APLIKASI KATALIS HETEROGEN Fe2O3/CaO PADA PEMBUATAN

BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT

SKRIPSI

TEKNIK KIMIA

Ditujukan untuk memenuhi persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

IRVAN YUDHISTIRA PRIYAMBUDI

NIM. 125061107111003

M. RIFQI FAHREZA AMRULLAH

NIM. 125061100111017

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

IDENTITAS TIM PENGUJI

JUDUL SKRIPSI :

APLIKASI KATALIS HETEROGEN Fe2O3/CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL

DARI MINYAK KELAPA SAWIT

Nama Mahasiswa / NIM : 1. Irvan Yudhistira Priyambudi / 125061107111003

2. M. Rifqi Fahreza Amrullah / 125061100111017

Program Studi S1 : Teknik Kimia

TIM DOSEN PENGUJI :

Dosen Penguji 1 : Ir. Bambang Ismuyanto, MS.

Dosen Penguji 2 : A.S. Dwi Saptati Nurhidayati, ST., MT.

Dosen Penguji 3 : Ir. Bambang Poerwadi, MS.

Tanggal Ujian : 04 Agustus 2017

SK Penguji :

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI:

1. Nama Lengkap : Irvan Yudhistira Priyambudi

2. Tempat,Tanggal Lahir : Probolinggo, 29-08-1993

3. Domisili : Probolinggo, Perum Asabri B46 – Kanigaran.

4. Jenis Kelamin : Laki - Laki

5. Agama : Islam

6. Status : Belum Menikah

7. Tinggi/Berat Badan : 170cm / 72kg

8. Telepon : 0812 – 1701 - 1817

9. Email : irvanyudpri@gmail.com

RIWAYAT PENDIDIKAN: A. Pendidikan Formal:

1. (2006) Lulus SDN Sukabumi 2 - Probolinggo

2. (2009) Lulus SMPN 10 - Probolinggo

3. (2012) Lulus SMA Katholik Mater Dei - Probolinggo

4. (2017) Lulus Universitas Brawijaya Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik - Malang

B. Pendidikan Non-Formal:

1. (2016) Pelatihan Basic Barista Course by Lezat Academy Surabaya

2. (2015) Pelatihan ISO 18001:2007, ISO 14001:2004, ISO 9001:2008, K3

3. (2014) Pelatihan SNI ISO/IEC 17025:2008

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI:

10. Nama Lengkap : Muhammad Rifqi Fahreza Amrullah

11. Tempat,Tanggal Lahir : Kediri, 05-06-1995

12. Domisili : Jl. Raya Candi 3F No. 256A, Malang

13. Jenis Kelamin : Laki - Laki

14. Agama : Islam

15. Status : Belum Menikah

16. Tinggi/Berat Badan : 174cm / 70kg

17. Telepon : 0813 – 3150 – 7907

18. Email : qie.chadd@gmail.com

RIWAYAT PENDIDIKAN: A. Pendidikan Formal:

5. (2008) Lulus MIN Malang I

6. (2010) Lulus MTsN Malang I

7. (2012) Lulus MAN 3 Malang

8. (2017) Lulus Universitas Brawijaya Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik - Malang

B. Pendidikan Non-Formal:

4. -

UCAPAN TERIMA KASIH

Selama menyelesaikan penyusunan skripsi ini penulis telah banyak bantuan daari

berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu, dengan segala

kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada semua pihak yang turut membantu, khususnya :

1. Ayahanda dan Bunda tercinta yang selalu memberikan doa serta dorongan moril

maupun materil yang tak terhingga.

2. Bapak Ir. Bambang Poerwadi, MS, selaku ketua program studi S1 Teknik Kimia

Universitas Brawijaya.

3. Bapak Ir. Bambang Poerwadi, MS dan Bapak Rama Oktavian, ST., MSc, selaku dosen

pembimbing utama.

4. Bapak Supriyono, ST., MT dan Ibu Dr. Rizka Zulhijah, ST., MT, selaku dosen

pembimbing kedua.

5. Ibu Evi Sulviani Nengseh, A.Md, selaku Teknisi Laboratorium OTK PSTK FTUB.

6. Teman-teman seperjuangan yang telah memberikan dukungan kepada kami untuk

dapat menyelesaikan skripsi ini, dan pihak-pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu

persatu. Terima Kasih atas semuanya.

RINGKASAN

Irvan Yudhistira Priyambudi dan Muhammad Rifqi Fahreza Amrullah, Jurusan Teknik

Kimia, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juni 2017, Aplikasi Katalis Heterogen Fe2O3-

CaO pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit, Dosen Pembimbing: Bambang

Poerwadi dan Rama Oktavian

Biodiesel merupakan salah satu energi alternatif yang dihasilkan melalui reaksi

transesterifikasi minyak nabati dengan alkohol. Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi

yang membutuhkan katalis. Katalis yang digunakan secara luas antara lain adalah katalis

basa. Katalis basa dibagi dua, yaitu katalis basa homogen seperti NaOH dan KOH, serta

katalis basa heterogen seperti CaO. Konversi reaksi transesterifikasi dapat ditingkatkan

dengan cara menambahkan prekursor pada katalis heterogen.

Pada penelitian ini katalis yang digunakan untuk proses transesterifikasi biodiesel adalah

katalis heterogen Fe2O3-CaO yang dibuat menggunakan metode impregnasi basah. Dimana

katalis heterogen CaO akan diberi prekursor yaitu Fe2O3. Metode impregnasi basah cukup

mudah dilakukan yaitu dengan cara mencampurkan CaO dan Fe2O3 dalam media air dan

diaduk pada suhu ruang. Setelah itu katalis dipisahkan dari media air dengan penyaringan dan

pengeringan. Sebelum diaplikasikan di proses transesterifikasi, katalis terlebih dahulu

dikalsinasi untuk memperbesar sisi aktif dari katalis serta menghilangkan kandungan H2O

dari katalis. Pada penelitian ini dibuat 7 variasi rasio volume prekursor dan katalis yaitu

perbandingan antara Fe2O3 dan CaO (0:6, 1:6, 2:6, 3:6, 4:6, 5:6, dan 6:6) untuk mengetahui

pengaruh rasio prekursor terhadap yield dan konversi FAME pada reaksi transesterifikasi.

Proses transesterifikasi dilakukan dengan menggunakan bahan baku minyak goreng kelapa

sawit, metanol, dan katalis. Pada penelitian ini, proses transesterifikasi dilakukan di dalam

waterbath pada suhu 65oC selama 2 jam. Untuk pemisahan produk biodiesel dari sisa katalis

dan produk samping berupa gliserol, dilakukan dua tahapan proses pemurnian yaitu

sentrifugasi dan dekantasi. Produk biodiesel yang diperoleh akan diuji untuk mengetahui sifat

fisika dan kimianya. Sifat fisika yang diuji antara lain viskositas dan densitas. Sedangkan

sifat kimia yang diuji adalah bilangan asam dan % FAME.

