TRANSESTERIFIKASI(PEMBUATAN BIODIESEL)

Oleh : Nancy sd

I. PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Bahan bakar minyak yang semakin langka dan harganya yang terus melambung, mendorong berbagai pihak untuk melakukan penghematan dan mencari bahan bakar alternatif (http://www.pustaka-depton.go.id,2009). Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan, tidak mempunyai efek terhadap kesehatan dan dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor.

Biodiesel terbuat dari minyak nabati yang berasal dari sumber daya yang dapat diperbaharui, antara lain kelapa sawit, kedelai, bunga matahari, jarak pagar dan lain-lain. Selain itu dapat pula dibuat dari minyak bekas penggorengan. Biodiesel dapat dibuat melalui proses transesterifikasi, esterifikasi atau proses esterifikasi-transesterifikasi (E. Hambali, 2007)

I.2 Tujuan Percobaan

Mampu membuat metil/etil ester (biodiesel) dari trigliserida (minyak) melalui transesterifikasi

Memahami tahapan dan kinetika reaksi transesterifikasi minyak nabati Melakukan pengujian terhadap produk metil/etil ester sesuai dengan persyaratan mutu

biodiesel Indonesia, SNI-04-7182-2006.

II. LATAR BELAKANG

Minyak nabati merupakan triester asam-asam lemak dengan gliserol (trigliserida) yang mempunyai berat molekul besar. Pada umumnya memiliki komposisi asam lemak yang berbeda tergantung dari jenis tanamannya. Zat-zat penyusun utama minyak nabati adalah trigliserida, yaitu triester gliserol dengan asam-asam lemak (C8-C24), asam lemak bebas (FFA), mono dan digliserida serta beberapa komponen lain seperti fosfogliserida, vitamin, mineral atau sulfur (E. Hambali, 2007 ; Mittelbach, 2004).

Antara minyak nabati dan biodiesel terdapat persamaan , yaitu sama-sama mempunyai komponen penyusun utama yang berupa asam-asam lemak dengan konsentrasi ≥ 90% berat minyak. Perbedaannya terletak pada viskositasnya, minyak nabati mempunyai nilai yang lebih tinggi daripada biodiesel. Dalam hal ini biodiesel merupakan monoester asam lemak dengan metanol (ITB dan PT Rekayasa Industri, 2007; NS Djenar dan N. Lintang, 2012). Nilai viskositas yang tinggi akan menyulitkan pemompaan masuknya bahan bakar dari tangki ke

Transesterifikasi Page 1

ruang bahan bakar mesin dan menyebabkan atomisasi lebih sukar tejadi. Hal ini mengakibatkan pembakaran kurang sempurna dan menimbulkan endapan pada nosel (E. Hambali, 2007)

Kandungan asam lemak bebas (FFA) dari minyak nabati merupakan salah satu faktor penentu jenis pembuatan biodiesel (E.Hambali, 2007, NS Djenar dan N lintang, 2012). Jika kandungan FFA masih tinggi (>2%), maka perlu dilakukan proses esterifikasi terlebih dahulu. Akan tetapi bila kandungannya cukup rendah (<2%) dapat langsung dilakukan proses transesterifikasi.

Pada transesterifikasi atau alkoholisis, satu mol trigliserida direaksikan dengan tiga mol alkohol untuk menghasilkan satu mol gliserol dan tiga mol alkil ester asam lemak. Proses ini terdiri dari tiga reaksi reversible yaitu molekul trigliserida diubah secara bertahap menjadi digliserida, monogliserida dan gliserol. Pada setiap tahap reaksi akan digunakan satu mol alkohol dan melepaskan satu mol ester.

Pada reaksi berikut ini, ditunjukkan tahapan reaksi transesterifikasi dengan metanol (metanolisis).

