PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PROSES PEMBUATAN BIODIESEL MENGGUNAKAN KATALIS HETEROGEN DAN BERBANTUKAN

ULTRASONIK

Oleh :Achmad Hambali (Ketua)Nim : 12 644 024

Bunga Mega Putu Ijayanti (Penulis II)Nim : 12 614 005

Rifka Ria (Penulis III)Nim : 12 614 006

JURUSAN TEKNIN KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

2013

Kata Pengantar

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-

Nya dapat menyelesaikan paper ini. Penulis Menyadari bahwa paper ini dapat penulis

selesaikan karena bantuan semua pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan

ucapan terima kasih kepada:

1. Ramli Yusuf, ST, M.Eng. Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda.

2. Marlinda, S.T, M.Eng. Dosen Pembimbing

3. Zaenal Arifin, S.T, M.Eng Dosen Pembimbing

4. Temen-teman yang telah memberikan dukungan dalam pembuatan paper ini

Semoga sumbangan pemikiran dalam paper ini dapat berguna khususnya untuk penulis, dan

masyarakat sekitar.

Samarinda, Mei 2013

Penulis

SPC - PETROFORIA 2013 1

PENGEMBANGAN TEKNOLOGI PROSES PEMBUATAN BIODIESEL MENGGUNAKAN KATALIS HETEROGEN DAN BERBANTUKAN

ULTRASONIK

Achmad Hambali*, Rifka Ria, Bunga Mega Putu

Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Samarinda*Email: mogudespraux@gmail.com

081347369865

AbstrakMinat pengembangan bahan bakar terbarukan meningkat secara substansial dalam

beberapa tahun terakhir. Banyak kepentingan dibalik pengembangan ini seperti tren kenaikan

biaya bahan bakar tradisional, masalah lingkungan terkait bahan bakar fosil, dan

meningkatkanketergantungan pada energi asing. Hal ini menyebabkan peningkatan permintaan

biodiesel sebagai bahan bakar alternatif. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif mesin

diesel yang mendapatkan perhatiandi seluruh dunia. Kelebihan biodiesel adalah tidak beracun,

biodegradable, dan dapat digunakan secara langsungdi sebagian mesin diesel tanpa

memerlukan banyak modifikasi. Tulisan ini bertujuan menggali potensi pengembangan katalis

heterogen berbasis limbah tandan kosong sawit serta inovasi penggunaan ultrasonik dalam

rangka perbaikan dan pengembangan teknologi proses produksi biodiesel.

Secara konvensional, biodiesel banyak diproduksi menggunakan katalis basa homogen

dibanding asam homogen untuk mempercepat reaksi transesterifikasi. Hasil konversi

transesterifikasi menggunakan katalis KOH sekitar 70-80% dengan perbandingan reaktan 1:6.

Penggunaan KOH dapat digantikan dengan katalis padat (heterogen) yang juga bersifat basa

seperti abu tandan kosong sawit (TKS). Jumlah abu TKS di Kalimantan Timur mencapai 2,4 juta

ton dan belum termanfaatkan secara optimal. Unsur Kalium dalam abu TKS berpotensi sebagai

katalis basa heterogen. Kandungan Kalium dalam abu TKS sekitar 29,82% (b/b). Konversi

biodiesel meningkat seiring dengan jumlah abu TKS yang digunakan. Hasil optimum dicapai

pada rasio berat abu terhadap minyak 6% dengan konversi 69,67%. Hasil tersebut tidak jauh

berbeda ketika menggunakan KOH. Penggunaan abu TKS jelas lebih ekonomis karena murah,

dapat digunakan kembali, dan proses pemisahan produk hasil lebih mudah.

Inovasi penggunaan gelombang ultrasonik dalam reaksi transesterifikasi berpotensi

mempersingkat waktu reaksi dengan kualitas biodiesel yang sesuai standar bahan bakar solar.

Penggunaan ultrasonik juga dapat mengurangi input energi proses yang digunakan. Pada

penggunaan ultrasonik, pemberian panas lebih merata sehingga kemungkinan tumbukan antar

molekul semakin banyak. Semakin banyaknya tumbukan ini, dapat mempercepat reaksi

transesterifikasi. Diharapkan dengan kombinasi penggunaan abu TKS sebagai katalis dan

SPC - PETROFORIA 2013 2

teknologi ultrasonik pada pembuatan biodiesel, dapat mengurangi biaya dan waktu proses

produksi.