Hasil dari proses transesterifikasi adalah FAME (Fatty Acid Metil Ester) yang

merupakan komponen utama dari biodiesel dan produk samping berupa gliserol. Dari

penelitian yang dilakukan, menunjukkan bahwa katalis variabel 2:6 memiliki konversi yang

paling tinggi yaitu sebesar 80,45%. Sedangkan variabel lainnya memiliki konversi dibawah

70%. Parameter fisika dan kimia lainnya (viskositas, densitas, dan angka asam) menunjukkan

bahwa seluruh produk crude biodiesel yang dihasilkan dari penelitian ini telah memenuhi

standar SNI.

Kata Kunci: Biodiesel, Transesterifikasi, Impregnasi Basah, Fe2O3-CaO, Rasio Prekursor

SUMMARY

Irvan Yudhistira Priyambudi and Muhammad Rifqi Fahreza Amrullah, Department of

Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Brawijaya University, June 2017, Application

of Heterogenous Catalyst Fe2O3-CaO at Biodiesel Manufacturing from Palm Oil, Academic

Supervisor: Bambang Poerwadi and Rama Oktavian

Biodiesel is one of the alternative energy produced by transesterification reaction of

vegetable oil with alcohol. The transesterification reaction is a reaction that requiring a

catalyst. The widely used catalysts are, for example, strong alkaline catalysts. The basic

catalyst is divided into two, i.e. a homogenous base catalyst such as NaOH and KOH, as well

as heterogeneous base catalysts such as CaO. The conversion of transesterification reactions

can be increased by adding precursors to the heterogeneous catalysts.

In this study, the catalyst used for the transesterification process is the heterogeneous

Fe2O3-CaO catalyst that made using the wet impregnation method. Wet impregnation method

is quite easy to do that is by mixing CaO and Fe2O3 in aqueous media and stirred at room

temperature. After that the catalyst is separated from the aqueous medium by filtration and

drying. Before being applied in the transesterification process, the catalyst is first calcined to

enlarge the active site of the catalyst and remove the H2O content from the catalyst. In this

study, 7 variations of the ratio of precursor and catalyst volume were comparable between

Fe2O3 and CaO (0:6, 1:6, 2:6, 3:6, 4:6, 5:6, and 6:6) to find the influence of the precursor

ratio in the transesterification process. The transesterification process is done by using raw

materials of palm cooking oil, methanol, and catalyst. In this study, the transesterification

process was carried out in waterbath at 65oC for 2 hours. For the separation process, biodiesel

products are separated from catalyst residues and by-products of glycerol. Two steps of

purification process are centrifugation and decantation. The biodiesel product obtained will

be tested to know the physical and chemical properties. Physical properties tested include

viscosity and density. While the chemical properties tested are acid number and % FAME.

The result of the transesterification process is FAME (Fatty Acid Methyl Ester) which is

a major component of biodiesel and glycerol byproduct. From the research conducted,

showed that the variable 2:6 has the highest conversion that is equal to 80,45%. While other

variables has a conversion below 70%. Other physical and chemical parameters (viscosity,

density, and acid number) indicate that all crude biodiesel products produced from this study

have met the SNI standard.

Keyword: Biodiesel, Transesterification, Wet Impregnation, Fe2O3-CaO, Precursor Ratio

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat,

hidayah dan karunia-Nya maka penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul :

“Aplikasi Katalis Heterogen Fe2O3/CaO Pada Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Kelapa

Sawit”.

Skripsi ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh ujian Sarjana

Teknik. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan

dan masih jauh dari kesempurnaan, hal ini dikarenakan keterbatasan kemampuan yang penulis

miliki.

Atas segala kekurangan dan ketidaksempurnaan skripsi ini, penulis sangat

mengharapkan masukan, kritik dan saran yang bersifat membangun kearah perbaikan dan

penyempurnaan skripsi ini. Cukup banyak kesulitan yang penulis temui dalam penulisan

skripsi ini, tetapi Alhamdulillah dapat penulis atasi dan selesaikan dengan baik.

Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang

membacanya.

Malang, Juli 2017

Penulis,

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ............................................................ Error! Bookmark not defined.

DAFTAR ISI........................................................................................................................... 12

DAFTAR TABEL .................................................................................................................. 14

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................. 15

BAB I PENDAHULUAN ....................................................... Error! Bookmark not defined.

1.1Latar Belakang .................................................... Error! Bookmark not defined.

1.2Rumusan Masalah ............................................... Error! Bookmark not defined.

1.3Batasan Masalah.................................................. Error! Bookmark not defined.

1.4Tujuan Penelitian ................................................ Error! Bookmark not defined.

1.5Manfaat Penelitian .............................................. Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................... Error! Bookmark not defined.

2.1.Biodiesel ............................................................. Error! Bookmark not defined.

2.2.MinyakKelapa Sawit .......................................... Error! Bookmark not defined.

2.2.1.Komposisi Minyak Kelapa Sawit ............... Error! Bookmark not defined.

2.2.2.Kegunaan dan Manfaat Minyak Kelapa SawitError! Bookmark not

defined.

2.3.Metanol .............................................................. Error! Bookmark not defined.

2.3.1.Peran Metanol dalam Proses Pembuatan BiodieselError! Bookmark not

defined.

2.4.Proses Transesterifikasi ...................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.Katalis pada Proses Transesterifikasi ................. Error! Bookmark not defined.

2.5.1.Katalis Homogen.......................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.2.Katalis Heterogen ......................................... Error! Bookmark not defined.

2.6.Proses Impregnasi .............................................. Error! Bookmark not defined.

2.7.Proses Kalsinasi ................................................. Error! Bookmark not defined.

2.8.Penelitian Terdahulu .......................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN ....................................... Error! Bookmark not defined.

3.1 Jenis Penelitian ................................................... Error! Bookmark not defined.

3.2Alat dan Bahan .................................................... Error! Bookmark not defined.

3.3 Tahap Pelaksanaan dan Penelitian Data ............. Error! Bookmark not defined.

3.3.1 Preparasi Katalis Heterogen Fe2O3/CaO ...... Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Reaksi Transesterifikasi Pembuatan BiodieselError! Bookmark not

defined.

3.3.3 Uji Kuantitas Biodiesel ................................ Error! Bookmark not defined.

3.3.4 Uji Kualitas Biodiesel .................................. Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................... Error! Bookmark not defined.

4.1 Pengaruh Rasio Catalyst Terhadap Viskositas, Densitas, dan Angka Asam

Biodiesel ........................................................... Error! Bookmark not defined.

4.1.1Viskositas Kinematik Biodiesel .................... Error! Bookmark not defined.

4.1.2Densitas Biodiesel ......................................... Error! Bookmark not defined.

4.1.3Angka Asam Biodiesel.................................. Error! Bookmark not defined.

4.2 Pengaruh Rasio Katalis Terhadap Yield Biodiesel Crude dan Konversi

FAME................................................................................................................Erro

r! Bookmark not defined.

4.2.1Yield dan Konversi FAME Biodiesel ........... Error! Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................. Error! Bookmark not defined.

5.1 Kesimpulan ....................................................... Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran.................................................................. Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Sifat Fisik dan Kimia Biodiesel dan Petrodiesel Error! Bookmark not defined.

Tabel 2. 2 Sumber Bahan Baku Biodiesel ........................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 2. 3 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit ..... Error! Bookmark not defined.

Tabel 2. 4 Komposisi trigliserida pada minyak kelapa sawitError! Bookmark not defined.

Tabel 2. 5 Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa Sawit .... Error! Bookmark not defined.

