifikasi 2. Butuh air dalam jumlah besar untuk proses purifikasi akhir 3. Tidak dapat digunakan kembali
Heterogen Catalystst
1. Lebih Ramah Lingkungan 2. Lowest Cost Production 3. Katalis dapat digunakan kembali 4. Reaksi pada mild Condition 5. Butuh dalam jumlah yang lebih sedikit
1. Terjadi 3 fase dalam reaksi sehingga kecepatan reaksi rendah.
CaO
Yield yang dihasilkan tinggi
Murah dan mudah didapat
Mudah dipisahkan dari produk
Kondisi Reaksi
Ratio molar
Result
References
Yield = 66 %
Kouzu et al
oil : Alkohol Transesterifikasi Waste Cooking Oil pada 1 : 12 = T= 65 oC, t= 1 jam, % CaO = 0,85 wt. Oil: Methanol
(kutipan Keem Lam, 2010)
Dengan memasukkan N2 dalam reaktor.
Katalis CaO hasil kalsinasi Dolomite 1 : 48 =
FAME Content = Ngamcharussrivichai, 2010
(CaCO3) pada 800 oC dengan % wt berat Oil : Methanol
95 %
8% terhadap berat minyak PKO (Palm kernel oil). Pada T=60 oC dan t=3 Jam.
Jatropa Oil ditransesterifikasi pada T = 65 1 : 15 =
Konversi =
oC,
%
t = 6 jam,
% wt CaO = 4 % wt oil
Oil : Methanol
Transesterifikasi soybean oil dengan 1 : 12 = menggunakan 8% CaO , 65 C and 2,03% water content in methanol selama 1,5 jam Oil : Methanol reaksi
Yield 95%
85 Taufiq-Yap, 2010
Xuejun Liu, 2007
RUMUSAN MASALAH Yield yang dihasilkan < yield reaksi homogen katalis
Methanol berlebih 1 : 48 = molar oil : MeOH
CaO 8 % wt dari Oil
Pengaruh waktu dan suhu
TUJUAN mempelajari pengaruh suhu dan waktu reaksi terhadap
karakteristik
reaksi
transesterifikasi
dengan menggunakan CaO sebagai katalis padat dan methanol berlebih.
DAFTAR LAPORAN SKIPSI
Latar Belakang & Tujuan
Metodologi
Hasil Penelitian
Kesimpulan
Pemilihan Variabel Variabel Tetap
Variabel Berubah
1. Ratio molar WCO : MeOH = 1:48 2. Jumlah katalis CaO = 8% wt WCO 3. Pada P=1 atm
1. Suhu (40,45,50,55,dan 60 °C) 2. Lama Reaksi (3,4,5,6 jam)
Variabel Respon Yield reaksi transesterifikasi
Rangkaian Alat Air keluar
Kondensor
Statif
Air masuk Thermometer
Labu Leher dua
Stirer Waterbath
• • • • • • • • • • •
1. Magnet stirer 2. Statif 3. Kondensor reflux 4. Labu leher tiga (250 m) 5. Termometer 6. Waterbath 7. Heater 8. kertas filter (0,7 μm) 9. Corong pemisah 10. Beaker glass 11. Erlenmayer (250 ml)
Alat
• 1. Minyak jelantah • 2. H2SO4 p.a. (95-97 %) • 3. NaOH (0,1 N) • 4. Methanol p.a. • 5. CaO 100 mesh • 6. Larutan p.p • 7. Alkohol 98% • 7. Indikator PP
Bahan
Tahapan Penelitian Pretreatment Bahan Baku
Esterifikasi
Transesterifikasi
Pretreatment Bahan Baku Minyak jelantah disaring
Katalis CaO
CaCO3
↔
CaO +
CO2
Reaksi kalsinasi bersifat reversibel. Pada T= 600-900 t = 2 jam
oC,
(Ngamcharussrivichai, 2010)
Tahapan Penelitian Pretreatment Bahan Baku
Esterifikasi
Transesterifikasi
ESTERIFIKASI
Perbandingan Methanol 1 : 6
DIAMBIL 100 ML
DIPANASKAN HINGGA 60 °c
Dicampur
Dipisahkan antara 2 layer
Asam sulfat 2% Dari massa minyak %
Reaksi esterifikasi Selama 1 jam
Σ ml NaOH
% FFA=
1
1,2
0,95864
2
1,05
0,83881
3
1,25
0,99858
4
1,1
0,87875
5
1,2
0,95864
1,1
0,87875
7
1,2
0,95864
8
1,1
0,87875
9
1,25
0,99858
10
1,15
0,91870
Run ke-
6
% FFA awal
6,351
Methode AOCS 3,53 gram sampel dicampur 50 ml alkohol. Lalu dipanaskan sampai 60 oC sambil diaduk 10 menit. Lalu dititrasi dengan NaOH 0,1 N.
