makalah biomol schleichera oleosa
Post on 07-Jul-2018
244 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
1/18
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini, seiring berkembangnya teknologi, penggunaan minyak bumi secara besar-
besaran pada berbagai bidang, seperti industri dan transportasi telah memberikan dampak
yang signifikan terhadap penurunan cadangan jumlah bahan bakar fosil yang ada. Oleh
karena itu, dilakukan berbagai penelitian untuk menemukan sumber-sumber energi
alternatif terbarukan, salah satu contohnya yaitu biodiesel, yang diyakini dapat
menggantikan penggunaan bahan bakar fosil secara signifikan. Biodiesel merupakan bahan
bakar yang terdiri dari mono-alkyl ester dari asam lemak rantai panjang yang berasal dari
minyak nabati atau lemak hewan, yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar
diesel. Beberapa keuntungan menggunakan bahan bakar biodiesel adalah lebih ramah
lingkungan, biodegradabilitas mudah, non–toksisitas dan lebih aman penanganannya
karena titik nyala yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar fosil, gas buangnya
lebih ditoleransi dibandingkan diesel fosil konvensional serta bebas sulfur dan aromatic.
Namun, beberapa hal masih menjadi kendala dalam penggunaan biodiesel sebagai bahan
bakar, yaitu tipe feedstock , ketersediaan, dan juga biaya dalam produksi biodiesel.
Edible oil merupakan jenis minyak yang dapat dikonsumsi dan juga dapat menghasilkan
biodiesel dalam jumlah yang lebih besar dan lebih mudah diproses (transesterifikasi) karena
kandungan asam lemaknya yang lebih rendah dibandingkan jenis minyak lain. Namun,
penggunaan edible oil juga menghadapi kendala lain, yaitu kerusakan sumber hayati dalam
tanah, biaya yang relatif tinggi, serta masih menjadi isu kontroversi di masyarakat. Oleh
karena itu, dilakukan banyak penelitian terkait proses produksi biodiesel berbahan baku
non-edible oil , contohnya minyak Schleichera oleosa. Pada makalah ini, akan dibahas
proses produksi biodiesel dari minyak Schleichera oleosa dengan menggunakan beberapa
jenis katalis alkalin homogen: KOH, NaOH, CH 3OK, dan CH 3ONa dan beberapa variasi
terhadap kondisi operasi yang dipilih.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
2/18
2
1.2 Tujuan
- Untuk mengetahui salah satu sumber alternative pengganti bahan bakar fosil
- Untuk mengetahui proses produksi biodiesel dengan bahan baku Schleichera oleosa
- Untuk mengetahui pengaruh factor temperature, konsentrasi katalis KOH, rasio molar
methanol – minyak, dan waktu untuk mengoptimalkan jumlah metil ester (biodiesel)
yang dihasilkan pada saat produksi
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
3/18
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
4/18
4
Gambar 1. Schleichera oleosa
Sumber: www.easyayurveda.com
Kandungan potensial minyak yang cukup tinggi sekitar 70 – 73 % dari biji kering,membuat minyak Kusum diharapkan dapat dijadika sebagai sumber baru penghasil
biodiesel. Masalah terbesar dalam membuat biodiesel dari minyak Kusum adalah
tingginya kandungan asam lemak bebas (ALB) dari minyak Kusum. Tingginya asam
lemak bebas kemungkinan disebabkan adanya kandungan air biji/ minyak yang
mengakibatkan reaksi hidrolisis sehingga dapat memecah trigliserida menjadi asam lemak
bebas dan gliserol. Selain itu juga, kandungan enzim lipase pada jaringan juga dapat
memacu terjadinya reaksi hidrolisis. Oleh karena itu, perlu adanya penanganan panen dan pasca panen yang tepat untuk meminimalisir terjadinya proses hidrolisis. Komposisi asam
lemak dan komposisi asam lemak bebas pada minyak Kusum ditunjukkan pada Tabel 1
dan Tabel 2.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
5/18
5
Tabel 1. Komposisi Asam Lemak pada Minyak Kusum
Tabel 2. Komposisi Asam Lemak Bebas (ALB) pada Minyak Kusum
Asam lemak bebas yang tinggi pada minyak dapat menghambat proses produksi biodiesel
karena pada rekasi transesterifikasi yang berkatalis basa, asam lemak bebas akan beraksi
dengan katalis sehingga membentuk sabun melalui reaksi penyabunan akibatnya
efektifitas katalis menurun yang dapat mengakibatkan penurunan rendemen biodieseldan
menyulitkan pemisahan gliserol.