Tabel 3.1 Parameter uji kualitas biodiesel ........................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4. 1 Viskositas kinematik biodiesel crude hasil penelitian ........................................26

Tabel 4. 2 Densitas biodiesel crude hasil penelitian ............ Error! Bookmark not defined.

Tabel 4. 3 Angka asam biodiesel crude hasil penelitian ...... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4. 4 Nilai yield dan kadar FAME dari biodiesel crude hasil penelitian ............. Error!

Bookmark not defined.

Tabel A. 1 Hasil perhitungan densitas crude biodiesel ........ Error! Bookmark not defined.

Tabel A. 2 Hasil perhitungan viskositas kinematik crude biodiesel ... Error! Bookmark not

defined.

Tabel A. 3 Hasil perhitungan angka asam biodiesel ............ Error! Bookmark not defined.

Tabel A. 4 Hasil perhitungan yield biodiesel dan konversi FAME .... Error! Bookmark not

defined.

Tabel A. 5 Hasil dokumentasi penelitian ............................. Error! Bookmark not defined.

No. Judul Halaman

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Proses reaksi transesterifikasi menggunakan metanol. .. Error! Bookmark not

defined.

Gambar 2. 2 Mekanisme reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basaError! Bookmark

not defined.

Gambar 3. 1 Preparasi Katalis Heterogen Fe2O3/CaO dengan metode Impregnasi Basah

...................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3. 2 Reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel dari minyak sawit ............ Error!

Bookmark not defined.

Gambar 4. 1 Perbandingan viskositas kinematik hasil pengujian dengan SNI............ Error!

Bookmark not defined.

Gambar 4. 2 Perbandingan densitas hasil penelitian dengan SNI ...... Error! Bookmark not

defined.

Gambar 4. 3 Perbandingan angka asam hasil penelitian dengan SNI . Error! Bookmark not

defined.

Gambar 4. 4 Grafik yield biodiesel crude dan kadar FAMEError! Bookmark not defined.

Gambar 4. 5. Hasil konversi FAME .................................... Error! Bookmark not defined.

No. Judul Halaman

file:///E:/Kuliah/Skripsi/LAPORAN%20SKRIPSI/Draft%20Skirpsi_Irvan%20YP%20&%20M%20Rifqi%20F.A.docx%23_Toc484600065file:///E:/Kuliah/Skripsi/LAPORAN%20SKRIPSI/Draft%20Skirpsi_Irvan%20YP%20&%20M%20Rifqi%20F.A.docx%23_Toc484600065file:///E:/Kuliah/Skripsi/LAPORAN%20SKRIPSI/Draft%20Skirpsi_Irvan%20YP%20&%20M%20Rifqi%20F.A.docx%23_Toc484600066

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Krisis energi yang melanda dunia dewasa ini menyebabkan perhatian terfokus pada

pencarian energi alternatif, misalnya, hidrogen (H2) (Husin, 2011a), energi surya (Inman

dkk, 2013) dan biodiesel (Singh, dkk, 2014). Biodiesel dipertimbangkan karena termasuk

bahan bakar alternatif terbaik sebagai pengganti solar, karena bersih, dapat diproduksi dari

bahan baku terbarukan (Singh, dkk, 2014).

Produksi biodiesel melalui proses transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewani

dengan alkohol seperti metanol dan etanol (Roschat dkk., 2012). Prinsip dasar

transesterifikasi adalah alkohol rantai pendek bereaksi dengan trigliserida menghasilkan

ester. Reaksi yang terjadi adalah reversibel dan memerlukan alkohol berlebih untuk

menggeser kesetimbangan ke arah produk. Stoikiometri untuk reaksi ini adalah 3:1 alkohol

terhadap lemak. Akan tetapi, biasanya dalam praktek, rasio ini meningkat 6:1–12:1 untuk

meningkatkan rendemen produk (Anastopoulous dkk., 2009).

Proses pembuatan biodiesel secara konvensional pada umumnya menggunakan proses

transesterifikasi minyak nabati dengan alkohol, dengan katalis homogen asam atau basa,

misalnya H2SO4, NaOH, dan KOH. Kelemahan pembuatan biodiesel melalui cara

konvensional yaitu adanya kandungan free fatty acid (FFA) yang terdapat dalam minyak,

terbentuknya sabut, rumitnya pemisahan produk biodiesel, serta adanya limbah alkali yang

membutuhkan proses lanjutan dan energi yang tinggi untuk proses tersebut (Lam, 2010 dan

Singh dkk., 2014). Selain itu, pada proses pemurnian residu katalis, banyak menghasilkan

limbah cair sehingga dapat menimbulkan masalah lingkungan. Untuk mengatasi masalah

pada penggunaan katalis homogen, para peneliti tertarik untuk mengembangkan katalis

padat sistem heterogen, yang disebut dengan heterogenous catalyst. Katalis heterogen lebih

stabil, rendah kemungkinan menyebabkan korosi pada peralatan, dan ramah lingkungan

dibanding katalis homogen (Futura, 2006). Karena berfasa padat, katalis ini mudah

dipisahkan dari campuran reaksi dengan cara filtrasi. Selain itu, katalis padat dinilai lebih

ekonomis karena berpotensi digunakan berkali-kali. Katalis heterogen yang

2

sering digunakan pada penelitian sebelumnya yaitu ZnO, SiO, TiO2/ZrO2, Fe2O3/CaO dan

sebagainya (Futura, 2006).

Berbagai jenis katalis heterogen telah digunakan untuk proses transesterifikasi, seperti

oksida logam alkali tanah, logam alkali, dll. Katalis padat Fe2O3/CaO yang dipreparasi

dengan impregnasi basah dengan rasio volume Fe2O3 : CaO adalah 1 : 1 digunakan pada

proses tranesterifikasi pada suhu 650C dengan daya dari mikrowave sebesar 700 watt selama

6 menit waktu reaksi dan penggunaan katalis sebesar 5% dari berat minyak telah

menghasilkan biodiesel yield (GC) sebesar 88,2% menggunakan minyak alga dan sebesar

86,8% menggunakan minyak jathropa (Joshi, 2016). Katalis padat berupa SiO2/CaO juga

telah digunakan untuk proses transesterifikasi menggunakan minyak kelapa sawit, tetapi

dengan bertambahnya konsentrasi SiO2 didalam CaO justru akan menurunkan dari yield

biodiesel yang diperoleh yaitu dari 90,2% sampai 80,1% (Chen, dkk, 2015).

Atas pertimbangan di atas, maka pada kajian ini digunakan katalis heterogen

Fe2O3/CaO sebagai katalis untuk transesterifikasi minyak sawit, Fe2O3 dan CaO dalam

bentuk Powder dengan tingkat kemurnian 99% (pure analyst). Pada penelitian ini digunakan

katalis heterogen dengan proses preparasi impregnasi basah dan dengan rasio volume dari

Fe2O3 dan CaO yang divariasikan sehingga didapatkan suatu rasio volume yang optimal

untuk digunakan dalam proses reaksi transesterifikasi dari cara tersebut dimungkinkan dapat

meningkatkan yield biodiesel yang dihasilkan.Pemilihan tingkat kemurnian 99% pada

material ini dikarenakan bahwa dengan menggunakan tingkat kemurnian tersebutdapat

meminimalisir kandungan senyawa lain atau pengotor yang ada dalam material sehingga

tidak perlu dilakukan proses pretreatment untuk memurnikan material bahan ini. Dan juga

senyawa CaO merupakan fasa aktif pada proses transesterifikasi minyak nabati menjadi

biodiesel. (Husin, 2011b).

