BAB IV Biodiesel

BAB IV

SINTESIS METIL ESTER

4.1. Tujuan Percobaan

Memahami reaksi pembentukan biodiesel.4.2. Tinjauan PustakaBiodiesel, lebih tepat dengan FAME (fatty acid methyl ester), merupakan BBN yang digunakan untuk menggerakkan mesin-mesin diesel sebagai pengganti solar ( Prihandana, dkk, 2007). Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel (Nurul, dkk, 2010).Teknologi biodiesel memiliki beberapa kelebihan sebagai berikut:

Dapat diperbarui Dapat terurai

Kontinuitas bahan bakunya terjamin (Hambali, dkk, 2007) Mengurangi impor BBM atau Automatic Diesel Oil Meningkatkan kesempatan kerja orang indonesia di dalam negeri

Meningkatkan kemampuan teknologi pertanian dan industri di dalam negeri

Memperbesar basis sumber daya bahan bakar minyak nabati (BBN) Mengurangi pemanasan global dan pencemaran udara, karena biodiesel ramah lingkungan.Sebagai bahan bakar, biodiesel harus memenuhi karakteristik yang ditetapkan oleh SNI seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1.Tabel 4.1. Tabel Karakteristik Biodiesel Yang Ditetapkan Oleh SNI No.ParameterSatuanNilaiMetode UjiMetode Setara

1Densitas pada

40 oCkg/m3850-890ASTM D 1298ISO 3675

2Viskositas pada 40 oCmm2/s2,3-6,0ASTM D 445ISO 3104

3Angka setana-min. 51ASTM D 613ISO 5165

4Titik nyalaoCmin. 100ASTM D 93ISO 2710

5Titik kabut (Cloud Point)oCmax.18ASTM D 2500-

6Titik Tuang (Pour Point)oCmax.18ASTM D97-

7Air dan sedimen%maks. 0,05ASTM D 2709-

8Temperatur destilasi 90%oCmaks. 360ASTM D 1160-

9Angka asamMg-KOH/grmaks. 0,8AOCS Cd 3-63FBI-A01-03

10Gliserol bebas%-beratmaks. 0,02AOCS Ca 14-56FBI-A02-03

11Gliserol total%-beratmaks. 0,24AOCS Ca 14-56FBI-A02-03

12Kadar ester alkil%-beratmin. 96,5DihitungFBI-A03-03

13Bilangan iodineg-I2/100gmaks. 115AOCS Cd 1-25FBI-A04-03

14Abu tersulfatkan%-beratmaks 0,02ASTM D 874ISO 3987

Parameter keterangan biodiesel dapat dijelaskan sebagai berikut:

Densitas (Density), menunjukkan perbandingan massa persatuan volume karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh masin diesel persatuan volume bahan bakar. Massa jenis bahan bakar diesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D 287 atau ASTM DI 298 dan mempunyai satuan kilogram/meter kubik (kg/m3).

Viskositas (kekentalan) Viskositas merupakan sifat intrinsik fluida yang menunjukkan resistensi fluida terhadap alirannya,karena gesekan di dalam bagian cairan yang berpindah dari suatu tempat ke tempat yang lain mempengaruhi pengatoman bahan bakar dengan injeksi kepada ruang pembakaran, akibatnya terbentuk pengendapan pada mesin. Viskositas yang tinggi atau fluida masih lebih kental akan mengakibatkan kecepatan aliran akan lebih lambat sehingga proses derajat atomisasi bahan bakar akan terlambat pada ruang bakar. Untuk mengatasi hal ini perlu dilakukan proses kimia yaitu transesterifikasi untuk menurunkan nilai viskositas minyak nabati itu sampai mendekati viskositas solar (Siboro, 2010). Bilangan setana menunjukkan cepat tidaknya suatu bahan bakar terbakar dalam mesin. Alkil ester mempunyai bilangan setana yang tinggi bila dibandingkan dengan bahan bakar konvensional (Tyson, 2014).

