transesterifikasi menggunakan NaOH

8/16/2019 transesterifikasi menggunakan NaOH

1/12

103

VOLUME 2 No. 2, 22 Juni 2013 Halaman 71-158

PENGARUH KATALIS BASA (NaOH) PADA TAHAP REAKSI

TRANSESTERIFIKASI TERHADAP KUALITAS BIOFUEL DARI

MINYAK TEPUNG IKAN SARDIN

Diah Probo Ningtyas, Siti Ari Budhiyanti, dan Latif Sahubawa Jurusan Perikanan Fakultas Pertanian UGM

Email: [email protected]

ABSTRACTBiofuel is an alternative diesel engine fuel is produced from oils/fats of plants and animals (including the sheriesindustry waste) through the esterication and transesteriksi reactions. A transesterication is reaction to formesters and glycerol from trigliserin (fat/oil) and bioalcohol (methanol or ethanol). Transesterication is an equilibriumreaction so that the presence of a catalyst can accelerate the achievement of a state of equilibrium. Process of thetransesterication reaction of sardine our oil waste with NaOH as base catalyst in producing biofuels was conducted.The research purpose has studied the inuence of NaOH concentration in transesterication process and examinateits effect on the quality of biofuels production, conversion, and physic quality. The variables that analysed was theeffect of NaOH concentration as catalyst (0.5%, 1.0%, 1.5%, and 2.0% from amount of oil and methanol) in thetransesterication reaction step. The result showed that the increasing NaOH concentration (0.5 - 1.5%), enhanced

the biofuel conversion (%). The highest conversion of biofuels was achieved by using 1.50% NaOH (w/w) with45.34% biofuels conversion. The major component in the biofuels was methyl palmitate (20.31%). ASTM analysisdata also supported that the biofuel product was in agreement with automotive diesel fuel specication.

Keywords: Catalyst, Transesterication Reaction, Biofuels, Quality, Wastes of Fisheries Industry

ABSTRAKBiofuel merupakan bahan bakar mesin disel alternatif yang diproduksi dari minyak/lemak tumbuhandan hewan (termasuk limbah industri perikanan) melalui reaksi esterikasi dan transesteriksi.Transesterikasi merupakan reaksi pembentukan ester dan gliserol dari trigliserin (lemak/minyak)dengan bio-alkohol (methanol atau ethanol). Transesterikasi merupakan tipe reaksi kesetimbangan(reversibel), di mana penambahan katalis NaOH (katalis kimia) dapat mempercepat tercapainyakeadaan kesetimbangan tersebut. Tujuan penelitian adalah mempelajari pengaruh konsentrasi katalisNaOH dalam reaksi transesterikasi terhadap konversi (rendemen), kualitas kimia (komposisi asamlemak), serta kualitas sik biofuel. Faktor yang dianalisis sebagai sumber perlakuan adalah pengaruhkonsentrasi katalis NaOH (0,5%, 1,0%, 1,5%, dan 2,0% dari berat total minyak dan metanol) pada tahapreaksi transesterikasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan penggunaan konsentrasikatalis NaOH (0,5 - 1,5%), mampu menghasilkan rendemen biofuel (%) yang makin besar. Konversibiofuel terbesar diperoleh pada konsentrasi NaOH 1,5% (b/b), yaitu 45,34%. Jenis asam lemakpembentukan biofuel yang terdapat dalam jumlah besar adalah metil palmitat (20,31%). Berdasarkanhasil analisis ASTM, biofuel yang dihasilkan memenuhi kualikasi jenis bahan bakar diesel.

Kata Kunci: Katalis, Reaksi Transesterikasi, Biofuel, Mutu, Limbah Industri Perikanan


2/12

104

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

PENGANTARKonsumsi energi nasional sampai tahun

2005 masih didominasi BBM (minyak bumi)

yaitu sebesar 58%. Pemakaian BBM skalanasional yang sangat besar tidak sebandingdengan potensi dan cadangan yang dimiliki.Cadangan minyak bumi Indonesia hanyacukup untuk kebutuhan selama 20 tahun,dengan asumsi tingkat eksploitasi samadengan tahun 2006 (produksi 310 jutabarel) (Anonim, 2008). Peraturan PresidenNo. 5 tahun 2006 tentang Kebijakan EnergiNasional dikeluarkan untuk mengatasipermasalahan sumber energi nasional. Didalam peraturan ini, ditetapkan sasarankondisi energi nasional yang harus dipenuhipada tahun 2025 yaitu gas 30%, batu bara 32%,minyak bumi 20%, BBN 5%, dan lain-lain 7%.Hal yang menarik dari regulasi ini adalahmunculnya energi baru dan terbarukandalam jumlah relatif signikan, sepertibahan bakar nabati (BBN) di mana biofueltermasuk di dalamnya. Menurut Direktorat Jenderal Energi dan Sumber Daya Mineral,total kebutuhan biofuel nasional mencapai4.120.000 kiloliter/tahun, sedangkan

kemampuan produksi biofuel pada tahun2006 hanya sebesar 110.000 kiloliter/tahun(Irawan, 2006).

Biofuel merupakan senyawa alkil-esterhasil proses esterikasi/transesterikasiminyak nabati/lemak hewani. Biofuelmemiliki sifat sik yang sama dengan minyaksolar sehingga dapat digunakan sebagaibahan bakar alternatif kendaraan bermesindiesel. Hal ini telah dibuktikan pertamakali oleh Rudolph Diesel (1900) pada mesin

diesel dengan bahan bakar minyak kacang,dan pada tahun 1980 mesin traktor pertaniandengan bahan bakar minyak bunga mataharioleh Bruwer dan kawan-kawan tahun 1980(Yulianti, 2002).