Skema Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida dengan Metanol(Sumber: Mittelbach,2004)

Berdasarkan penelitian Darnoko dan Cheryan (2000) disebutkan bahwa reaksi transesterifikasi

merupakan reaksi orde-2 dengan tahapan reaksi sebagai berikut,

Transesterifikasi Page 2

k1

TG + CH3OH DG + R1COOCH3

k2

k3

DG + CH3OH MG + R2COOCH3

k4

k5

MG + CH3OH GL + R3COOCH3

k6

Reaksi menyeluruh:

k7

TG + 3CH3OH GL + 3RCOOCH3

k8

Untuk mendorong agar keseimbangan bergerak ke arah kanan, maka jumlah metanol yang ditambahkan harus berlebih dari jumlah stoikiometrinya. Dengan demikian harga k7 >>>> k8

dan diharapkan akan menghasilkan biodiesel yang lebih banyak. Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, produk

biodiesel yang diperoleh dapat mencapai maksimum, tetapi reaksinya berjalan lambat. Katalis

yang biasa digunakan pada proses transesterifikasi adalah katalis basa baik homogen maupun

heterogen. Hal-hal yang mempengaruhi reaksi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi

adalah sebagai berikut ((Mittelbach, 2004).

a. 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 (< 0,2%).

Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas air. Adanya kandungan air akan

menyebabkan jumlah katalis berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar

tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.

b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan minyak nabati

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1

mol trigliserida sehingga diperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol

dengan minyak nabati 4,8:1 dapat menghasilkan konversi 98 %. Secara umum ditunjukkan

Transesterifikasi Page 3

bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan

semakin bertambah (Mittelbach, 2004).

c. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengan

menggunakan etanol atau butanol.Metanol bersifat lebih reaktif dibandingkan dengan etanol

maupun butanol. Selain itu metanol mudah diperoleh dalam bentuk absolut dan harganya lebih

murah.

d. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan

katalis asam, pada umumnya katalis yang digunakan sebanyak 0,5-1,0% berat minyak

(E.Hambali, 2006).

Katalis basa yang biasanya digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis homogen

seperti natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3)

dan kalium metoksida (KOCH3). Penggunaan KOH lebih baik dibandingkan NaOH karena KOH

memiliki berat molekul lebih besar sehingga pemisahan fasa antara biodiesel dengan gliserol

dapat terlihat lebih jelas (Mittelbach, 2004).

Saat ini banyak peneliti yang menggunakan katalis heterogen seperti kalsium oksida (CaO) atau

MgO. Dalam hal ini pemisahan antara biodiesel dengan produk sampingnya lebih mudah

dibandingkan dengan menggunakan katalis homogen. Namun demikian, CaO murni harganya

lebih mahal dibandingkan dengan NaOH atau KOH yang umum digunakan.

e. Metanolisis Crude dan Refined Minyak Nabati

Perolehan metil ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati murni (refined oil).

Namun apabila produk metil ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup

digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan getahnya dan disaring.

f. Pengaruh Suhu

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada suhu 30-65˚C (titik didih metanol sekitar 65˚C).

Semakin tinggi suhu, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih

Transesterifikasi Page 4

singkat. Suhu yang rendah akan menghasilkan konversi yang lebih tinggi namun dengan waktu

reaksi yang lebih lama.

Pada pembuatan biodisel (alkil ester) terdapat beberapa tahap pengerjaan yaitu ;

Penentuan jumlah katalis Pembuatan senyawa alkoksi Reaksi transeterifikasi Pemisahan biodisel dari gliserol Pencucian (penetralan) dan pengeringan Pengujian terhadap produk metil/etil ester sesuai dengan persyaratan mutu biodiesel

Indonesia, SNI-04-7182-2006 .

III. PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan yang Digunakan

a. Alat-alat ; neraca teknis, labu erlenmeyer 500 ml, gelas kimia 100 dan 250 ml gelas ukur 1 liter, 250, dan 500 ml labu leher tiga (reaktor) 1 liter dilengkapi dengan peralatan refluks corong pemisah 500 ml atau 1 liter,

b. Bahan-bahan kimia yang diperlukan : Minyak goreng atau minyak nabati lainnya KOH

metanol asam asetat glacial aquadest

Transesterifikasi Page 5

3.2. Rancangan Percobaan

a. Blok Diagram

b. Diagram Alir Transesterifikasi:

(Sumber: E.Andrijanto, Jobsheet Prakt. Satuan Proses,2004)

c. Rangkaian Peralatan Transesterifikasi

Transesterifikasi Page 6

Penentuan jumlah katalis, alkohol dan minyak dan

analisis/uji minyak

Pembuatan Senyawa Alkoksi

Transesterifikasi

(Suhu, waktu)

PemisahanBiodiesel dari

gliserol

Penetralanpencucian dan

pengeringan

Analisis /UjiProduk

1. Reaktor 1 buah2. Penangas parafin 1 buah3. Kondensor 1 buah . 4. Termometer 1 buah5. Tabung CaCl2 6. Motor pengaduk 1 buah7. Selang silikon 75 cm, 3 buah

(Sumber: NS . Djenar, Jobsheet Prak. Satuan Proses)

3.3 Analisis dan Uji Bahan Baku (Minyak) FFA Bil.asam Viskositas Kinematik Densitas Kadar air

3.4 Pembuatan Senyawa Alkoksi Buat campuran antara metanol dengan KOH Jumlah KOH yang digunakan adalah berkisar antara 0,5-1% minyak (lihat bab II) dan

disesuaikan dengan metanol yang digunakan Kebutuhan metanol dapat dihitung dari perbandingan mol metanol: minyak = 3:1

sampai dengan 6:1. Jumlah metanol kurang lebih 20% w/w dari jumlah minyak.

3.5 Reaksi Transesterifikasi Refluks minyak sampai suhu kurang lebih 550C di dalam labu leher tiga Masukkan seluruh kalium metoksida kedalam reaktor melalui corong tetes

Transesterifikasi Page 7

Panaskan kedua campuran tersebut hingga mencapai suhu 600C. Pertahankan suhu tersebut selama 60 menit. Dinginkan dan keluarkan dari reaktor

3.6 Pemisahan Produk Biodiesel Biarkan campuran di atas selama 8 jam, maka larutan akan terpisah menjadi 2

lapisan. Lapisan atas biodiesel (metil ester, air, KOH, minyak yg tidak terkonversi, metanol

sisa). Lapisan bawah berupa gliserol dan air. Atau biarkan campuran pada suhu 380C selama 1 jam maka gliserol akan menjadi

semi cair.

3.7 Pencucian dan Pengeringan Ukur pH biodiesel yang diperoleh Bila basa, tambahkan biodiesel dengan asam asetat glacial 0,1% sampai pHnya

netral. Cuci dengan aquadest bila pH biodiesel telah netral Keringkan produk biodiesel yang telah dicuci (penetralan) dengan memanaskan pada

suhu 1000C, sehingga semua air menguap. Dinginkan biodiesel sampai suhu kamar Biodiesel siap digunakan.

3.8 Analisis Kimia dan Fisika Produk Biodiesel

Ukur viskositas kinematik dengan viscometer Brookfield. Ukur densitas dengan piknometer Uji heating value Uji pembakaran Hitung % yield dan bandingkan dengan teori Hitung kadar FFA dan bilangan asam. Bandingkan secara keseluruhan dengan Standar Mutu Biodiesel Indonesia dalam

SNI -04-7182-2006

3.9 Tabel Data

a. Persiapan

Transesterifikasi Page 8

No.

Bahan Volume/Berat Massa Molekul

Rumus Titik Didih

1.

2.

3.

Minyak nabati

Metanol

KOH

b. Kondisi Proses

Waktu Suhu Penangas

Suhu reaktor

Pengamatan

Keterangan

c. Perhitungan Hasil Proses

No. Hasil proses Besaran

1.