2.3. Bahan dan Metode Produksi Biodiesel
2.3.1. Ekstraksi Minyak S. Oleosa
Ekstraksi minyak mentah S. oleosa dilakukan dengan metode pengepresan menggunakan
mesin extruder atau expeller machine . Proses lain dengan menggunakan hydraulic
manual pressing machine juga dilakukan secara berulang-ulang untuk meningkatkan
hasil produksi minyak dari CSOO ( Crude Schleichera oleosa Oil). Setelah itu, biji S.
Oleosa dikeringkan dibawah sinar matahari selama satu minggu lalu dibersihkan. Biji S.
Oleosa selanjutnya dimasukkan kedalam oven selama 2 jam dan akan mengalami proses
pressing di mesin screw press oil expeller dengan kecepatan screw-speed optimum 120
rpm. Pada setiap tahapan proses, sampel akan dikumpulkan dan ditimbang. Padatan yang
masih ada akan dikumpulkan dan di press ulang. Jumlah minyak yang dihasilkan dari
CSOO dapat dihitung dengan persamaan:
!"# %"' (! )!
* )!+,--.
dimana, / 01 = berat dari minyak S. Oleosa yang telah di ekstraksi
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
6/18
6
2 01 = berat dari biji S. Oleosa.
2.3.2. Reagen dan Bahan Kimia
Bahan – bahan kimia yang digunakan yaitu metanol ( reagent grade ), asam fosfor, asam
sulfur, KOH, NaOH, potasium metoksida, sodium metoksida, sodium sulfat, dan kalsium
klorida yang semuanya merupakan kelas analitis dengan tingkat kemurnian 99,98%.
Perbedaan kelas reagen dan kelas analisis adalah berdasarkan tingkat kemurniannya.
Pada percobaan ini, sebagian besar reagen yang digunakan adalah kelas analisis dengan
tujuan supaya memperoleh hasil yang lebih akurat.
2.3.3. Karakteristik Biodiesel
Sifat bahan bakar biodiesel bergantung pada komposisi asam lemak ( FAC/ free acid
composition ) yang terkandung di dalam minyak. Dalam pembahasan ini, karakteristik
fisika dan kimia minyak mentah dan metil ester yang diproduksi akan dianalisa. Profil
asam lemak minyak ditentukan dengan gas kromatografi dan detektor ionisasi api.
Kolom dilengkapi dengan kolom kapiler ZB-wax 30 m. Carrier gas yang digunakan
yaitu hidrogen dengan tingkat kemurnian tinggi dimana suhu injektor dan detektor adalah
250 oC Suhu oven dijaga pada 100 oC selama 10 menit, lalu ditingkatkan sebesar 15oC/menit, dan dijaga pada suhu akhir 240 oC selama 15 menit. Konten asam lemak metil
ester/ Fatty Acid Methyl Ester (FAME) ditentukan dengan:
3456 (4 7 4 68
4 68+
9 68+: 68;
+,--.
dimana, < = total luas peak dari FAME
< => = luas peak berdasarkan standar internal, metil heptadekanoat? => = konsentrasi dari larutan metil heptadekanoatdalam heptana (mg/ml)
@=> = volume larutan metil dekanoat (ml)
m = massa sampel biodiesel (mg)
Jumlah ester yang dihasilkan ditentukan dengan:
6AB&C DEFGH (3456+I )!! )!