Minyak nabati merupakan salah satu jenis bahan baku yang banyak dimanfaatkansebagai bahan baku pengolahan biofuel,umumnya berasal dari minyak jarak dankelapa sawit. Pengembangan industri biofuel

oleh pemerintah dan swasta dimulai sejaktahun 2006 sampai 2008 telah berjumlah 11unit dengan kapasitas terpasang sebesar

26 ribu ton pertahun (Anonim, 2008).Penelitian dan pengembangan mutu produkbiofuel semakin banyak dilakukan denganpilihan berbagai bahan baku alternatif, baikdari minyak/lemak tumbuhan maupunhewan sebagai upaya mencegah kompetisipemanfaatan bahan baku. Pengolahanbiofuel dengan bahan baku lemak sapi(Yusufa, 2008) dan minyak lele dumbo(Balabuana, 2009), menjadi sumber referensipenting tentang potensi dan pemanfaatanlimbah minyak hewani. Salah satu sumberbahan baku potensial biofuel adalah limbahminyak ikan dari pabrik pengolahan tepungikan sardin. Limbah industri perikanan(kepala, ekor, sisik, dan isi perut) dari hasilpengolahan ikan sardin kaleng sebanyak 6ton yang diolah menjadi tepung ikan dapatmenghasilkan 400 liter minyak, di manasetiap 20 liter minyak dijual dengan harga Rp300.000 (Rp 1.500/liter).

Pada proses pengolahan biofuel,umumnya digunakan bahan kimia

(katalis) pada tahap reaksi esterikasidan transesterikasi untuk mempercepatpembentukan metil ester, guna menghasilkanrendemen dalam jumlah besar denganmutu yang baik. Pengolahan lemak sapimenjadi biofuel telah diteliti oleh Yusufa(2008) dengan menggunakan jenis katalisbasa (NaOH) konsentrasi 1,0% dari berattotal lemak yang dicairkan dalam metanolpada suhu 70°C selama 2 jam dengan rasioperbandingan mol methanol dan minyak

lemak sapi 6:1 dalam sistem reuks. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa penggunaankatalis NaOH 1,0% pada kondisi tersebutmampu mengkonversi metil ester (biofuel)sebanyak 55,32%. Selain itu, pengolahanbiofuel dari minyak ikan lele dumbo (hasilekstraski daging) dengan katalis NaOHmemiliki konversi metil ester 10,33% denganrasio perbandingan mol metanol dan minyakikan 6:1 (Balabuana, 2009).


3/12

105

DIAH PROBO NINGTYAS, SITI ARI BUDHIYANTI, LATIF SAHUBAWA e PENGARUH KATALIS BASA

(NaOH) PADA TAHAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI TERHADAP KUALITAS BIOFUEL DARI ...

Pengolahan biofuel menggunakanmetode esterikasi dan transesterikasi, yaitureaksi trigliserida dalam minyak nabati atau

hewani dengan media alkohol dan katalisbasa/asam, kemudian menghasilkan esterasam lemak yang memiliki rantai pendekdan gliserol sebagai produk samping. Esterasam lemak (biofuel) adalah produk potensialpengganti bahan bakar minyak diesel.Berdasarkan hasil-hasil penelitian tersebut,penting dilakukan kajian dan penelitiantentang potensi ekonomi dan pemanfaatanlimbah minyak tepung ikan sardinsebagai bahan baku alternatif pengolahanbiofuel. Tujuannya mempelajari pengaruhkonsentrasi katalis NaOH pada tahapreaksi transesterikasi terhadap konversi,karakteristik kimia (komposisi kimia asamlemak penyusun biofuel), serta sifat sikbiofuel limbah minyak tepung ikan sardin.

Bahan baku utama adalah limbahminyak tepung ikan sardin yang diperolehdari PT. Maya Food Industri, Pekalongan.Bahan kimia yang digunakan yaitu metanol(teknis), asam sulfat (H

2SO

4), NaOH (teknis),

aquades, Na2SO

4anhidrat, dan aseton.

Penelitian menggunakan sistem reuksagar seluruh bahan dapat dioptimalkanpenggunaannya pada skala laboratorium.

Pertama, Preparasi Bahan Baku(limbah minyak tepung ikan sardin),yaitu Pemanasan untuk menghilangkankandungan air; Penyimpanan selamaseminggu untuk pengendapan kotoran danlemak; dan Uji FFA minyak ikan denganmetode titrasi (Sudarmadji dkk, 1997).Kedua, Reaksi Esterikasi yaitu Reaksi

esterikasi dilakukan dengan perlakuanperbandingan mol minyak tepung ikansardin dan mol metanol 1:6 denganpenambahan asam sulfat 1% (dihitung dariberat total minyak tepung ikan dan metanol)pada suhu 700C selama 2 jam dalam sistemreuks (Destiana dkk, 2007); Dinginkan

larutan hasil raksi, Proses pemisahanantara minyak, kotoran (impurities), danlemak; dan Minyak dimasukkan ke dalam

corong pemisah, dilanjutkan dengan reaksitransesterikasi.Ketiga, Reaksi Transesterikasi, yaitu