Kata kunci: biodiesel, katalis, ultrasonik

SPC - PETROFORIA 2013 3

BAB I

Pendahuluan

1.1 Latar belakang

Bahan bakar minyak yang berbahan baku fosil tergolong bahan bakar yang tidak

terbarukan (unreneweable). Akibat pertumbuhan penduduk dan industri, penggunaan BBM

terus meningkat sementara cadangan minyak semakin menipis, sehingga sangat

berpotensi menimbulkan krisis energi pada masa yang akan datang. Oleh karena itu, untuk

mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan pada BBM perlu diadakan

diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang terbarukan (renewable).

Salah satunya adalah energi alternatif yang berasal dari minyak tanaman / tumbuhan

(Posman, 2003 dalam Suirta, 2009 ).

Contoh energi alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti solar adalah

biodiesel. Secara teknis, biodiesel memiliki kinerja yang lebih baik dari pada solar,

biodiesel juga merupakan bahan bakar yang ramah terhadap lingkungan, serta biodiesel

tidak mengandung bahan berbahaya seperti Pb, bersifat biodegradable, emisi gas

buangnya juga lebih rendah dibandingkan emisi bahan bakar diesel. Biodiesel memiliki

efek pelumasan yang tinggi sehingga dapat memperpanjang umur mesin dan memiliki

angka setana yang tinggi ( > 50).( Aziz, dkk, 2011). Hal inilah yang menyebabkan

peningkatan permintaan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif.

Saat ini, harga biodiesel masih lebih tinggi dibandingkan solar dari minyak bumi. Hal

ini disebabkan harga bahan baku yang tinggi dan masih bersaing dengan kebutuhan

pangan. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan minyak jelantah sebagai

bahan baku minyak nabati. Minyak jelantah telah mengalami perubahan, baik sifat fisik

maupun kimianya, bahkan bersifat karsinogenik (racun) bagi tubuh manusia. Pemanfaatan

minyak goreng bekas untuk pembuatan biodiesel akan memberikan beberapa keuntungan,

diantaranya dapat mereduksi limbah rumah tangga atau industri makanan dan mereduksi

biaya produksi biodiesel sehingga harganya lebih murah dibanding dengan menggunakan

minyak nabati murni.

1.2 Katalis reaksi transesterifikasi

Pembuatan biodiesel selama ini lebih banyak menggunakan katalis homogen, seperti

asam dan basa. Katalis asam jarang digunakan karena bersifat korosif saat proses

sehingga merusak reaktor dan dapat pula merusak mesin diesel pada saat penggunaan

karena katalis asam ini masih ada yang ikut pada produknya, pada produk yang dihasilkan

Salah satu contoh katalis homogen basa yang sering digunakan sebagai katalis pada

SPC - PETROFORIA 2013 4

pembuatan biodiesel adalah KOH, berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Azis,dkk

(2011) pembuatan biodiesel berbahan dasar Minyak jelantah dengan katalis KOH

memperoleh yield biodiesel pada reaksi transesterifikasi sebesar 88%.

1.3 Perkembangan teknologi proses pembuatan biodiesel

Proses pembuatan biodiesel umumnya dilakukan secara konvensional. Reaksi

transesterifikasinya dilakukan pada labu estrans yang dilengkapi dengan termometer,

kondensor, dan pengaduk magnetik. Kecepatan pengadukan berpengaruh terhadap

kecepatan reaksi. Semakin tinggi kecepatan pengadukan akan meningkatkan pergerakan

molekul dan menyebabkan terjadinya tumbukan. Dengan semakin banyaknya metil ester

yang terbentuk menyebabkan pengaruh pengadukan semakin rendah (tidak signifikan)

sampai dengan terbentuknya keseimbangan (Noureddini dan Zhu,1997 dalam Asthasari,

2008). Proses konvensional ini memakan waktu yang cukup lama. Akhir-akhir ini

berkembang teknologi pembuatan biodiesel yang lebih cepat dan efisien yaitu dengan

menggunakan bantuan gelombang ultrasonik.