+,--.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
7/18
7
dimana, FAME = konten fatty acid methyl ester (%)
J KL = berat dari biodiesel S.oleosa (g)
MKL = berat dari S.oleosa mentah (g)
2.3.4. Metode Eksperimen
Pada percobaan ini, digunakan reaktor skala laboratorium dengan kondenser jaket ganda
berukuran 1 L yang berfungsi untuk memperoleh metanol kembali, termometer, dan
motor stirrer atau pengaduk untuk memperoduksi biodiesel dari CSOO. Dalam
percobaan ini, ingin ditentukan kondisi operasi optimum untuk proses produksi biodiesel,
optimisasi dari proses transesterifikasi ini dilakukan dengan melakukan variasi terhadap
4 faktor eksperimen. Faktor-faktor eksperimen yang dipilih diantaranya suhu (X 1),
konsentrasi katalis KOH (X 2), rasio metanol/minyak (X 3), dan waktu reaksi (X 4). Variasi
dari keempat faktor tersebut yang digunakan pada penelitian disajikan dalam tabel
berikut:
,
Tabel 3. Variasi Faktor Eksperimen
Keempat faktor eksperimen ini akan diamati pengaruhnya terhadap jumlah biodiesel
yang dihasilkan.
2.3.5. Prosedur Produksi Biodiesel
! Proses Degumming
Degumming adalah proses untuk menghilangkan getah seperti fosfat, protein,
karbohidrat, residu air dan resin. Proses ini berguna untuk meningkatkan stabilitas
oksidasi biodiesel dari minyak CSOO. Minyak CSOO direaksikan dengan asam fosfor
(1 vol.% H 3PO 4 konsentrasi 20 %) dalam suhu 60 oC. Setelah 20 menit waktu reaksi,
larutan dipisahkan menggunakan separating funnel berdasarkan densitas dimana
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
8/18
8
senyawa fosfat akan berada di bagian bawah. Getah akan terpisah dari minyak dan
dibersihkan berulang kali dengan air distilasi pada suhu 50 OC. Setelah itu, air tersisa
akan mengalami evaporasi oleh pompa vakum pada suhu 65 oC selama 30 menit untuk
menghindari terjadinya oksidasi minyak. Minyak selanjutnya di hidrasi dan di
sentrifugasi selama 30 menit untuk memperoleh minyak dengan kandungan fosfolipid,
Ca, dan Mg yang rendah. Pada akhir proses degumming , minyak disaring menggunakan
kertas saring.
! Proses Pre–Treatment dengan Katalis Asam (Esterifikasi)
Esterifikasi adalah reaksi asam karboksilat (asam lemak) dengan alkohol untuk
menghasilkan ester Proses ini dimulai dengan mempersiapkan reaktor skala
laboratorium dengan kondenser jaket ganda berukuran 1 L yang memiliki pengaduk
yang terhubung dengan sistem reflux. 500 ml degummed S. oleosa oil (DSOO)
dimasukkan kedalam reaktor dan dicampurkan dengan asam sulfur dan metanol dengan
perbandingan 8 : 1 pada suhu 65 oC. Selama reaksi, larutan tetap diaduk dengan
pengaduk magnetik pada kecepatan 1000 rpm selama 3 jam. Selanjutnya, minyak
didinginkan dengan tetap diaduk selama 15 menit tanpa pemanasan. Esterified S. oleosa
oil (ESOO) diambil dari reaktor dan dibersihkan dengan air distilasi untuk
menghentikan reaksi dan memisahkan katalis dan alkohol dari fasa minyak. ESOO di
sentrifugasi selama 30 menit untuk memperoleh pemisahan yang baik dan di evaporasi
selama 20 menit pada suhu 65 oC untuk menghilangkan metanol dari minyak yang
sudah di esterifikasi. Reaksi esterifikasi ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Reaksi Esterifikasi
(Khan, 2002)
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
9/18
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
10/18
10
berlebih di bagian bawah). Produk yang telah mengalami transesterifikasi (metil ester)
dibersihkan hingga 2 – 3 kali dengan air distilasi hangat untuk menghilangkan sisa
katalis, gliserol terlarut, methanol dan sabun pada metil ester. Setelah itu, SOME
dikeringkan dengan menggunakan 50 gram CaCl2 dalam gelas beker selama 1 hari dan
disaring. SOME selanjutnya dikeringkan dengan 50 gram Na 2SO 4 selama 2 – 3 jam dan
disaring kembali. Metil ester selanjutnya diperoleh hingga 97% melalui distilasi dengan
rotary evaporator pada kondisi vakum (suhu 65 oC dan tekanan 500 mmHg). Metil
ester ditinggalkan dalam wadah vakum bersuhu 25 oC selama 30 menit untuk menjaga
kesegaran biodiesel yang diperlukan dalam analisis sifat bahan bakar biodiesel lebih
lanjut.