Reaksi transesterikasi antara minyak limbahtepung ikan sardin (hasil reaksi esterikasi)dengan konsentrasi larutan NaOH,dikelompokkan pada masing-masing (0,5% ;1,0% ; 1,5%; dan 2,0%), sebelumnya dilarutkandalam metanol pada suhu 70ºC selama 2 jam(pada sistem reuks), yaitu Lakukan prosessettling untuk memisahkan biodiesel dan

gliserol yang terbentuk, lama waktu settling tergantung pada masa pemisahan yang jelas antarkedua larutan polar dan nonpolar(biodiesel pada lapisan atas dan sabun/gliserol kasar di lapisan bawah larutan).Proses pemisahan dilakukan selama ±1(satu) jam menggunakan corong pemisah,selanjutnya biodiesel yang terbentuk dicucidengan aquades; Proses pencucian biodiseldilakukan dengan cara memasukan aquadessecukupnya ke dalam biodiesel yang adadalam corong pemisah dengan tujuan untukmelarutkan sisa metanol, gliserol, dan sabunyang masih terikut setelah proses pemisahan.Pencucian dilakukan selama ±3 (tiga) kali atauhingga aquades terlihat jernih; PenambahanNa

2SO

4 anhidrat bertujuan untuk menyerap

kandungan air yang masih terdapat dalambiodiesel sehingga diperoleh biodiesel yangmurni; dan Penyaringan biodiesel untukmemisahkan kotoran yang tercampur dalambiodiesel sehingga didapatkan biodieselmurni yang terpisah dari kotoran dan serbuk

Na2SO4 anhidrat.Faktor yang yang dicobakan sebagai

sumber perlakuan yaitu variasi konsentrasiNaOH pada tahap reaksi transesterikasi,masing-masing: 0,5% ; 1,0% ; 1,5% ; dan2,0% dari total berat campuran minyak danmetanol (b/b).


4/12

106

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

Parameter Uji:a. Pengujian kadar asam lemak bebas

(FFA, %) dari limbah minyak tepung

ikan sardin menggunakan metode titrasi(Sudarmadji dkk, 1997), dengan formulaseperti terlihat pada Persamaan 1.

Kandungan asam lemak bebas =(a x M x 282 x 100)

(g x 1.000) (Persamaan 1)

dimana : a : volume NaOH (mL) M : Molaritas NaOH g : berat sampel (gram) 282 : berat molekul asam oleat

b. Pengujian persentase konversi metilester (biofuel) dari limbah minyaktepung ikan sardine menggunakanmetode 1H-NMR, mengikuti formulapada Persamaan 2 (Knothe, 2000).

5 x IMEC

ME = 100 x

5 x IME

+ 9 x ITAG

(Persamaan 2) Keterangan:

CME = konversi metil ester (%) I

ME = nilai integrasi puncak metil ester

(%) I

TAG = nilai integrasi puncak triasilgliserol

(%)

Persentase masing-masing hasil reaksitransesterikasi dihitung berdasarkanpersentase spektra dari proton pada tipeikatan gliserida dan spektra proton metilester. Faktor 5 dan 9 adalah hasil dari

fakta bahwa gliserol dalam trigliseridamempunyai 5 proton dan 3 metil esteryang dihasilkan dari 1 trigliseridamempunyai 9 proton (Knothe, 2000).

c. Pengujian komposisi kimia biofuel limbah

minyak tepung ikan dengan metode GC-

MS.

Komposisi kimia (kualitatif) biofueldiuji pada kondisi operasi GC-MSsebagai berikut:

Temperatur injektor, °C : 300 Tekanan gas pembawa, kPa : 27,4 Laju alir total, mL. min.-1 : 60

Laju alir kolom mL. min.-1 : 0,5 Rasio split : 113,1 Program temperatur kolom : 120°C

(distabilkan selama 5 menit), dinaikkandengan laju 5°C min.-1 sampai dengan280°C (ditahan sampai 13 menit).

Temperatur sumber ion, °C : 250 Temperatur interface, °C : 300 Rentang deteksi, m/z : 33- 600

d. Pengujian kualitas sik (kerapatan

spesik, titik nyala, viskositas kinematik,kadar air, titik tuang, dan titik kabut)biofuel menggunakan metode StandarASTM.

PEMBAHASAN

Kadar Asam Lemak Bebas (%)Hasil analisis kadar asam lemak bebas

dari minyak limbah tepung ikan sardinsebesar 3,8%. Kadar asam lemak bebasbahan akan dijadikan sebagai acuan dalampemilihan jenis dan konsentrasi katalis sertasuhu reaksi yang tepat untuk memulai reaksiesterikasi dan transesterikasi. MenurutYoeswono et al., (2007), minyak hewaniyang ditransesterikasi sebaiknya memilikikandungan asam lemak bebas


5/12

107



biofuel, harus diberikan perlakuan reaksiesterikasi dengan katalis asam (H

2SO

4)

untuk menurunkan kadar asam lemak bebas

sebelum dilanjutkan pada tahap reaksitransesterikasi (Mastutik, 2006). Asamlemak bebas merupakan asam karboksilatyang belum teresterikasi. Jika jumlah asamlemak bebas dalam minyak cukup besar(melebihi angka 1,0%), maka katalis yangditambahkan pada reaksi transesterikasiharus lebih banyak untuk mengimbangikenaikan keasaman. Meskipun demikian,cara ini berdampak sampingan padapembentukan sabun (reaksi penyabunan),yang mengakibatkan viskositas meningkat(pembentukan gel) sehingga menghambatpemisahan alkil ester dan gliserol.