3

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, maka dapat dirumuskan bagaimana pengaruh perbedaan rasio

volume suspensi Fe2O3 1,33% : suspensi CaO 14,28% pada impregnasi basah terhadap yield

crude biodiesel, persen FAME, dan konversi reaksi pembuatan biodiesel dari minyak goreng

sawit.

1.3 Batasan Masalah

1. Bahan dasar katalis adalah CaO powder dan Fe2O3 powder dengan tingkat kemurnian

99%

2. Minyak yang digunakan adalah minyak goreng sawit dengan kadar FFA 0,5%.

3. Rasio mol pembuatan biodiesel dengan perbandingan 1:8 ( Minyak : Metanol ), waktu

reaksi pembuatan biodiesel adalah 120 menit dengan suhu 650 C (±10C) pengunaan

katalis ( catalysts loading ) yang digunakan sebesar 5% dari berat minyak.

4. Pembuatan suspensi CaO 5 gram CaO powder ditambahkan 30ml Demineralized

Water dalam beaker glass 250ml. Pembuatan larutan induk Fe2O3 1,33 gram Fe2O3

powder ditambahkan 98,67 gram Demineralized Water di dalam erlenmeyer.

5. Precursor / pengemban yang digunakan adalah Fe2O3, dengan rasio volume suspensi

CaO : suspensi Fe2O3 adalah 6:0 ; 6:1 ; 6:2 ; 6:3 ; 6:4 ; 6:5 ; 6:6

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengkaji pengaruh perbedaan rasio volume suspensi Fe2O3 1,33% : suspensi CaO

14,28% pada impregnasi basah terhadap yield crude biodiesel, % FAME yang

dihasilkan, dan konversi reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi cara pembuatan katalis heterogen yang menggunakan CaO

dan Fe2O3 dengan metode impregnasi basah.

2. Memberikan informasi tentang perbandingan persen FAME, yield crude biodiesel dan

karakteristik fisik crude biodiesel yang dipengaruhi oleh perbedaan komposisi katalis

Fe2O3/CaO.

1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang diproduksi

dengan reaksi transesterifikasi dan esterifikasi minyak tumbuhan atau lemak hewan dengan

alkohol rantai pendek seperti metanol. Reaksinya membutuhkan katalis yang umumnya

merupakan basa kuat, sehingga akan memproduksi senyawa kimia baru yang disebut metil

ester (Van Gerpen, 2005).

Kelebihan biodiesel dibandingkan dengan petrodiesel antara lain: (1) Biodiesel berasal

dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui; (2) Biodiesel memiliki kandungan aromatik

dan sulfur yang rendah (Ma & Hanna, 1999); (3) Biodiesel memiliki cetane number yang

tinggi (Zhang, dkk., 2003). Beberapa sifat fisik dan kimia biodiesel dan petrodiesel disarikan

dalam tabel 2.1.

Saat ini, penggunaan biodiesel masih sulit bersaing dengan petrodiesel karena

memiliki harga yang relatif lebih mahal. Walaupun demikian dengan semakin meningkatnya

harge petroleum dan ketidakpastian ketersediaan petroleum pada masa yang akan datang,

pengembangan biodiesel yang bersumber pada minyak tumbuhan menjadi salah satu

alternatif utama karena memberikan keuntungan baik dari segi lingkungan maupun dari segi

sumbernya yang merupakan sumber daya alam terbarukan.

Lebih lanjut, sebagai negara yang kaya akan sumber daya alam hayati, Indonesia

memiliki banyak sekali sumber minyak nabati yang dapat digunakan sebagai bahan baku

dalam proses pembuatan biodiesel. Tabel 2.2. berikut ini menyajukan beberapa sumber

minyak nabati yang dapat digunakan dalam proses pembuatan biodiesel.

2

Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Biodiesel dan Petrodiesel

Sifat Metode ASTM D975

(Petrodiesel)

ASTM D6751

(Biodiesel)

Titik nyala D29 325K min 403K min

Air dan sedimen D2079 0,05 max %vol 0,05 max %vol

Viskositas kinematik D445 1,3 – 4,1 mm2/s 1,9 – 6,0 mm2/s

Massa jenis D1298 - 0,86 – 0,90

Abu sulfat D874 - 0,02 max %mass

Abu D482 0,01 max %mass -

Sulfur D5453 0,05 max %mass -

Korosi pada Tembaga D130 No. 3 max No. 3 max

Bilangan cetane D613 40 min 47 min

Aromatisitas D1319 35 max %vol -

Residu karbon D4530 - 0,05 max %mass

Temperatur Distilasi (90 %vol) D1160 555K min, 611 max -

Sumber: Demirbas, 2009

Tabel 2.2 Sumber Bahan Baku Biodiesel

Kelompok Sumber Minyak

Minyak tumbuhan Kelapa, jagung, biji kapas, canola, olive, kacang,

safflower, wijen, kedelai, bunga matahari.

Minyak kacang-kacangan Almond, cashew, hazelnut, macadamia, pecan, pistachio,

walnut.

Minyak masak

Amarant, apricot, argan, articoke, alpukat, babassu, biji

anggur,

hemp, biji kapok, biji lemon, mustard.

Minyak lainnya Alga, jatropha, jojoba, neem, biji karet, Cynara carunculus

L, castor, radish, dedak padi.

2.2. Minyak Kelapa Sawit

Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis) dapat menghasilkan dua jenis minyak, yakni:

minyak kelapa sawit mentah (CPO) yang diekstraksi dari mesokrap buah kelapa sawit, dan

Sumber: Demirbas, 2009

3

minyak inti sawit (Palm Kernel Oil, PKO) diekstraksi dari biji atau inti kelapa sawit. Minyak

kelapa sawit mentah (CPO) dapat diubah menjadi beberapa bentuk, yaitu diantaranya adalah

RBDPO (Refined, Bleached, Deodorized Palm Oil), Stearin, dan Olein. Stearin adalah fraksi

CPO yang berwujud padat pada suhu kamar dan Olein adalah fraksi CPO yang berwujud cair

pada suhu kamar (Nisa & Fristianingrum, 2010).

Minyak kelapa sawit ini diperoleh dari mesokrap buah kelapa sawit melalui ekstraksi

dan mengandung sedikit air serta serat halus yang berwarna kuning sampai merah dan

berbentuk semi-solid pada suhu ruang yang disebabkan oleh kandungan asam lemak jenuh

yang tinggi. Dengan adayan air dan serat halus tersebut menyebabkan minyak kelapa sawit

mentah tidak dapat langsung dimakan sebagai bahan pangan maupun non pangan (Nisa &

Fristianingrum, 2010).

2.2.1. Komposisi Minyak Kelapa Sawit

Minyak kelapa sawit tersusun atas lemak dan minyak alam yang terdiri atas trigliserida,

digliserida, monogliserida, asam lemak bebas, moisture, pengotor dan komponen-komponen

minor bukan minyak/lemak yang secara umum disebut dengan senyawa yang tidak dapat

tersabunkan (Nisa & Fristianingrum, 2010).