Optimisasi dilakukan dengan tujuan untuk memperoleh jumlah ester dihasilkan yang
maksimum berdasarkan perbandingan variabel – variabel pada tabel 1 yang
divariasikan. Dari percobaan ini, kondisi optimum yang diperoleh digunakan untuk
memproduksi biodiesel dari CSCO. Kemurnian dari biodiesel akan mempengaruhi sifat
dari bahan bakar. Oleh karena itu, metil ester dibersihkan sebanyak tiga kali dengan air
distilasi untuk menghilangkan katalis yang tersisa, gliserol, metanol, dan sabun dengan
menggunakan sentrifugasi dan evaporator putar. Selain itu, sisa padatan dari metil ester
juga dihilangkan dengan proses filtrasi.
Skema dari ekstraksi minyak dan aliran proses transesterifikasi minyak diagram
lengkap ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram Ekstraksi dan Produksi Schleichera oleosa
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
11/18
11
BAB III
HASIL PENELITIAN
3.1. Hasil dan Diskusi
3.1.1. Karakterisasi Asam Lemak dari CSOO
Dalam pembahasan ini, sifat-sifat kimia dan fisika dari CSOO, seperti viskositas,
densitas, kandungan air, nilai asam, nilai kalori, titik nyala, dll diukur dan ditampilkan
dalam tabel 3.1. Biji CSOO mengandung 68% minyak berwarna kuning kehijauan. Nilai
viskositas kinematik yang diamati dari CSOO sedikit lebih rendah yaitu 39,68 mm 2/s.
Nilai asam CSOO yaitu 20,6 mg KOH/g dan kandungan air dari CSOO sangat rendah
yaitu 0,0005 % volume. Nilai iodin dari CSOO yaitu 92,6 I 2/100 g mengindikasikan
adanya asam tidak jenuh yang tingga yang akan meningkatkan sifat biodiesel pada suhu
rendah. Konstituen utama dari CSOO yang diperoleh adalah asam tidak jenuh, yaitu 58%.
Untuk asam lemak, asam oleat merupakan asam lemak yang paling dominan, dengan
persenase sebesara 49,51%. Asam jenuh, yaitu arachidic acid dan asam palmiat
ditemukan sebesar 27,21% dan 0,09% masing-masing.
Tabel 4. Karakteristik CSOO
Perbandingan karakterisitik minyak kasar kesambi dan metil ester kesambi ditunjukkan
pada tabel 4. Berdasarkan tabel 4, proses transesterifikasi dapat meningkatkan beberapa
karakteristik penting biodiesel sebagai bahan bakar nabati.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
12/18
12
Tabel 5. Perbandingan Karakteristik Minyak Kasar Kusum dan Metil Ester Kusum
(Gandhi, M et. Al, 2011)
Viskositas adalah tahanan alir cairan akibat gesekan internal dari salah satu bagian dari
fluida bergerak di atas yang lain. Viskositas biodisel kesambi yang belum masuk SNI
perlu diturunkan kembali karena viskositas yang tinggi dapat menyulitkan pompa bahan
bakar mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Rendahnya aliran bahan bakar akan
menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Hal ini menyebabkan
peningkatan deposit, penetrasi semprot bahan bakar, dan emisi mesin
3.1.2. Analisis Hasil
Dari pembahasan, diketahui bahwa KOH meurpakan katalis terbaik yang dapat
menghasilkan metil ester terbanyak dibandingkan penggunaan katalis jenis lain.