Reaksi EsterifkasiPersentase kandungan asam lemak

bebas pada minyak tepung ikan sardin adalah3,8% (cukup besar melebihi persyaratanmaksimal 1,0%). Minyak tepung ikansardin diesterikasi asam lemaknya denganmethanol dengan perbandingan mol minyakdan methanol adalah 1:6, dengan asumsi

berat molekul minyak adalah 860, maka beratmetanol yang digunakan sebesar 11,2 gram.Pada tahap reaksi esterikasi, minyak tepungikan sardin dimasukkan dalam labu lehertiga, dipanaskan hingga mencapai suhu stabil70°C dengan tujuan untuk menghilangkankadar air tahan. Katalis asam sulfat sebesar1,0% dari berat total minyak dan metanol,dicampurkan dalam methanol, kemudiandituangkan ke dalam minyak pada sistemreuks (dilakukan sebanyak empat kali).

Reaksi dipertahankan konstan pada suhu70°C selama 2 jam, dengan kondisi sistempengadukan yang stabil (Gambar 1). Minyakhasil reaksi esterikasi yang berbentuk cair,dipisahkan dari kotoran (padatan) untukselanjutnya dilakukan reaksi transesterikasi.Mekanisme reaksi esterikasi terdiri daribeberapa tahap, yaitu Transfer proton darikatalis asam ke atom oksigen karbonilsehingga meningkatkan elektrolisitas dari

atom karbon karbonil, Atom karbon karbonildiserang oleh atom oksigen dari alkoholyang bersifat nukleolik sehingga terbentuk

ion oksonium, Terjadi pelepasan protondari gugus hidroksil alkohol menghasilkankompleks teraktivasi, dan Protonasi terhadapsalah satu gugus hidroksil yang diikuti olehpelepasan molekul air menghasilkan ester.

Gambar 1. Mekanisme reaksi esterikasi dengankatalis asam sulfat

(Sumber: Fessenden and Fessenden, 1995)

Hidayat (2007), konversi biodiesel dariminyak yang mengandung asam lemakbebas tinggi harus dilakukan dengan reaksiterkatalisis asam/H

2SO

4 (esterikasi),

dilanjutkan dengan reaksi terkatalisisbasa (transesterikasi). Reaksi esterikasibertujuan untuk mengkonversi asam lemakbebas menjadi ester sampai jumlah asamlemak di bawah standar, dilanjutkan denganreaksi transesterikasi (tahap 1 dan 2) untukmengkonversi trigliserida menjadi metilester dengan katalis basa tanpa terbentuksabun. Semakin kecil kadar asam lemakbebas, maka sabun yang terbentuk (reaksisaponikasi) makin kecil, sedangkan metil

ester makin besar.Faktor penting yang dapat mempengaruhireaksi esterikasi dan transesterikasi adalahpenggunaan metanol yang berlebih agar airyang terbentuk dari reaksi dapat diserap olehmetanol sehingga tidak menghalangi jalannyareaksi pengubahan asam lemak bebas menjadimetil ester (Soerawidjaja, 2006). Dimungkinkanterjadi kompetisi dari metanol dalam reaksiesterikasi sebagai reaktan maupun sebagai

R

OO

C

OH

H2SO

4

R C

OH

OH

R C

OH

OH

R' OH

R

H

CR OH

OH

OR'

OH

OHCR

SO4

H2SO

4

C

OH

OH

OR'

R

+ H2O

- H2O

R

OR'

OH

C

H2SO

4

SO4

R

OR'

O

C


6/12

108

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

pelarut. Metanol juga berperan sebagai pelarutprotik yang dapat menyeimbangkan anionyang terbentuk dari katalis setelah melepaskan

proton, sehingga metanol yang terlibat akanberkurang dari seharusnya dan mengakibatkanreaksi esterikasi menjadi tidak optimal danasam lemak bebas yang ada dalam limbahminyak ikan tidak seluruhnya teresterkan.

Reaksi esterikasi dengan katalis H2SO

4

1,0% dapat mengoptimalkan produksi metilester karena adanya proton (H+) yang dimilikiH

2SO

4, serta lebih mudah melepaskan proton

karena terionisasi sempurna (α = 1). Keunggulandari penggunaan katalis asam dibandingkandengan katalis basa adalah tetap efektif selamareaksi berlangsung dalam minyak yang masihmemiliki kandungan asam lemak bebas, tetapimemiliki kekurangan pada saat pemisahanproduk hasil reaksi (Oktakarno, 2008). Yusufa(2008) dalam penelitiannya menggunakankatalis H-Zeolit untuk mengatasi kekuranganyang terdapat pada katalis asam sulfat, tetapitetap melakukan reaksi esterikasi dengankatalis asam sulfat sebagai pembanding.

Pada reaksi esterikasi, harussenantiasa dipertahankan kestabilan suhu

dan pengadukan dengan pengaduk magnet(magnetic stirrer ) pada sistem reuks. Sistemreuks juga berfungsi untuk mengatasikehilangan pereaksi metanol karena titik didihmetanol adalah 65oC (Soerawidjaja, 2006).Bola-bola pendingin yang terdapat padasistem reuks harus senantiasa dalam kondisi”tidak panas”, sehingga dalam mekanisme”air masuk dan keluar sistem” dari ember yangberisikan air harus ditambahkan es curah, sertauntuk penghematan air digunakan alat bantu

pompa. Sistem ini sangat berpengaruh denganproduk yang terbentuk, yang mengakibatkantidak samanya hasil yang diperoleh dari tiaptahap reaksi esterikasi.