Tititk Nyala (Flash Point), titik nyala adalah titik temperatur terrendah dimana bahan bakar dapat menyala ketika bereaksi dengan udara. Bila nyala terus terjadi secara menerus maka tersebut dinamakan titik bakar (fire point). Titik nyala yang terlampau tinggi dapat menyebabkan keterlambatan penyalaan sementara apabila titik nyala terlampau rendah akan menyebabkan timbulnya denotasi yaitu ledakan kecil yang terjadi sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga dapat meningkatkan resiko bahaya saat penyimpanan. Semakin tinggi titik nyala dari suatu bahan bakar semakin aman penanganan dan penyimpanannya. Titik Kabut (Cloud Point) titik kabut adalah temperatur pada saat bahan bakar mulai tampak berawan (cloudy), hal ini timbul karena munculnyakristal-kristral (padatan) di dalam bahan bakar.Walaupun bahan bakar masih bisa mengalir pada titik ini keberadaan kristal di dalam bahan bakar dapat mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa, dan injector. Titik tuang (pour point) adalah temperatur terendah yang masih memungkinkan terjadinya aliran bahan bakar di bawah pour point bahan bakar tidak lagi bisa mengalir karena terbentuknya Kristal yang menyumbat aliran bahan bakar dan pada cloud pointterjadi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan pour point.

Kadar Air ( Water Contain) Pada negara yang mempunyai musim dingin kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk kristal yang dapat menyumbat aliran bahan bakar. Selain itu keberadaan air dapat menyebabkan korosi dan pertumbuhan mikro organisme yang juga dapat menyumbataliran bahan bakar. Sedimen dapat menyebabkan penyumbatan juga dan kerusakan mesin (Siboro, 2010). Bilangan asam diukur untuk melihat tingkat keasaman suatau bahan bakar diesel. Jika bilangan asam ini tinggi, maka akan menyebabkan pengurangan waktu pemakaian pompa bahan bakardan juga dapat mengurangi waktu pemakaian saringan pada mesin. Bilangan gliserin bebas dan total gliserin diukur untuk menunjukkan sempurna tidaknya suatu trigliserida diubah menjadi alkil ester. Jika bilangan ini tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada mesin (Tyson, 2014). Bilangan Iodine (Number iodine) Angka iodine pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidak jenuhan senyawa penyusun biodiesel, padahal disisi lain keberadaan senyawa tak jenuh meningkatkan performansi biodiesel pada temperatur rendah karena senyawa ini memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah sehingga berkorelasi pada cloud danpour point yang juga rendah (Siboro, 2010). Uji abu sulfat bertujuan untuk memastikan penghilangan semua katalis yang dimasukkan selama proses. Jika kandungan sisa katalis proses yang masih ada dalam alkil ester tinggi dapat menyebabkan terbentuknya endapan pada injektor atau penyumbatan pada saringan mesin (Tyson, 2014).Pembuatan biodiesel dari minyak tanaman memiliki kasus yang berbeda-beda sesuai dengan kandungan FFA. Pada kasus minyak tanaman dengan kandungan asam lemak bebas tinggi dilakukan dua jenis proses, yaitu esterifikasi dan transesterifikasi, sedangkan untuk minyak tanaman yang kandungan asam lemak rendah dilakukan proses transesterifikasi. Proses esterifikasi dan transesterifikasi bertujuan untuk mengubahasam lemak bebas dan trigliserida dalam minyak menjadi metil ester (biodiesel) dan gliserol. Jika proses pembuatan biodiesel hanya melibatkan (pra) esterifikasi dan atau transesterifikasi, maka angka iodium biodiesel akan praktis sama dengan angka iodium minyak lemak (atau asam-asam lemak) bahan mentahnya (Prihandana & Hendroko, 2007).Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel secara komersial dibedakan menjadi 2 yaitu: 1. Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFA rendah.

2. Esterifikasi dengan katalis asam (umumnya menggunakan asam sulfat) untuk minyak nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basa.

Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan jika minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak berkadar FFA tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan

untuk mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester.Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol (Nurul, dkk, 2010).Reaksi esterifikasi adalah:

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi:

Waktu reaksi

Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil.

Pengadukan

Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi makin baik sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Sesuai dengan persamaan Archenius:k = A e(-Ea/RT) ...............................................................(4.1)dimana,T= Suhu absolut (oC)

R= Konstanta gas umum (cal/gmol oK)

E= Tenaga aktivasi (cal/mol)

A= Faktor tumbukan (t-1)

K= Konstanta kecepatan reaksi (t-1) KatalisatorKatalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Suhu reaksiSemakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k makin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar (Nurul, dkk, 2010).

Gambar 4.1. Rangkaian alat untuk proses esterifikasiTransesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.Reaksi transesterifikasi adalah:

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi transesterifikasi:

Pengaruh air dan asam lemak bebas Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% ( 2 % maka dilakukan proses esterifikasi sampai bahan baku mempunyai FFA < 2 %. Jika FFA < 2 % maka dapat melakukan proses transesterifikasi.