Tahapan Penelitian Pretreatment Bahan Baku
Esterifikasi
Transesterifikasi
TRANS ESTERIFIKASI CaO +
HASIL PENELITIAN
Analisa yang dilakukan :
Analisa GC
Analisa viskositas
HASIL PENELITIAN Temperatur Waktu
40 °C
Hasil analisa GC
45 °C
50 °C
55 °C
60 °C
% FAME % Yield % FAME % Yield % FAME % Yield % FAME % Yield % FAME % Yield
3 jam
88,60
62,07
94,43
70,95
94,59
77,02
98,97
78,71
98,66
81,7
4 jam
91,93
69,32
95,06
79,29
96,68
80,55
98,45
81,28
93,85
73,28
5 jam
98,53
76,49
97,68
79,8
97,87
81,64
89,30
74,82
86,98
64,74
6 jam
98,35
77,77
98,82
80,1
98,22
81,83
86,92
69,68
82,12
59,96
Cara Mencari % Yield FAME =
HASIL PENELITIAN
Pengaruh waktu reaksi Pada suhu 40 - 50 0C, semakin lama waktu reaksi semakin besar pula yield FAME yang dihasilkan.
90 80 70 60
3 Jam 4 Jam 5 jam 6 jam
% Yield
50 40 30 20 10 0 40
45
50
Temperatur (⁰C)
55
60
Untuk suhu reaksi 55 dan 60 C memiliki hasil yang berbeda. Katalis CaO memiliki sifat dapat mengabsorb produk yang menyebabkan semakin berkurangnya kandungan FAME bila melebihi kondisi optimumnya (Taufik-Yap, 2010)
Digliserida dan monogliserida meningkat pada awal waktu reaksi dan kemudian menurun. Pada akhirnya, jumlah dari monogliserida akan lebih tinggi dari digliserida dan yang dibutuhkan untuk reaksi transesterifikasi adalah monogliserida. Fangrui Ma (1999)
HASIL PENELITIAN
Pengaruh suhu reaksi
Waktu reaksi 3 jam Semakin tinggi suhu reaksi maka semakin besar yield FAME yang didapatkan. Peningkatan temperatur akan mempengaruhi peningkatan tumbukan antar molekul reaktan. Peningkatan tumbukan yang terjadi antar molekul reaktan akan memungkinkan semakin besarnya konversi reaksi transesterifikasi (Fangrui Ma, 1999).
HASIL PENELITIAN Waktu reaksi 4 jam
Pengaruh suhu reaksi
Waktu reaksi 5 jam
Waktu reaksi 6 jam
Untuk waktu reaksi 4, 5 dan 6 jam, yield FAME yang didapatkan tidak semakin baik seiring dengan diperbesarnya suhu reaksi. Ini terjadi karena permukaan CaO memiliki kecenderungan mengabsorb produk ketika reaktan dalam kondisi jumlah yang minim. Sehingga jumlah FAME dalam produk semakin kecil dan mengakibatkan yield yang dihasilkan makin kecil (TaufiqYap, 2010).