Reaksi Transesterifkasi (Rendemen

Biofuel)Reaksi transesterikasi adalah

reaksi antara ester dengan alkohol yangmenghasilkan ester dan alkohol baru. Reaksi

transesterikasi disebut juga reaksi alkoholisisdari ester karena reaksi tersebut disertai denganpertukaran bagian alkohol dari suatu ester.

Reaksi transesterikasi trigliserida menjadimetil ester pada minyak tepung ikan sardindilakukan dengan perlakuan perbandinganmol minyak ikan dan mol metanol 1:6, denganpenambahan konsentrasi katalis NaOH 0,5%,1,0%, 1,5%, dan 2,0% dari berat total minyakdan metanol. Reaksi dipertahankan konstanpada suhu 70°C selama 2 jam, dengan kondisisistem pengadukan yang stabil menggunakan magnetic stirrer .

Berdasarkan hasil analisis (Tabel1), diketahui bahwa konsentrasi katalisNaOH 1,5% adalah perlakuan yang terbaikdibandingkan konsentrasi NaOH 0,5%; 1,0%;dan 2,0% pada reaksi transesterikasi karenamenghasilkan rendemen (%) metil estertertinggi (80,96%). Konsentrasi katalis NaOH0,5%, dan 1,0% menghasilkan rendemen metilester dalam jumlah cukup besar, masing-masing: 54,50% dan 66,30%, namun lebihrendah dibandingkan dengan konsentrasikatalis NaOH 1,5%. Konsentrasi katalisNaOH 2,0% sama sekali tidak menghasilkan

metil ester karena seluruh minyak berubahmenjadi sabun (dominan reaksi saponikasidibandingkan reaksi transesterikasi). Hal inidisebabkan jumlah katalis basa (NaOH) yangdiberikan sangat berlebih, dan pada kondisireaksi saponikasi, air yang terbentukberekasi dengan katalis sehingga jumlahnyamenjadi berkurang (Mastutik, 2006).

Peningkatan jumlah alkohol secaraberlebih dapat meminimalkan jumlah katalisyang dibutuhkan, namun kekurangan yang

ditimbulkan dari alkohol yang berlebihanini adalah saat pemisahan ester dan gliserol,terutama untuk molekul alkohol yang lebihbesar. Proses pemisahan dilakukan denganpenambahan air, dimana air akan menarikgliserol dari fasa ester. Fasa yang berada dilapisan bawah merupakan campuran sabun,gliserol, dan air. Hasil yang tampak darireaksi transesterikasi terbentuk tiga lapisan,yaitu metil ester (biodiesel) pada lapisan atas,


7/12

109



gliserol pada lapisan tengah, dan sabun padalapisan bawah (Gambar 2a). Pemisahan metilester dari produk samping lainnya dilakukan

dalam corong pisah, untuk mendapatkanbiodiesel murni (Gambar 2b).Yoeswono (2007), mengatakan bahwa

penggunaan katalis basa/alkali harusseminimal mungkin, karena jumlah sabun(reaksi saponikasi) akan meningkat dengansemakin bertambahnya jumlah katalis yangditambahkan. Saponikasi/penyabunan(hidrolisa basa) adalah reaksi hidrolisis suatuester yang terjadi bolak-bali/dua arah (reaksiireversibel).

Tabel 1. Hubungan konsentrasi katalis NaOHdengan pembentukan rendemen biofuel

NoKonsentrasiKatalis (%)

RendemenBiofuel (%)

1 0,5 54,502 1,0 66,303 1,5 80,964 2,0 0,00

Gambar 2. Hasil reaksi transesteikasi (3 lapisan zat)dan (b) hasil metil ester dari minyak tepung ikan

sardin

Reaksi transesterikasi berlangsung

bolak-balik, dimana salah satu reaktan(metnol) harus dibuat berlebih agardiperoleh hasil yang optimal. Metanolyang berlebihan dapat meningkatkanhasil konversi metil ester secara optimal(Fessenden and Fessenden, 1995). Reaksitransesterikasi menggunakan katalis basagolongan logam alkali alkoksida dari alkohol.Gugus alkoksida (:OR) berperan sebagainukleol pada reaksi transesterikasi. Reaksi

pembentukan ester dalam kondisi basa suatuester dengan ion alkoksida adalah reaksisubstitusi nukleolik melalui pembentukan

intermediet tetrahedral (Gambar 3).

Gambar 3. Mekanisme reaksi transesterikasi dengankatalis basa NaOH

(Sumber: Fessenden and Fessenden, 1995)

Hubungan Konsentrasi Katalis

NaOH terhadap Konversi Metil Ester

(Biofuel)Biofuel minyak tepung ikan sardin

dari hasil konversi dengan reaksitransesterikasi, dianalisis secara kuantitatifmelalui perhitungan berbasis spektra1H-NMR (Gambar 4). Hasil yang diperolehmenunjukkan adanya perbedaan spektra.Biodiesel yang dihasilkan memberikanspektra pada daerah 3,7 ppm merupakanpuncak metoksi dari metil ester, sedangkanpuncak dari gliserol di tunjukkan pada

daerah 5-6 ppm (Knothe, 2000). Konversi(%) metil ester hasil transesterikasi darilimbah minyak tepung ikan sardin dihitungberdasarkan persentase spektra dari protonpada tipe ikatan gliserida dan spektra protonmetil ester. Persentase dari puncak-puncaktersebut digunakan sebagai acuan dalammenentukan konversi biodiesel (Yusufa,2008).