Dalam paper ini dilakukan pengkajian pengembangan katalis, terutama untuk

menjawab permasalahan dari katalis homogen, yang masih sering digunakan namun

memiliki banyak kekurangan. Dengan penggunaan katalis heterogen, permasalahan yang

ditimbulkan oleh katalis homogen dapat diatasi, dan menghasilkan konversi biodisel yang

lebih optimal. Salah satu contoh katalis heterogen berbasis limbah biomassa adalah abu

tandan kosong sawit. Penggunaan katalis dari tandan kosong sawit, sangat

menguntungkan dalam sisi biaya produksi, karena dapat digunakan kembali dan banyak

tersedia di alam. Sehingga diharapkan dapat dihasilkan biodisel dengan kualitas bagus

dengan biaya produksi murah. Selain itu, di dalam paper ini membahas mengenai

pengguna teknologi dalam proses konversi untuk mempercepat prosesnya.

SPC - PETROFORIA 2013 5

BAB II

Isi

Reaksi dasar pembuatan biodiesel adalah transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester.

Pembuatan biodiesel dapat menggunakan berbagai macam bahan baku misalnya minyak

jelantah. Pemilihan bahan baku ini didasarkan pada kandungan asam lemak bebasnya.

Kandungan asam lemak bebas yang tinggi dapat menurunkan hasil konversi karena terjadinya

reaksi penyabunan. Banyak peniliti menyarankan penggunaan bahan baku yang kadar asam

lemak bebasnya dibawah 1% sehingga tidak memerlukan reaksi esterifikasi dalam proses

pembuatan biodiselnya.

Reaksi tranesterifikasi :

Gambar 1. Reaksi pembentukan metil ester

Pada reaksi diatas, katalis yang umumnya digunakan adalah KOH. Menurut Aziz dkk,

2011, konversi biodisel dari minyak goreng bekas menggunakan katalis KOH adalah sebesar

88%. Biodisel yang dihasilkan memenuhi standar yang ditetapkan oleh SNI.

KOH yang selama ini digunakan sebagai katalis homogen dapat digantikan dengan

katralis heterogen yang berwujud padat. Katalis heterogen yang berwujud padat menawarkan

banyak kelebihan dibandingkan katalis homogen, seperti dapat mengurangi biaya produksi

mengingat katalis yang digunakan dapat diregenerasi secara berulang, dan menjawab

permasalahan katalis homogen terutama terkait dengan isu lingkungan. Pada pengujian katalis

heterogen pembuatan biodiesel yang dilakukan oleh Peterson dan Scarrah (1984) (dalam

Asthasari, 2008) menyimpulkan bahwa katalis yang mengandung campuran unsur Ca, Mg dan

K menghasilkan rendemen ester yang tinggi. Pada penggunaan katalis heterogen, reaksi

penyabunan diharapkan dapat dicegah. Proses pemisahan produk dari hasil konversi

menggunakan katalis homogen, dilakukan dengan cara pencucian menggunakan air panas.

Keberadaan air panas inilah yang memungkinkan terjadinya reaksi penyabunan. Sedangkan

pada penggunaan katalis heterogen, proses pemisahan produk dilakukan dengan cara

penyaringan sehingga reaksi penyabunan dapat dihindari.

SPC - PETROFORIA 2013 6

R’

O

+ H2O

R’ OH

O

+ ROH

R’ OHH

O

+

R’

O

+ H2ONaOH

O-Na+

OR

Reaksi penyabunan yang terjadi adalah :

Gambar 2. Reaksi Penyabunan

Pembuatan katalis abu TKS umumnya dilakakan dengan cara membakar tandan kosong

sawit tersebut dan abunya dikeringkan dengan suhu sekitar 1100C. Berdasarkan Yoeswono,

dkk (2007), Kandungan Kalium dalam abu TKS adalah sekitar 29,82% (b/b). Konversi biodiesel

meningkat seiring dengan jumlah abu TKS yang digunakan. Hasil optimum dicapai pada rasio

berat abu terhadap minyak 6% dengan konversi 69,67%.

Proses pengolahan biodiesel umumnya dilakukan secara konvensional. Proses

pengolahan ini akan memakan waktu yang cukup lama karena pada proses pengadukannya

hanya mengandalkan pengaduk mekanis sehingga pengadukannya tidak merata. Proses

pengadukan dapat dipercepat dengan bantuan gelombang ultrasonik. Menurut Suslick, dkk

1999(dalam Dono, 2012), aplikasi gelombang ultrasonik dalam cairan dapat menciptakan

kavitasi dan hot spot, sehingga hal itu dapat meningkatkan semua tingkat reaksi kimia.