HASIL PENELITIAN
Hasil analisa Viskositas Viskositas (cSt) Suhu (° C)
Jam
40
45
50
55
60
3
5,176
4,824
4,753
4,645
4,220
4
4,955
4,704
4,654
4,586
4,923
5
4,587
4,646
4,568
4,844
5,256
6
4,129
4,540
4,459
4,936
5,318
Viskositas minyak diesel menurut SNI 04-7182-2006 adalah 2,3 – 6,0 cSt. Viskositas biodiesel dari minyak jelantah berkisar 5,3 mm2/s.( Ayhan Demirbas)
HASIL PENELITIAN
Viskositas (vs) Suhu
6
4
3 jam 4 jam 5 jam 6 jam
3
(cSt)
viskositas
5
2 1 0 40
45
50 (⁰ C) suhu
55
60
Untuk suhu reaksi 40-50 C, semakin lama waktu reaksi maka nilai viskositasnya semakin kecil. Namun untuk suhu 55-60 C memiliki hasil yang berbeda, ini terjadi karena saat waktu reaksi diperpanjang akan terbentuk suatu emulsi putih dalam produk. Emulsi ini yang dapat meningkatkan viscositas produk (Taufik- Yap, 2010)
HASIL PENELITIAN
% yield berdasarkan analisa Viskositas
Berdasarkan pendekatan yang dilakukan oleh M.E Borges dkk, 2010 maka yield biodiesel dapat dihitung sebagai berikut :
% yield FAME dari Uji Viskositas Suhu (° C) Jam
40
45
50
55
60
3
74,04
77,97
78,79
80,05
85,21
4
76,48
79,36
79,95
80,75
76,84
5
80,74
80,04
80,96
77,74
73,17
6
86,36
81,30
82,27
76,70
72,51
KESIMPULAN Dengan menggunakan perbandingan MeOH : minyak 48 :1 dan katalis sebesar 8 % berat dari minyak, maka dapat disimpulkan : •Suhu 40 oC memberikan yield terbaik pada 6 jam •Suhu 45 oC memberikan yield terbaik pada 6 jam •Suhu 50 oC memberikan yield terbaik pada 6 jam •Suhu 55 oC memberikan yield terbaik pada 4 Jam •Suhu 60 oC memberikan yield terbaik pada 3 jam
Charoenchaitrakool, Manop, et al. 2010. “Statistical optimization for biodiesel production from waste frying oil through two-step catalyzed process”. Fuel Processing Technology 92 (2011) 112–118 Demirbas, Ayhan. 2007. “Biodiesel from waste cooking oil via base-catalytic and supercritical methanol transesterification”. Energy Conversion and Management 50 (2009) 923–927 Kouzu, Masato, et al. 2008. “ Calcium Oxide as a Solid Base Catalyst for Transesterification of Soybean Oil and Its application to Biodiesel Production”. Fuel 87 (2008) 2798-2806 Lam, Man Kee, et al. 2010. “Homogeneous, heterogeneous and enzymatic catalysis for transesterification of high free fatty acid oil (waste cooking oil) to biodiesel: A review”. Biotechnology Advances 28 (2010) 500–518 Liu, Xuenjun, et al. 2008. “ Transesterifikasi of Soybean Oil to Biodiesel Using CaO as a Solid Base Catalyst”. Fuel 87(2008) 216-221 Mittelbach, Martin, et al. 2004. “Biodiesel, The Comprehensive Handbook”. Austria : University Graz. Ngamcharussrivichai, Chawalit. 2010. “ Biodiesel Production Through Transesterifikasi over Natural Calciums”. Fuel Prossesing Techonology 91 (2010) 1409-1419
Nur F.H. 2006. “Daur Ulang Minyak Goreng Bekas Pakai (Minyak Jelantah)”. Jakarta : Modul Minyak Jelantah Paryanto, Imam. 2010. “ Biofuel Sebagai Sumber Energi Masa Depan”. Jakarta : BPPT Purbo, Saraswati, et al. 2007. “Kajian Strategis Pengembangan Industri Biodiesel Berbasis Minyak Jelantah di Indonesia”. Bogor : IPB Rachimoellah. 2008. “Pembuatan Biodiesel dari Biji Karet”. Penelitian, Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Semwal, Surbhi, et al. 2011. “Biodiesel Production using Heterogenous Catalysts”. Bioresource Technology 102 (2011) 21561-2161 Suwirta, IW. 2009. “ Preparasi Biodiesel dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit”. Jurnal Kimia 3(1), Januari 2009 :1-6 Yap, Y.H. Taufiq, et al. 2011. “Calcium Based Mixed Oxide Catalysts for Methanolysis of Jatropha Curcas Oil to Biodiesel”. Biomass and Energy 35 (2011) 827-834 Zabeti, Mashoud, et al. 2009. “Activity of Solid Catalysts for Biodiesel Production : A Review”.Fuel Processing Technology 90 (2009) 770-770 Zhang, Y, et al. 2003. “Biodiesel Production From Waste Cooking Oil : 1. Process Design and Technological Assessment”. Bioresource Technology 89 (2003) 1-16