Nilai integrasi puncak metil ester yangdipakai dalam perhitungan terletak padadaerah 3,7 ppm, sedangkan nilai integrasipuncak triasilgliserol terletak pada daerah5-6 ppm. Hasil perhitungan pada konsentrasikatalis NaOH 1,5% dari spektra seperti yangterlihat pada Gambar 4. Nilai integrasi puncakmetil ester adalah 10925 dan triasilgliseroladalah 7316, maka nilai konversi metilester sebesar 45,34%. Berdasarkan hasilperhitungan dengan spektroskopi 1HNuclear Magnetic Resonance (NMR), terlihatbahwa makin meningkat konsentrasi katalis

R C

O

OR' OCH3 R C

O

OR'

OCH3

R C

O

OCH3 OR'

NaOH + CH3OH CH3O Na + H2O


8/12

110

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

NaOH (konsentrasi 0,5% - 1,5%), makinbesar konversi metil ester yang dihasilkan(Gambar 5). Menurut Balabuana (2009),

pembuatan metil ester dari ekstraksi minyakikan lele dumbo dengan perbandinganmol minyak dan metanol 1:6 pada reaksitransesterikasi dengan konsentrasi katalisNaOH 1,0%, menghasilkan konversi metilester yang relatif kecil (10,33%). Hal sejalandengan perolehan rendemen (%) metil ester(lihat Tabel 1), dimana kondisi optimaltercapai pada konsentrasi katalis NaOH 1,5%(80,96%), dan menurun drastis mencapai titiknol pada konsentrasi 2,0% karena dominanterjadi reaksi saponikasi.

Gambar 4. Kromatogram biodiesel hasil reaksitransesterikasi yang menggunakan katalis NaOH

1,5%

Gambar 5. Pengaruh konsentrasi katalis NaOH padareaksi transesterikasi terhadap konversi biodiesel

Analisis Komposisi Kimia Metil Ester

dengan Metode GC-MSMetode pengujian GC-MS dilakukan

untuk mengetahui komposisi jenis asamlemak penyusun metil ester dari limbahminyak tepung ikan sardin hasil reaksiesterikasi dan transesterikasi. Darnokoand Cheryan (2000), menyatakan deteksi jenis asam lemak dan trigliserida dalambiofuel menggunakan metode kromatogragas ( gas chromatography = GC), dilanjutkandengan analisis spektrometer massa (massspectroscopy = MS). Metode GC dilakukanuntuk tujuan pemisahan, kuantikasi, dananalisis asam lemak dengan terlebih dahuludibuat turunan asam lemaknya, serta analisisMS untuk menentukan fragmentasi asamlemak jenuh dan tak jenuh, serta letak ikatanrangkap jenis asam lemak.

Analisis dengan metode GC-MSdilakukan terhadap metil ester hasil reaksitransesterikasi dari konversi terbesar(konsentrasi NaOH 1,5%). Berdasaran hasilanalisis, terlihat bahwa jumlah dan jenis esterhasil esterikasi yang masing-masing terpisahsempurna menghasilkan puncak-puncak

dengan waktu retensi yang berbeda (Gambar6). Jenis ester rantai pendek bersifat polardaripada ester rantai panjang. Hukum likedissolve like ester menyatakan bahwa jenis esterdengan rantai yang lebih panjang akan tertahandalam kolom, sedangkan ester rantai pendekakan lolos bersama fasa gerak keluar darikolom. Rantai pendek polar akan lebih awalmuncul daripada rantai panjang non polar.Asam lemak mempunyai gugus karboksilattunggal dan rantai hidrokarbon non-polar,

menyebabkan lemak tidak larut dalam air(Fessenden and Fessenden, 1995). Asam-asamlemak merupakan komponen utama dari lemakkarena hampir 95-96% berat molekul lemakterdiri dari asam lemak yang pada umumnyamerupakan rantai karbon panjang dan lurus.Lemak yang umum digunakan sebagaibahan dasar pembuatan biofuel merupakantrigliserida yang mengandung asam palmitat,stearat, dan oleat (Zappi dkk, 2003).

34,2236,6

45,34

0

31

34

37

40

43

46

NaOH 0,5% NaOH 1,0% NaOH 1,5%

% CME


9/12

111



Gambar 6. Kromatogram campuran metil ester hasilreaksi transesterikasi yang menggunakan katalis

NaOH 1,5%

Kromatogram hasil analisis GC-MSmenunjukkan adanya 7 puncak yang

terdeteksi sebagai metil ester asam lemak,dimana terdapat 3 puncak yang mencapaitarget tertinggi dibandingkan puncaklainnya. Puncak yang terdeteksi yaitu:(1) puncak garis 9 yang merupakan metilpalmitat dengan luas area 20,31% ; (2) puncakgaris 17 adalah metil oleat dengan luas area13,93% ; dan (3) puncak garis 31 adalah metileicosa dengan luas area 10,80% (Gambar7). Imaduddin (2008), menyatakana bahwabiodiesel dari minyak sawit memiliki jenis

asam lemak terbesar adalah asam palmitatdengan luas area 39,79%.