Selain itu, pada penggunaan ultrasonik, pemberian panas lebih merata sehingga

kemungkinan tumbukan antar molekul semakin banyak. Semakin banyaknya tumbukan inilah

yang dapat mempercepat reaksi transesterifikasi.

Dari data percobaan yang telah dilakukan Marlinda (2010) dengan perbandingan

pereaksi 1:4, suhu reaksi 550C dengan katalis KOH 1% dan waktu reaksi selama 60 menit,

variasi waktu reaksi dilakukan tiap 10 menit. Hasil perbandingan proses konvensional dan

ultrasonik dapat dilihat pada Grafik 1.

SPC - PETROFORIA 2013 7

0 10 20 30 40 50 60 700

102030405060708090

100

Konvensionalultrasonik

Waktu Reaksi (menit)

Konv

ersi

(%)

Grafik 1. Hubungan konversi dengan waktu reaksi antara proses konvensional dengan ultrasonik

Dari Grafik 1 menunjukkan bahwa proses dengan menggunakan gelombang ultrasonik

menghasilkan konversi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa ultrasonik. Perbandingan

reaktan yang sama 1:4 katalis 1% dan suhu reaksi sekitar 550C dan sebelum masuk ke dalam

masing-masing reaktor minyak sawit dipanaskan 700C dan metanol sekitar 500C. Dengan

perlakuan, pada proses konvensional direaksikan kedalam reaktor batch sirkulasi dan dan pada

proses dengan bantuan ultrasonik digunakan reaktor ultrasonik berupa ultrasonic cleaner yang

direaksikan selama 60 menit. Pada Grafik 1 menunjukkan pengaruh gelombang ultrasonik yang

dapat mempercepat reaksi transesterifikasi minyak sawit dan metanol dapat dilihat dari konversi

yang diperoleh. Sehingga pengaruh gelombang ultrasonik pada ultrasonic cleaner dengan

frekuensi 42 KHz dan power 35 watt dapat membantu pembuatan biodiesel. Gelombang

ultrasonik dapat membantu proses reaksi transesterifikasi dari minyak sawit dan metanol,

dengan pengaruh kavitasi dan termal yang digunakan oleh ultrasonic cleaner dapat membantu

atau memberikan energi yang sangat besar untuk bereaksi sehingga kecepatan reaksi dapat

meningkat. Laju reaksi yang meningkat sehingga konversi pembentukan metil ester (biodiesel)

pun meningkat dalam waktu yang lebih pendek dibanding dengan yang tanpa ultrasonik.

SPC - PETROFORIA 2013 8

BAB III

Kesimpulan

Berdasarkan studi literatur yang telah dilakukan, direkomendasikan kombinasi penggunaan

abu tandan kosong sawit dan teknologi gelombang ultrasonik pada pembuatan biodiesel.

Diharapkan dengan kombinasi tersebut dapat mengurangi biaya produksi dan mempercepat

waktu proses produksi.

SPC - PETROFORIA 2013 9

Daftar Pustaka

Arthasari, R. U. (2008). “Kajian Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah dengan Menggunakan Katalis Abu Tandan Kosong Sawit”. Laporan Skripsi, IPB Bogor.

Aziz, I., Nurbayati, S. & Ulum, B. (2011). “Pembuatan Produk Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas dengan Cara Esterifikasi dan Transesterifikasi”. Valensi, Vol. 2, No. 3, Hal. 443-448.

Dono, A. & Arifin, Z. (2012). “Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik pada Proses Deastilasi dalam Rangka Produksi Kitosan Berbasis Limbah Udang”. Prosiding Seminar Nasional Soebardjo Brotohardjono IX, UPN Veteran Jawa Timur.

Marlinda. (2010). “Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit Berbantukan Gelombang Ultrasonik”. Laporan Penelitian, Teknik Kimia Politeknik Negeri Samarinda.

Suirta, I. W. (2009). Preparasi Biodiesel dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit”. JURNAL KIMIA 3 (1), Hal. 1-6.

Yoeswono, Triyono & Tahir, I. (2007). “Pemanfaatan Limbah Abu Tandan Kosong Sawit Sebagai Katalis Basa pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak”. J. Manuasia dan Lingkungan, Vol. 14, No. 2, Hal. 55-62.

SPC - PETROFORIA 2013 10