Asam-asam lemak penyusun minyak/ lemak terbagi atas asam lemak jenuh (saturated

fatty acid/SFA) dan asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acid/UFA), yang terdiri atas

mono-unsaturated fatty acid (MUFA) dan poly-unsaturated fatty acid (PUFA). Asam lemak

jenuh (saturated fat) tidak mengandung ikatan rangkap dan asam lemak tak jenuh (unsaturated

fat) mengandung ikatan rangkap. Secara umum, asam lemak jenuh penyusun lemak berasal

dari sumber hewani, dan asam lemak tak jenuh penyusun minyak berasal dari sumber nabati.

Asam lemak yang paling dominan pada minyak kelapa sawit adalah Asam palmitat (C16:0

asam lemak jenuh) dan asam oleat (C18:1 asam lemak tak jenuh) (Nisa & Fristianingrum,

2010).

4

Tabel 2.3 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit

Asam Lemak Komposisi (%) Berat Molekul

(gr/mol)

Asam Laurat (12:0) 0,0 – 0,4 200,32

Asam Miristat (14:0) 0,6 – 1,7 228,38

Asam Palmitat (16:0) 41,1 – 47,0 256,43

Asam Stearat (18:0) 3,7 – 5,6 284,49

Asam Oleat (18:1) 38,2 – 43,6 282,47

Asam Linoleat (18:2) 6,6 – 11,9 280,45

Asam Linolenat (18:3) 0,0 – 0,6 280,45

Sumber: Nisa & Fristianingrum, 2010

CPO (Crude Palm Oil) merupakan minyak mentah yang dapat digunakan sebagai bahan

baku dalam industri pembuatan minyak goreng dan turunannya. Kualitas standar minyak

kelapa sawit mengandung tidak lebih dari 5 % FFA. Setelah pengolahan, kelapa sawit bermutu

akan menghasilkan rendemen minyak 22,1 % - 22,2 % (tertinggi) dan kadar asam lemak bebas

1,7 % - 2,1 % (terendah) (Nisa & Fristianingrum, 2010).

Tabel 2.4 Komposisi trigliserida pada minyak kelapa sawit

Trigliserida Komposisi (%)

Tripalmitin

Dipalmito – Stearine

Oleo – Miristopalmitin

Oleo – Dipalmitin

Oleo – Palmitostearine

Palmito – Diolein

Stearo – Diolein

Linoleo – Diolein

3 – 5

1 – 3

0 – 5

21 – 43

10 – 11

32 – 48

0 – 6

3 – 12

Sumber: Nisa & Fristianingrum, 2010

5

2.2.2. Kegunaan dan Manfaat Minyak Kelapa Sawit

Minyak sawit digunakan sebagai bahan baku minyak makan, margarin, sabun,

kosmetika, industri baja, kawat, radio, kulit dan industri farmasi. Minyak sawit dapat

digunakan untuk begitu beragam peruntukannya karena keuunggulan sifat yang dimilikinya

yaitu tahan oksidasi dengan tekanan tinggi, mampu melarutkan bahan kimia yang tidak larut

oleh bahan pelarut lainnya, mempunyai daya melapis yang tinggi dan tidak menimbulkan iritasi

pada tubuh dalam bidang kosmetik. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit

mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng dan berbagai jenis turunannya.

Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki

kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan baku margarin. Minyak

inti menjadi bahan baku minyak alkohol dan industri kosmetika. Produk minyak kelapa sawit

sebagai bahan makanan mempunyai dua aspek kualitas. Aspek pertama berhubungan dengan

kadar dan kualitas asam lemak, kelembaban dan kadar kotoran. Aspek kedua berhubungan

dengan rasa, aroma dan kejernihan serta kemurnian produk (Nisa & Fristianingrum, 2010).

Tabel 2.5 Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa Sawit

Sifat Nilai

Specific Heat (J/g) 2400 pada T=140oC

Smoke Point (oC) 223

Flash Point (oC) 314

Fire Point (oC) 341

Persamaan Densitas (g/m3) 925 – 0,655 . T

Viskositas (Pas) pada T=37oC 0,898 – 0,901

Indeks Refraksi pada T=40oC 1,453 – 1,456

Sumber: Nisa & Fristianingrum, 2010

2.3. Metanol

Metanol adalah senyawa alkohol dengan 1 rantai karbon. Rumus kimia CH3OH, dengan

berat molekul 32. Titik didih 64 – 65oC (tergantung kemurnian, dan berat jenis 0,792 – 0,793

6

(juga tergantung kemurnian. Secara fisik metanol merupakan cairan bening, berbau seperti

alkohol, dapat bercampur dengan air, etanol, kloroform dalam perbandingan berapapun,

higroskopis, mudah menguap, dan mudah terbakar dengan apinya yang berwarna biru. Secara

teori, metanol dapat dibuat dari proses penyulingan kayu, gasifikasi batu bara, dan sintesis gas

alam (Chincen, dkk., 1988). Berikut langkah proses pembuatan metanol dari sintesis gas alam

beserta keterangan dari masing-masing proses:

Metanol adalah senyawa alkohol dengan 1 rantai karbon. Rumus kimia CH3OH, dengan

berat molekul 32. Titik didih 64 – 65oC (tergantung kemurnian, dan berat jenis 0,792 – 0,793

(juga tergantung kemurnian. Secara fisik metanol merupakan cairan bening, berbau seperti

alkohol, dapat bercampur dengan air, etanol, kloroform dalam perbandingan berapapun,

higroskopis, mudah menguap, dan mudah terbakar dengan apinya yang berwarna biru. Secara

teori, metanol dapat dibuat dari proses penyulingan kayu, gasifikasi batu bara, dan sintesis gas

alam (Chincen, dkk., 1988)

Salah satu proses pembuatan biodiesel adalah menggunakan proses transesterifikasi.

Salah satu contoh proses transesterifikasi adalah alkoholisis. Peran metanol dalam proses

alkoholisis ini adalah mengganti jenis ester yang terdapat dalam minyak sawit (trigiliserida)

menjadi ester dalam bentuk lain (metil ester). (Hariska, dkk. 2012)

Pada proses transesterifikasi, metanol akan memecah ikatan ester dan gliserida sehingga

ester akan berikatan dengan metil dari metanol menjadi metil ester dan gliserida akan berikatan

dengan ion OH- membentuk gliserol.

Pada proses transesterifikasi, metanol memiliki peran sebagai agen alkoholisis pada

trigliserida yang terdapat dalam minyak. Mula-mula, metanol akan dirubah oleh katalis basa

menjadi metoksida. Metoksida inilah yang akan meng-alkoholisis trigliserida dengan cara

melakukan serangan nukleofilik terhadap gugus karbonil pada salah satu gliserida yang

membentuk senyawa intermediate tetrahedral. Serangan nukleofilik terjadi karena senyawa

metoksida yang sangat reaktif karena adanya oksigen yang bersifat elektronegatif. Selanjutnya

senyawa intermediate tersebut akan terlepas dari trigliserida dan membentuk metil ester.

2.4. Proses Transesterifikasi

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari

trigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan

menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang

7

menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan,

karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis).

Jadi, di sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak

(Fatty Acids Metil Ester, FAME). (Soerawidjaja, 2006).