Gambar 7. Kromatogram GC-MS transesterikasiperlakuan NaOH 1,5%

Jenis metil yang utama dari esteradalah metil ester yang mempunyai potensiekonomi sebagai bahan bakar mesin disel.Metil palmitat sebagai komponen utamapembentuk biofuel minyak tepung ikansardin mempunai rumus molekul C

17H

34O

2,

metil oleat (C19

H36

O2), dan metil eicosa

(C21

H32

O2). Metil palmitat mempunyai rantai

karbon paling pendek, sehingga puncaknya

muncul lebih awal daripada metil oleatdan metil eicosa. Menurut Gultom (2001),asam palmitat merupakan asam lemak jenuh terpenting, sedangkan asam oleatyang berisi satu ikatan rangkap merupakanasam lemak tak jenuh terpenting. Biofuelyang mengandung asam lemak jenuh tinggimerupakan metil ester yang tahan terhadapoksidasi dari udara, dan mempunyaibilangan oktan yang tinggi. Spektra massametil palmitat seperti terlihat pada Gambar8.

Gambar 8. Spektra massa metil palmitat

Karakteristik Fisik BiofuelParameter mutu sik biofuel dari

minyak tepung ikan sardin yang diteliti,yakni kerapatan spesik, titik nyala,viskositas kinematik, kadar air, titik tuang,dan titik kabut disesuaikan dengan Standar


10/12

112

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

Nasional Indonesia (SNI), standar ASTMD 6751 biofuel, dan Minyak Solar 48 yangdikeluarkan Dirjen Migas dengan tujuan

untuk melihat persyaratan peruntukannya.Uji ASTM menggunakan sampel biofuelsebanyak 200 ml dari hasil reaksitransesterikasi terbaik dari perlakuankonsentrasi katalis NaOH 1,5% (memilikipersentase konversi biofuel tertinggi darihasil uji 1H-NMR). Hasil analisis karakteristiksik biofuel dan perbandingannya denganstandar mutu dapat dilihat pada Tabel 2.

Berdasarkan hasil analisis, terlihat bahwanilai Kerapatan Spesik yang dihasilkantelah memenuhi spesikasi standar minyakdiesel dengan Titik Nyala sebesar 180oC, telahmemenuhi spesikasi standar mutu biofuel,bahkan cenderung lebih tinggi dari ketigastandar rujukan. Karakteristik ini merupakankeunggulan sifat biofuel dalam kaitan dengankeamanan dan keselamatan dari setiap jenisbahan bakar pada saat penyimpanan ataudistribusi. Nilai viskositas kinematis yangdihasilkan sebesar 4,1133, juga telah memenuhispesikasi standar mutu biofuel (SNI, ASTM,dan minyak solar). Menurut Imaduddin (2008),

nilai viskositas sangat tergantung pada tingkatpersentase konversi biofuel.

Kandungan air biofuel diharapkandalam jumlah minimal dan atau bahkantidak terdeteksi karena dapat mengganggu

optimasi pembakaran bahan bakar padamesin, serta menjadi media yang baik untukpertumbuhan mikroorganisme. Kadar airbiofuel dari limbah minyak tepung ikansardin memberikan hasil trace, artinyakandungan air sangat sedikit hingga tidakada. Hal tersebut menunjukkan bahwareaksi pembentukan metil ester berlangsungdengan sempurna. Keberadaan molekulair dalam rendemen biofuel sejak awalreaksi memang sangat tidak diharapkankarena dapat mengganggu proses reaksipembentukan/konversi biofuel pada tahapreaksi transesterikasi.

Nilai titik tuang yang rendah merupakankeunggulan lain dari biofuel, artinya biofuelyang dihasilkan tidak mudah membeku padakondisi suhu rendah (saat musim dinginatau salju), kondisi mesin tidak dihidupkandalam waktu relatif lama, dan atau saatpenyimpanan. Pada spesikasi MinyakSolar 48, titik tuang dibatasi maksimum180C, artinya mutu biofuel yang dihasilkan

dari perlakuan katalis NaOH 1,5% telahmemenuhi syarat mutu biofuel.

Tabel 2. Hasil uji sifat sik biofuel minyak tepung ikan sardin & perbandingannya (standar mutu)

No Sifat sik

BiofuelMinyak

Tepung IkanSardin

SNI Biodiesel)SNI Minyak

Solar 482)

Standar ASTMBiofuel

D 6751 (B100)3)

Min Maks Min Maks Min Maks

1Kerapatan spesik60/60oF

0,8885 0,850 0,890 0,820 0,870 0,840 0,9

2 Titik nyala oC 180 100 - 60 - 130 -

3

Viskositas

Kinematik 40oC, cSt

4,1133 2,3 6 1,6 5,8 4,5 7

4 Kadar air % (v/v) Trace - 0,05 - 0,05 - 0,055 Titik tuang oC 3 -15 13 - 18 -6 Titik kabut oC 6 - 18 - -

Keterangan1) = SNI Biodiesel 04-7182-20062) = SNI Minyak Solar 483) = Standar ASTM Biodiesel D.6751 (B100)


11/12

113



SIMPULANKadar asam lemak bebas dari minyak

tepung ikan sardin sebesar 2,3% (cukup

tinggi), sehingga harus dilakukan reaksiesterikasi untuk mengurangi kadarnyasampai batas minimum. Peningkatankonsentrasi katalis NaOH 0,5% ; 1,0% ; 1,5%(terkecuali 2,0%) dalam reaksitransesterikasiberkorelasi positif terhadap peningkatanpersentase rendemen biofuel berturut-turut:54,50% ; 66,30% ; & 80,96%, serta persentasekonversi biofuel, berturut-turut: 34,22% ;36,6% ; 45,34%, sedangkan untuk konsentrasi2,0% tidak terbentuk biofuel karena proseskonversi didominasi oleh reaksi safonikasi(penyabunan). Komposisi jenis asam lemakpenyusun biofuel berturut-turut: metilpalmitat (20,31%) ; metil oleat (13,93%) ; danmetil eikosa (10,80%). Karakter sik biofuellimbah minyak tepung ikan sardin denganreaksi transesterikasi menggunakan katalisNaOH 1,5% memenuhi kualikasi SNIBiodiesel 04-7182-2006, SNI Minyak Solar 48,dan Standar ASTM Biodiesel D.6751 (B100).