Pengaruh penambahan metanol kedalam minyak mentah menyebabkan molekul
bercabang berukuran besar dari minyak nabati mengalami pemutusan menjadi minyak
metil ester linear yang berukuran lebih kecil. Untuk mengoptimasi kondisi reaksi, proses
ini memerlukan metanol berlebih untuk memicu reaksi yang komplit. Umumnya rasio
molar 6:1 digunakan untuk memperoleh jumlah metil ester yang tinggi hingga 98% berat.
Namun, berbagai penelitian telah menggunakan sodium hidroksia sebagai katalis alkalin
karena sifatnya yang ekonomis dan dapat diproduksi dengan cepat. Rasio molar
metanol/minyak sebesar 4:1 hingga 12:1 diadopsi dari berbagai literatur. Namun,
penggunaan alkohol berlebih dapat menyebabkan masalah pada operasi berhubungan
dengan proses hilir dan kesulitan dalam pengambilan kembali produk. Dari percobaan
yang dilakukan, diperoleh bahwa jumlah SOME maksimum yang dapat dihasilkan adalah
dengan rasio sebesar 8:1 dengan katalis KOH.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
13/18
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
14/18
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
15/18
15
Gambar 7. Pengaruh Waktu Reaksi
Pada pembahasan ini, juga diamati pengaruh katalis selama transesterifikasi untuk rasio
molar sebesar 8:1, pada suhu 55 oC dan waktu reaksi 90 menit pada kecepatan putar 1000
rpm. Hasil yang lebih besar dari 90% diperoleh dengan 1% berat semua jenis katalis yang
digunakan (KOH, NaOH, CH 3OK, dan CH 3ONa). Dari pengamatan ini, diperoleh bahwa
katalis KOH dan NaOH memberikan hasil yang lebih baik dibanding CH 3OK dan
CH 3ONa untuk minyak bebas asam lemak dan rantai tak jenuh. Proses pre-treatment dan
esterifikasi dilakukan untuk mengurangi sabun sodium yang terbentuk dan meningkatkan
hasil ester, karena terdapat sejumlah kecil pembentukan emulsifier selama proses
pembersihan dari fasa metil ester saat digunakan katalis CH 3ONa dan CH 3OK. Jumlah
biodiesel tertinggi yang dihasilkan adalah melalui penggunaan katalis KOH yaitu 95%,
diikuti oleh NaOH (93%), CH 3OK (90%), dan CH 3ONa (88%). Bila konsentrasi katalis
KOH ini dinaikkan, yield biodisel yang terbentuk juga meningkat. Hal ini terjadi karena
fungsi katalis adalah menurunkan energi aktivasi. Semakin besar konsentrasi katalis
dalam larutan, maka energi aktivasi suatu reaksi semakin kecil, sehingga produk akan
semakin banyak terbentuk. Meningkatnya konsentrasi katalis akan meyebabkan
meningkatnya yield biodiesel. Namun, jika penambahan konsentrasi katalis berlebihan
justru akan mengurangi yield biodiesel karena faktanya ketika proses pencucian produk,
adanya sabun akan menghasilkan emulsi berwarna putih. Ternyata semakin besar
konsentrasi katalis KOH yang digunakan, jumlah sabun yang dihasilkanpun semakin
banyak. Semakin banyak sabun yang terbentuk, berarti jumlah minyak yang menjadi
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
16/18
16
sabun semakin banyak. Semakin banyak minyak yang menjadi sabun berarti semakin
sedikit minyak yang dikonversi menjadi biodisel, sehingga yield biodisel menjadi
menurun. Sehingga, penambahan katalis pada produksi biodiesel ini harus sesuai dengan
kebutuhan agar mendapat hasil yang optimal.