Secara umum reaksi transesterifikasi antara minyak nabati (trigliserida) dan alkohol

(metanol) dapat digambarkan pada gambar 2.1.

A + 3B ↔ 3C + D .

Gambar 2.1 Proses reaksi transesterifikasi menggunakan metanol

Sumber; Soerawidjaja, 2006

Minyak atau lemak yang mempunyai kandungan asam lemak bebas yang tinggi tidak

dapt langsung di-esterifikasi. Hal tersebut dikarenakan kadar asam lemak bebas dapat

menimbulkan reaksi penyabunan apabila bereaksi dengan katalis basa sehingga menghambat

pembentukan biodiesel. Salah satu metode untuk mengatasinya, yaitu dengan melakukan

esterifikasi terlebih dahulu untuk mengurangi kadar asam lemak bebas sebelum dilakukan

transesterifikasi (Kartika dan Widyaningsih, 2012).

Pada reaksi transesterifikasi, terjadi tiga tahapan reaksi. Reaksi pertama adalah reaksi

trigliserida menjadi diglisterida, lalu reaksi digliserida menjadi monogliserida, dan yang

terakhir adalah konversi monogliserida menjadi gliserol. Setiap tahapan reaksi tersebut

masing-masing menghasilkan satu senyawa ester. Secara stoikiometri, alkohol dibutuhkan

sebanyak tiga kali lipat dari mol trigliserida. Dikarenakan reaksi transesterifikasi berlangsung

reversibel sehingga pada praktiknya untuk menggeser kesetimbangan reaksi ke arah produk

maka senyawa alkohol dibuat berlebih agar produksi dari gugus ester berlangsung efisien (Koh

dan Tinia, 2011).

Trigliserida + R-OH Digliserida + R-COOR1

Digliserida + R-OH Monogliserida + R-COOR2

8

Monogliserida + R-OH Gliserol + R-COOR3

Pada akhir reaksi, gliserol dan bioodiesel akan terpisah menjadi dua fase yang berbeda.

Gliserol memiliki massa jenis yang lebih besar sehingga akan berada di bawah sedangkan

biodiesel berada di atas sebagai fase yang lebih ringan. Semakin tinggi yield biodiesel, maka

gliserol dan biodiesel pada akhir reaksi dapat lebih mudah dipisahkan (Mittelbach, 2006)

2.5. Katalis pada Proses Transesterifikasi

Dalam reaksi pembuatan biodiesel diperlukan katalis karena reaksi cenderung berjalan

lambat. Katalis berfungsi menurunkan energi aktifasi reaksi sehingga reaksi dapat berlangsung

lebih cepat. Katalis yang digunakan dalam pembuatan biodiesel dapat berupa katalis basa

maupun katalis asam. Dengan katalis basa reaksi berlangsung pada suhu kamar sedangkan

dengan katalis asam reaksi baru berjalan baik pada suhu sekitar 100°C. Bila tanpa katalis,

reaksi membutuhkan suhu minimal 250°C. Secara umum, katalis pada proses transesterifikasi

terdiri dari katalis homogen dan katalis heterogen.

2.5.1. Katalis Homogen

Katalis homogen memilikiwujud sama dengan pereaksi dan dapat mempercepat reaksi

melalui pembentukan kompleks teraktivasidengan salah satu pereaksi. Pada proses

transesterifikasi, katalis homogen dibagi menjadi katalis asam dan katalis basa.

2.5.1.1. Katalis Asam

Alternatif yang dapat digunakan untuk pembuatan biodiesel adalah dengan menggunakan

katalis asam. Selain dapat mengkatalisis reaksi transesterifikasi minyak tumbuhan menjadi

biodiesel, katalis asam juga dapat mengkatalisis reaksi esterifikasi asam lemak bebas yang

terkandung di dalam minyak menjadi biodiesel mengikuti reaksi berikut ini:

Katalis asam umumnya digunakan dalam proses pretreatment terhadap bahan baku

minyak tumbuhan yang memiliki kandungan asam lemak bebas yang tinggi namun sangat

jarang digunakan dalam proses utama pembuatan biodiesel. Katalis asam homogen seperti

asam sulfat, bersifat sangat korosif, sulit dipisahkan dari produk dan dapat ikut terbuang dalam

pencucian sehingga tidak dapat digunakan kembali sekaligus dapat menyebabkan terjadinya

pencemaran lingkungan. Katalis asam heterogen seperti Nafion, meskipun tidak sekorosif

R – COOH

(Asam Lemak Bebas)

R – COOCH3

(Biodiesel)

H2O

(Air)

CH3OH

(Metanol) + +

9

katalis asam homogen dan dapat dipisahkan untuk digunakan kembali, cenderung sangat mahal

dan memiliki kemampuan katalisasi yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan katalis basa.

2.5.1.2. Katalis Basa

Katalis basa homogen seperti NaOH (natrium hidroksida) dan KOH (kalium hidroksida)

merupakan katalis yang paling umum digunakan dalam proses pembuatan biodiesel karena

dapat digunakan pada temperatur dan tekanan operasi yang relatif rendah serta memiliki

kemampuan katalisator yang tinggi. Akan tetapi, katalis basa homogen sangat sulit dipisahkan

dari campuran reaksi sehingga tidak dapat digunakan kembali dan pada akhirnya akan ikut

terbuang sebagai limbah yang dapat mencemarkan lingkungan.

Di sisi lain, katalis basa heterogen seperti CaO, meskipun memiliki kemampuan

katalisator yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan katalis basa homogen, dapat

menjadi alternatif yang baik dalam proses pembuatan biodiesel. Katalis basa heterogen dapat

dengan mudah dipisahkan dari campuran reaksi sehingga dapat digunakan kembali,

mengurangi biaya pengadaan dan pengoperasian peralatan pemisahan yang mahal serta

meminimasi persoalan limbah yang dapat berdampak negatif terhadap lingkungan.

Meskipun katalis basa memiliki kemampuan katalisator yang tinggi serta harganya yang

relatif lebih murah dibandingkan dengan katalis asam, untuk mendapatkan performa proses

yang baik, penggunaan katalis basa dalam reaksi transesterifikasi memiliki beberapa

persyaratan penting, diantaranya alkohol yang digunakan harus dalam keadaan anhidrous

dengan kandungan air < 0.1 - 0.5 %-berat serta minyak yang digunakan harus memiliki

kandungan asam lemak bebas < 0.5% (Lotero dkk., 2005). Keberadaan air dalam reaksi

transesterifikasi sangat penting untuk diperhatikan karena dengan adanya air, alkil ester yang

terbentuk akan terhidrolisis menjadi asam lemak bebas. Lebih lanjut, kehadiran asam lemak

bebas dalam sistem reaksi dapat menyebabkan reaksi penyabunan yang sangat menggangu

dalam proses pembuatan biodiesel.

Akibat reaksi samping ini, katalis basa harus terus ditambahkan karena sebagian katalis

basa akan habis bereaksi membentuk produk samping berupa sabun. Kehadiran sabun dapat

R – COOH

(Asam Lemak Bebas)

R – COOK

(Biodiesel)

H2O

(Air)

KOH

(Alkali) + +

10

menyebabkan meningkatnya pembentukkan gel dan viskositas pada produk biodiesel serta

menjadi penghambat dalam pemisahan produk biodisel dari campuran reaksi karena

menyebabkan terjadinya pembentukan emulsi. Hal ini secara signifikan akan menurunkan

keekonomisan proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis basa.