Selanjutnya harus dilakukan uji kadarair (termasuk asam lemak bebas) dari bahan

baku biofuel pada tahap awal sebelum prosesreaksi esterikasi. Diperlukan penelitianlanjutan mengenai optimasi pembentukanbiofuel dengan perlakuan variasi temperatur, jenis katalis, waktu reaksi, serta reaksitransesterikasi bertahap (tahap 1 dan 2)untuk mendapatkan rendemen serta konversibiofuel (metil ester) dalam jumlah besar danberkualitas baik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2003, Annual Book of ASTMStandards, 5, 05.01, ASTMInternational, West Conshohocken.

Anonim, 2005, Standar Syarat Mutu Biodiesel,Direktorat Jendral Listrik danPemanfaatan Energi DepartemenPertambangan dan Energi < http://www.bsn.or.id.>. Diakses tanggal 1 Juni 2009.

Anonim, 2007, All About Biofuels: Biodiesel,Diakses tanggal 11 April 2009.

Anonim, 2008, Membangun Pabrik BiodieselSkala Kecil, Buku Paket, PenerbitPenebar Swadaya, Jakarta.

Balabuana, G.B, 2009, Pembuatan Biodieseldari Ikan Lele Dumbo (Clarias

gariepinus), Jurusan Kimia FakultasMIPA Universitas Gadjah MadaYogyakarta, Skripsi.

Darnoko, D. and M. Cheryan, 2000, Kinetics ofPalm Oil Transesterication in a BatchReactor , JAOCS 77 , 1263-1267.

Fessenden, J.R and S.J. Fessenden, 1986, KimiaOrganik Edisi Ketiga, Buku Paket,Penerbit Erlangga Jakarta.

Gultom, T, 2001, Individual TextbookBiokimia, Jurusan Pendidikan KimiaFakultas MIPA Universitas NegeriYogyakarta, Yogyakarta.

Imaduddin, M, 2008, Pengaruh Penggunaan Abu Tandan Kosong Sawit sebagaiKatalis Basa pada Proses Transesterikasi

Minyak Sawit, Jurusan KimiaFakultas MIPA Universitas GadjahMada Yogyakarta, Skripsi.

Irawan, G, 2006, Prospek Biodiesel Cerah.,www.sinarharapan.com/oto.html,Diakses tanggal 24 Mei 2009.

Knothe, G, 2000, Monitoring a ProgressingTransesterication Reaction by Fiber-Optic Near Infrared Spectroscopy withcorrelation to H Nuclear MagneticResonance Spectroscopy, JAOCS. 77, J9483, 489-493.

Ma, F and M. A. Hanna, 1999,Biodiesel Production: a Review ,Bioresources, Technol 70: 1-15.

Mastutik, D, 2006, Transesterikasi Minyak Jelantah Kelapa Sawit menjadi Biodiesel Menggunakan Zeolit-Y melalui ProsesEsterikasi, Jurusan Kimia Fakultas


12/12

114

| VOL 2, NO. 2, JUNI 2013 ; 103-114

MIPA Universitas Gadjah MadaYogyakarta, Tesis.

Soerawidjaja, T.H, 2006, Minyak-Lemak dan

Produk-Produk Kimia Lain dari Kelapa, Handout Kuliah Proses Industri Kimia,

Program Studi Teknik Kimia Institut

Teknologi Bandung.

Yoeswono, Triyono, dan I. Tahir, 2007, The Use

of Ash of Palm Empty Fruits Bunches

as a Source of K 2CO

3 Catalyst for

Synthesis of Biodiesel from Coconut Oil

with Methanol . Proceeding International

Conference of Chemical Science,

Yogyakarta, Indonesia.

Yulianti, N, 2002, Pembuatan Biodiesel-oil

dari Minyak Kelapa. Fakultas Teknik

Universtas Gadjah Mada Yogyakarta,

Laporan Penelitian.

Yusufa, N, 2008, Sintesis Biodiesel Lemak

Sapi Melalui Reaksi Esterifkasidengan Katalis H-Zeolit, Dilanjutkan

Reaksi Transesterifkasi Berkatalis

NaOH . Jurusan Kimia Fakultas MIPA

Universitas Gadjah Mada Yogyakarta,

Skripsi.

Zappi, M., M. Hernandez, D. Spark, J.Horne, and M. Brough, 2003, AReview of the Engineering Aspectsof the Biodiesel Industry, MSUEnvironmental Technology Research

and Applications Laboratory DaveC. Swalm School of ChemicalEngineering Mississippi StateUniversity, Mississippi.

transesterifikasi menggunakan NaOH

Documents

Transcript of transesterifikasi menggunakan NaOH