Prosedur pengujian Free Fatty Acid (asam lemak bebas):

Menimbang 20 gram minyak dalam Erlenmeyer Memanaskan minyak sampai suhu 40 oC

Memasukkan metanol 96 % sebanyak 50 mL dan 3 tetes indikator PP ke dalam Erlenmeyer Mendinginkan larutan sampai suhu ruangan

Menitrasi larutan dengan larutan KOH 0,1 N sampai terjadi perubahan warna menjadi merah jambu

Mencatat volume titran yang dibutuhkan

Menyatakan asam lemak bebas sebagai % FFA

Perhitungan % FFA:

2. Proses Esterifikasi

Memanaskan 1 liter minyak hingga mencapai suhu 60 oC 65 oC

Menambahkan 2,25 gram metanol dan 0,05 gram asam sulfat untuk setiap gram asam lemak bebas dalam minyak. Mencapurkan asam sulfat dan metanol terlebih dahulu kemudian menambahkannya secara perlahan ke dalam minyak

Melakukan pengadukkan dengan Magnetic Stirrer selama 2 jam

Mendinginkan campuran sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah adalah metanol-air-asam sulfat

Mengukur kembali % FFA.3. Proses Transesterifikasi

Menimbang 2,5 gram natrium hidrokasida dan melarutkannya di dalam 56,44 gram metanol (1,7616 mol metanol)

Memasukkan 250 gram minyak (0,2936 mol minyak) ke dalam labu leher tiga dan memanaskan minyak pada suhu 60 oC

Kemudian memasukkan larutan natrium hidroksida alkoholik ke dalam minyak dan transesterifikasi dilakukan selama 120 menit disertai dengan pengadukan

Menghentikan proses setelah waktu reaksi tersebut

Memisahkan lapisan tersebut dengan menggunakan corong pemisah sampai terbentuk 2 lapisan yaitu lapisan bawah (gliserol dan metanol) dan lapisan atas (crude biodiesel)

Mencuci kelebihan alkohol dan residu katalis dari crude biodiesel dengan menggunakan air panas 80 90 oC

Pencucian diulangi sampai air yang digunakan untuk proses pencucian telah jernih sehingga diperoleh metil ester yang telah bebas pengotor

Penguapan sisa air pencuci yang ada di metil ester dengan memanaskan metil ester sampai temperatur 90 100 oC.

4. Uji densitas metil ester

Menimbang berat piknometer kosong

Memasukkan metil ester kedalam piknometer

Menimbang piknometer yang telah diisi metil ester

Menghitung densitas metil ester.4.6. Data Pengamatan

No.PerlakuanPengamatanKesimpulan

1.Uji FFA

Minyak Lar. ALar. A + PP + CH3OHLar. B

Lar. B Lar. CLarutan berwarna kuning.Terbentuk 2 lapisan.

Warna terbentuk 2 lapisan. Suhu 40 oC

Lapisan atas berwarna putih keruh (CH3OH + H2O) dan lapisan bawah berwarna kuning (minyak).

Lapisan atas berwarna merah jambu dan lapisan bawah berwarna kuning.

Volume titrasi

= 7,1 ml

% FFA

= 0,9572 %

2.Transesterifikasi

NaOH + CH3OH Lar. AMinyak Lar. B

Lar. A + Lar. B Lar. C

Lar. C Lar. D

Lapisan D Lar. ELar. E Lar. DLarutan berwarna putih keruh.Larutan berwarna kuning.Larutan berwarna coklat keruh.Terbentuk 2 lapisan.

Terbentuk 2 lapisan. Larutan berwarna kuning jernih.Lapisan atas berwarna kuning (metil ester) dan lapisan bawah coklat (gliserol).Lapisan atas berwarna kuning (metil ester) dan lapisan bawah tidak berwarna (pengotor dari metanol dan NaOH).Diperoleh metil ester (biodiesel).