2.5.2. Katalis Heterogen

Katalis heterogen tidak memiliki wujud sama dengan pereaksi, tetapi menyediakan

permukaan yang menyebabkan reaksi dapat berlangsung. Katalis heterogen umumnya

memiliki fasa padat dan memiliki sisi aktif yang tidak seragam. Selain itu, katalis heterogen

biasanya memiliki sejumlah bahan tambahan selain bahan aktif yaitu penyangga, prekursor,

dan promotor.

2.5.2.1. Katalis Heterogen Fe2O3-CaO

Katalis CaO merupakan salah satu katalis heterogen yang telah secara luas diaplikasikan

dalam proses pembuatan biodiesel. Katalis basa heterogen CaO dapat dibuat melalui proses

kalsinasi CaCO3. Proses kalsinasi CaCO3 bertujuan untuk menghilangkan kandungan air,

senyawa organik, serta karbon dioksida yang terdapat di dalam kulit telur. Air dan senyawa

organik umumnya dapat dihilangkan dari kulit telur pada temperatur di bawah 600oC sementara

karbon dioksida baru dapat dilepaskan dari kulit telur pada temperatur sekitar 700 – 800oC.

Oleh karena itu, untuk mendapatkan katalis CaO yang baik dari kulit telur, temperatur kalsinasi

yang digunakan harus di atas 800oC (Wei, dkk., 2009).

Untuk meningkatkan kemampuan katalis CaO yang akan digunakan untuk proses

transesterifikasi, diberikan pengemban (precursor) berupa metal-based precursor seperti Zn,

Mn, Al, dan Fe. Fungsi dari pengemban itu sendiri adalah untuk meningkatkan luas permukaan

dari sisi aktrif katalis CaO. Pengemban yang akan digunakan terbuat dari Fe(NO3)2 yang akan

dicampurkan dengan CaO menggunakan metode impregnasi basah sehingga terbentuk katalis

Fe2O3 – CaO.

Dalam proses transesterifikasi, proses yang menggunakan katalis basa akan berlangsung

lebih cepat dibandingkan katalis asam. Tahapan proses reaksi transesterifikasi dengan

menggunakan katalis basa dapat dilihat pada gambar 2.2.

R'COO CH

CH R"COO

H2C OCR'''

O

+ -OCH3

R'COO CH2

CH R"COO

H2C OCR'''

O

OCH3

R'COO CH

CH R"COO OCH3

R'COO CH

2

CH R"COO + CH COOR'''

CH3 OH + B CH

3O

- + BH

+

11

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa

Sumber; Schuchardt, dkk., 1998

Dari mekanisme reaksi diatas, pada tahap 1 katalis basa akan bereaksi dengan metanol

membentuk metoksida dan katalis yang terprotonasi. Kemudian pada tahap 2 terjadi serangan

nukleofilik oleh metoksida terhadap gugus karbonil pada gliserida yang membentuk senyawa

intermediate tetrahedral, yang selanjutnya pada tahap 3 berubah menjadi alkil ester dan suatu

anion gliserida, dan yang terakhir pada tahap 4 terjadi proses deprotonasi katalis yang terbentuk

pada tahap 1 sehingga menghasilkan katalis yang memiliki situs aktif.

Transesterifikasi trigliserida dengan katalis basa homogen merupakan aspek kimia

biodiesel yang paling penting. Spesies reaktif dalam transesterifikasi menggunakan katalis basa

homogen alkoksida yang terbentuk ketika alkohol dan katalis bereaksi. Alkoksida yang sangat

reaktif kemudian terlibat dalam serangan nukleofilik pada gugus karbonil dari asam lemak

sehingga memungkinkan serangan nukleofilik oleh alkohol melalui oksigen yang bersifat

elektronegatif.

2.6. Proses Impregnasi

Terdapat berbagai macam cara untuk mensintesis katalis heterogen, contohnya metode

impregnasi. Pengertian dari impregnasi adalah proses penjenuhan total suatu zat menggunakan

zat tertentu. Banyak katalis yang disintesis dengan metode ini. Metode ini merupakan teknik

preparasi katalis yang paling sering digunakan daripada metode lainnya. Alas an utamanya

adalah karena kemudahan dalam pengerjaannya. Tujuannya adalah untuk mengisi pori-pori

menggunakan larutan garam logam dengan konsentrasi tertentu. Setelah diimpregnasi , langkah

selanjutnya adalah pengeringan dan pemanasan pada suhu tinggi (kalsinasi), sehingga terjadi

dekomposisi precursor menjadi spesi aktif.

12

Ada dua metode impregnasi, yaitu:

1. Impregnasi basah (wet impregnation) , pada impregnasi basah ,jumlah larutan

precursor fasa aktif ditambahkan ke penyangga melebihi volume pori penyangga.

walaupun metode ini adalah yang termudah, tetapi dapat menghasilkan deposisi

precursor fasa aktif yang sangat banyak pada bagian luar penyangga setelah

dikeringkan dan menghasilkan distribusi fasa aktif mirip kulit telur pada bagian luar

penyangga.

2. Impregnasi Kering (incipient wetness impregnation). Pada metode ini, jumlah larutan

precursor aktif (impregnan) yang ditambahkan sama dengan jumlah volume

penyangga. keuntungan dari metode ini adalah akurat dalam mengontrol komponen

aktif yang akan digabungkan dalam katalis, kelemahannya yaitu sulit melakukan

pembuatan dengan persen berat komponen aktif yang besar.

Proses impregnasi diawali dengan memilih support yang akan digunakan. Beberapa

pertimbangan yang dijadikan dasar pada pemilihan support yang akan digunakan adalah

sebagai berikut (Yates & Satterfield, 1991):

a. Bersifat inert dan tidak menghasilkan reaksi lain.

b. Memiliki sifat-sifat mekanik, termasuk ketahanan secara fisik.

c. Stabil.

d. Memiliki luas permukaan yang besar.

e. Porous

f. Harganya murah

Selanjutnya support dikeringkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kelembapan dan

impurities yang ada, support ditetesi garam logam, diaduk, dan dibiarkan selama 30 menit agar

distribusi garam logam menjadi merata. Selanjutnya support yang telah ditetesi garam logam

dikeringkan untuk menghilangkan sisa-sisa air. Proses kalsinasi dilakukan untuk

mendekomposisi garam logam menjadi oksida. Selain itu kalsinasi juga bertujuan untuk

meningkatkan stabilitas katalis terhadap perubahan temperatur.

13

Gambar 2.3 Mekanisme Proses Impregnasi

Sumber; Joshi, dkk., 2015

Untuk membuat katalis Fe2O3 – CaO dengan metode impregnasi basah, mula mula

suspensi CaO dan suspensi Fe(NO3)2 dicampur dengan rasio yang telah ditentukan dan

kemudian diaduk selama 4 jam dalam suhu ruang. Kemudian campuran yang terbentuk disaring

untuk memisahkan fraksi padat dengan fraksi cair. Fraksi padat yang didapat kemudian

dikeringkan pada suhu 120oC selama 4 jam dan kemudian dilakukan proses kalsinasi pada suhu

900oC untuk membentuk katalis Fe2O3 – CaO (Joshi, dkk., 2015).