Gambar 8. Pengaruh Konsentrasi Katalis
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
17/18
17
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan dan Saran
1. Minyak kusum memiliki potensi untuk dijadikan biodiesel karena memiliki
kandungan yang mirip dengan bahan nabati lain yang sudah terbukti bisa
dijadikan biodiesel seperti minyak jarak, nyamplung, kedelai dan kelapa sawit.
2. Dalam penentuan efektivitas proses transesterifikasi, diperlukan pemilihan
katalis dengan baik, karena asam lemak bebas yang berasal dari minyak dapat
bereaksi dengan katalis dan menghasilkan sabun (reaksi penyabunan) sehingga
menurunkan efisiensi proses pengolahan.
3. Pemilihan rasio katalis dengan baik dapat mempengaruhi lama berlangsungnya
proses, karena katalis berlebih dapat menjadi emulsifier dan memperlambat
reaksi, adapun suhu yang kita miliki pada proses belangsung sedapat mungkin
dikondisikan berada pada suhu dibawah suhu didih alcohol agar mencegah
terjadinya evaporasi
4. Untuk meningkatkan kualitas karakteristik biodiesel yang dihasilkan, agar
memenuhi standar dan memiliki rendemen yang tinggi hal – hal yang harus
diperhatikan adalah perlakuan pasca panen dan pra pengolahan ( pre-
treatment) karena kualitas bahan akan menentukan kualitas produk, serta
pemisahan biodiesel dari senyawa atau partikel-partikel yang tidak dibutuhkan
adalah tahap yang sangat menentukan kualitas biodiesel akhir.
-
8/18/2019 Makalah Biomol Schleichera oleosa
18/18
DAFTAR PUSTAKA
Afdc.energy.gov. (2016). Alternative Fuels Data Center: Biodiesel Production and
Distribution . [online] Available at:
http://www.afdc.energy.gov/fuels/biodiesel_production.html [Accessed 6 Apr. 2016].
Anonim. 2015. Minyak Kesambi (Schleichera oleosa) sebagai bahan baku biodiesel.
www.perkebunan.litbang.pertanian.go.id . Diakses pada : 5 April 2016.
Articles.extension.org. (2016). Biodiesel Production Principles and Processes - eXtension .
[online] Available at: http://articles.extension.org/pages/27137/biodiesel-production-
principles-and-processes [Accessed 6 Apr. 2016].
Biodiesel.org. (2016). Biodiesel Basics - Biodiesel.org . [online] Available at:
http://biodiesel.org/what-is-biodiesel/biodiesel-basics [Accessed 6 Apr. 2016].
Chemistry.stackexchange.com. (2016). What do the different grades of chemicals mean? .
[online] Available at: http://chemistry.stackexchange.com/questions/575/what-do-the-
different-grades-of-chemicals-mean [Accessed 6 Apr. 2016].
Prihanto, Antonius dkk. (2013). Peningkatan Yield Biodiesel dari Minyak Biji Nyamplung
melalui Transesterifikasi Dua Tahap . Momentum, Vol. 29 No.2, hal. 46-53.
Silitonga, A., Masjuki, H., Mahlia, T., Ong, H., Kusumo, F., Aditiya, H. and Ghazali, N.
(2015). Schleichera oleosa L oil as feedstock for biodiesel production . Fuel , 156, pp.63-
70.
Sudrajat R., Endro Pawoko, D. Hendra, dan D. Setiawan. (2010). Biodiesel Manufacturing
from Kesambi Seed . Penelitian hasil hutan, Vol. 28 No. 4, hal. 358-379.
top related