2.

3.

4.

Biodiesel kasar

Gliserol

Biodiesel murni

Yield (%)

d. Analisis/Uji Fisika dan Kimia

No. Sifat Fisika /kimia Biodiesel Besaran

Transesterifikasi Page 9

1.

2.

3.

4.

5.

Viskositas Kinematik

Densitas

Heating value

Bil. Asam

FFA

3.10 Perhitungan %Yield Biodiesel

• Mol biodiesel = massa biodiesel (g) / berat molekul biodiesel (g/mol)

• %Yield Biodiesel = mol biodiesel yang diperoleh x 100%

mol minyak yang digunakan

(Sumber : Himmelblau, 1989)

IV. KESELAMATAN KERJA

Gunakan peralatan keselamatan kerja seperti sarung tangan, masker, kacamata ketika bekerja dengan NaOH atau KOH dan natrium metoksida.

Bila menggunakan NaOH , basa ini akan bereaksi dengan aluminium, seng dan timah. Sehingga selama bekerja jangan menggunakan peralatan yang terbuat dari bahan-bahan tersebut.

Hindari menghirup uap-uap organik seperti metanol, uapnya berbahaya untuk mata. Sirkulasi udara di laboratorium harus dalam keadaan baik dan tersedia air yang

mengalir untuk membasuh anggota tubuh jika terjadi kecelakaan.

V. MSDS (MATERIAL SAFETY DATA SHEETS) BAHAN / ZAT KIMIA Lihat di lampiran

DAFTAR PUSTAKA

1. Andrijanto, E, 2004. Pembuatan Biodiesel. Jobsheet Praktikum satuan Proses

Transesterifikasi Page 10

2. Darnoko,R and Cheryan, 2000. Kinetics of Palm Oil transesterification, Journal Of

American Oil Chem. Soc, 77(12): 1269-72.

3. Hambali, Erliza, dkk, 2007. Teknologi Bioenergi, Jakarta : Agromedia

4. ITB dan PT Rekayasa Industri, 2007. Intensifikasi Proses Produksi Biodiesel,

laporan penelitian

5. Mittelbach, M,Remschmidt, Claudia, 2004. Biodiesel The Comprehensive Handbook,

Vienna: Baersedruct Ges mbH.

6. NS Djenar dan N Lintang, 2012. Esterifikasi Minyak Kemiri Sunan (Aleurites

trisperma) dalam Pembuatan Biodiesel, Jurnal Terakreditasi Bionatura ISSN 1411-

0903, 14(3): 219-225.

7. (http://www.pustaka-depton.go.id,2009)

RANCANGAN UMUM PEMBUATAN BIODIESEL DARI BAHAN

BAKU NABATI

Transesterifikasi Page 11

EKSTRAKSI

DESTILASI

DEGUMMING

NETRALISASI

n - Heksana

n – Heksanarecovery

Inti Biji Kemiri

Getah

Asam Phospat 0.8%

NaOH 0,5 N

Asam Lemak Bebas

TRANSESTERIFIKASIT = 30 – 65 0C, waktu 1,2,3 jam

Minyak Kemiri

PEMISAHAN(Ekstraksi)

PENCAMPURAN

NatriumMetoksida

NaOHMetanol

DESTILASIDESTILASI

Biodiesel KasarGliserol Kasar

MetanolRecovery

PEMBERSIHAN(Kocok)

PEMANASAN

ANALISIS FISIKA dan KIMIA

Biodiesel

Biodiesel Murni

Air Hangat

Pengotordan Air

Uap Air

PENENTUAN %YIELD BIODIESEL

PENENTUAN TEMPERATUR danWAKTU OPTIMUM

Gliserol

TahapPersiapan

TahapPelaksanaan

TahapAnalisis

MetanolRecovery

UJI COBA BIODIESEL

(Sumber : NS Djenar dan N Lintang, 2012)

Transesterifikasi Page 12