3.Uji DensitasBerat piknometer kosong = 16,51 grBerat piknometer kosong + isi = 37,80 gr

Berat isi = 21,9 gr

Volume piknometer = 25 mLDensitas metil ester = 0,85 g/cm3

4.7. Dokumentasi Pengamatan

1. Uji % FFA

2. Proses transesterifikasi

4.8. Perhitungan1. Menghitung % FFA

2. Menghitung densitas metil ester (biodiesel)

4.9. Persamaan Reaksi4.10. Pembahasan 1. Menguji % FFA

Tujuan mengetahui % FFA yakni untuk mengetahui dan menentukan tahap apa yang akan dilakukan dalam pembentukan biodiesel. Jika % FFA < 2 % maka langsung melakukan proses transesterifikasi tanpa melalui tahap esterifikasi, sedangkan jika % FFA > 2 % maka harus melakukan proses esterifikasi terlebih dahulu karena untuk menurunkan kadar FFA. % FFA yang didapatkan pada percobaan ini adalah 0,9572 % sehingga dapat disimpulkan bahwa pembuatan biodiesel ini dapat dilakukan tahap transesterifikasi karena % FFA < 2 %.2. Proses Transesterifikasi

Transesterifikasi merupakan tahap konversi dari minyak nabati menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.

Fungsi bahan dalam pembuatan biodiesel: Metanol berfungsi sebagai sebagai reaktan pembentuk biodiesel, sebagai pelarut NaOH, dan sebagai sebuah aditif petrol untuk meningkatkan pembakaran, atau kegunaannya sebagai sebuah bahan bakar.

Natrium hidroksida berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat reaksi.

Pencucian dengan air panas dengan suhu 8090 oC bertujuan untuk memindahkan sisa katalis atau menghilangkan sisa gliserol dan metanol yang berlebih. Pemisahan bertujuan untuk memperoleh biodiesel murni.

Pengaruh suhu pada reaksi bertujuan untuk meningkatkan konversi biodiesel yang dihasilkan dan karakter biodiesel cenderung semakin memenuhi spesifikasi bahan bakar diesel.3. Uji Densitas Metil Ester

Pada percobaan ini didapatkan nilai densitas metil ester (biodiesel) sebesar 0,85 g/cm3.4.7. KesimpulanBiodiesel dapat dibentuk melalui 2 tahap yakni proses esterifikasi dan transesterifikasi. Proses esterifikasi dilakukan jika hasil % FFA > 2 %, sedangkan proses transesterifikasi dilakukan jika hasil % FFA < 2 %. % FFA sebesar 0,9572 % dan densitas sebesar 0,85 g/cm3.DAFTAR PUSTAKAHambali, Erliza, dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Agromedia: JakartaPrihandana, Rama & Hendroko, Roy. 2007. Energi Hijau. Swadaya: JakartaPrihandana, Rama, dkk. 2007. Meraup Untung dari Jarak Pagar. Agromedia: JakartaNurul, H,. Maharani dan Zuliyana. 2010. Pemubuatan Metil Ester (biodiesel) dari Minyak dedak dan Metanol Dengan Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi, http://eprints.undip.ac.id/13454/1/ARTIKEL_ILMIAH.pdf., diakses tanggal 12 Desember 2014.Siboro, Jamson. 2010. Pengaruh Lama Reaksiterhadap Perubahan Karakteristik Biodiesel Turunan Minyak Kacang Tanah Dengan Menggunakan Katalis CaO Dan Cosolvent Eter, http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19403-/4/Chapter%20II.pdf., diakses tanggal 12 Desember 2014. Tyson. 2014. Biodiesel dari Minyak Nabati, http://che.unsyiah.ac.id/wpcontent/upload-s/sites/4/2014/01/Biodiesel-Dari-Minyak-Nabati.pdf.,

diakses tanggal 12 Desember 2014. EMBED ChemDraw.Document.6.0

KOH

EMBED ChemDraw.Document.6.0

NaOH


dititrasi

KOH

diaduk

dipisahkan

dicucui air

panas

Gambar 4.3. Minyak + etanol + PP

Gambar 4.2. Minyak dipanaskan

Gambar 4.4. Hasil titrasi dengan KOH

Gambar 4.6. Pengadukan NaOH + metanol + minyak dengan dipanaskan

Gambar 4.5. NaOH + metanol

Gambar 4.7. Pemisahan etil ester dengan gliserol

Gambar 4.8. Pencucian etil ester dengan air panas

Gambar 4.10. Piknometer yang berisi etil ester

Gambar 4.9. Etil ester dipanaskan


NaOH



NaOH


_1478323750.cdx

_1480216006.unknown

_1480216035.unknown

_1480234086.unknown

_1478323752.unknown

_1478323753.cdx

_1478323751.unknown

_1478323746.unknown

_1478323747.unknown

_1478323745.unknown

Documents

BAB IV Biodiesel