2.7. Proses Kalsinasi

Kalsinasi adalah proses pemanasan yang dilakukan setelah proses pengeringan. Kalsinasi

bertujuan untuk mendekomposisi suatu garam menjadi bentuk oksidanya, menaikkan suhu

untuk meningkatkan kekuatan (stabilitas mekanik), serta menghilangkan kadar air yang ada

(Joshi, dkk., 2015). Kalsinasi dikerjakan pada temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan dan

disertai dengan penambahan reagen, hal ini dimaksudkan untuk mengubah bentuk senyawa

konsentrat. Kalsinasi biasa disebut juga Dekomposisi Thermal (penguraian dengan

temperatur). Contoh: Hidrat, karbonat, FeCO3, Mg(OH)2, MgCO3, CaCO3. Penghilangan air

dalam senyawa karbonat dilakukan dalam berbagai variasi temperatur tergantung jenis

senyawa dan ikatan air pada senyawa. Kalsinasi merupakan proses endotermik yang berarti

memerlukan panas, dan juga lebih endotermik daripada proses Drying.

Dalam aplikasinya di industri, kalsinasi dilakukan dalam berbagai furnace, diantaranya

yaitu:

1. Untuk kuarsa, CaCO3, digunakan Shaft Furnace.

2. Untuk lumps digunakan Rotary Kiln.

Sisi aktif

katalis

Pencampuran

Prekursor

Pengeringan

Kalsinasi

14

3. Untuk material of uniform dengan ukuran kecil digunakan Fluidized Bed.

Kalsinasi adalah thermal treatment yang dilakukan terhadap bijih dalam hal ini batu

kapur agar terjadi dekomposisi dan juga untuk mengeleminasi senyawa yang berikatan secara

kimia dengan batu kapur yaitu karbon dioksida dan air. Proses yang dilakukan adalah

pemanggangan dengan temperatur yang bervariasi bergantung dari jenis senyawa karbonat.

Kebanyakan senyawa karbonat berdekomposisi pada temperatur rendah. Contoh, MgCO3 pada

temperatur 417oC, MnCO3 pada 377oC, dan FeCO3 pada 400

oC. Tetapi untuk kalsium karbonat

diperlukan suhu 900oC untuk melakukan dekomposisi hal ini dikarenakan ikatan kimia yang

cukup kuat pada air kristal.

Kalsinasi adalah proses yang endotermik, yaitu memerlukan panas. Hal ini dapat dilihat

dari nilai ΔHo yang postif. Panas diperlukan untuk melepas ikatan kimia dari air kristal karena

dengan panas maka ikatan kimia akan menjadi renggang dan pada temperatur tertentu atom-

atom yang berikatan akan bergerak sangat bebas menyebabkan terputusnya ikatan kimia. Panas

juga diperlukan untuk mengoksidasi batu kapur menjadi oksidanya. Reaksinya:

CaCO3 (800oC) = CaO (1000oC) + CO2 (900

oC) , ΔHo = 42,5 Kcal..............(1)

Panas mengalir secara konduksi ke seluruh bagian batu kapur. Laju kalsinasi batu kapur

memiliki persamaan dengan reaksi yang dikendalikan oleh difusi. Dengan ukuran dan bentuk

butiran yang sama, semakin tinggi temperatur semakin cepat proses dekomposisi. Waktu yang

diperlukan dalam proses kalsinasi bergantung pada ukuran dan bentuk dari butiran batu kapur.

Dengan temperatur yang sama semakin kecil ukuran semakin cepat proses kalsinasi, bentuk

yang bulat akan mempercepat proses kalsinasi.

2.8. Penelitian Terdahulu

Dalam penelitian ini, terdapat rujukan-rujukan penelitian yang dijadikan dasar untuk

melakukan percobaan. Ye, dkk. (2016) melakukan penelitian proses transesterifikasi minyak

kelapa sawit dengan katalis heterogen CaO, dengan membandingkan metode antara pemanasan

konvensional dan iradiasi microwave. Dimana metode iradiasi microwave mampu

meningkatkan laju reaksi dan meningkatkan konversi biodiesel hingga tiga kali lipat.

Sementara itu, Chen, dkk. (2015) telah melakukan penelitian pembuatan biodiesel dari

minyak kelapa sawit dengan katalis CaO – SiO2. Namun dengan tambahan prekursor silika,

justru menurunkan yield biodiesel yang diperoleh. Seiring meningkatnya rasio SiO2 dari CaO,

justru semakin menurunkan yield biodiesel, dari 90,2%, hingga 80,1%.

15

Sedangkan Joshi, dkk. (2016) melakukan transesterifikasi minyak non-edible (algal,

jatropha, dan pongomia) dengan menggunakan katalis dengan metal-based precursor. Antara

lain ZnO – CaO, Fe2O3 – CaO, MnO2 – CaO, dan Al2O3 – CaO. Metode transesterifikasi yang

digunakan adalah dengan menggunakan sistem microwave. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa dengan adanya prekursor, mampu meningkatkan yield dari biodiesel, dimana katalis

ZnO – CaO menghasilkan yield paling tinggi yaitu 97,8 – 99,8 %

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Jenis Penelitian

Pada penelitian yang dilakukan merupakan penelitan terapan, yang termasuk pada

bidang eksakta melalui teknik eksperimen. Jumlah katalis dalam proses pembuatan biodiesel

sebesar 5% dari berat minyak goreng sawit, dengan menggunakan rasio mol metanol :

minyak sebesar 8 : 1 selama 120 menit dengan suhu 650 C (±10C) di dalam waterbath.

Variabel yang digunakan yaitu rasio volume prekursor yang digunakan dalam pembuatan

katalis. Rasio volume suspensi CaO : Fe2O3 adalah 6:0 ; 6:1 ; 6:2 ; 6:3 ; 6:4 ; 6:5 ; 6:6.

3.2 Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. Gas Chromatography

2. Mortar dan Pastle

3. Ayakan 40-80 mesh

4. Oven

5. Desikator

6. Centrifuge

7. Magnetic Stirrer

8. Microwave 400 watt

9. Termometer

10. Neraca Analitik

11. Vacum jet ejector

12. Waterbath

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. CaO Powder dan Fe2O3 Powder, kemurnian 99%

2. Minyak Goreng Sawit, kadar FFA 0,5%

3. Metanol, Etanol, Asam Oksalat, kemurnian 99%

4. Demineralized Water

5. Kertas Saring

3.3 Tahap Pelaksanaan dan Penelitian Data

3.3.1 Preparasi Katalis Heterogen Fe2O3/CaO

Impregnasi ada beberapa proses antara lain, membuat suspensi CaO dengan cara 5 gram

CaO dimasukkan dalam beaker glass 250ml ditambahkan 30ml demineralized water dan

membuat larutan induk Fe2O3 dengan cara 1,33gr Fe2O3 dimasukkan dalam erlenmeyer dan

ditambahkan 98,67 gram demineralized water (Joshi dkk., 2016), rasio volume suspensi Fe2O3 :

CaO suspensi ( 0:6 ; 1:6 ; 2:6 ; 3:6 ; 4:6 ; 5:6 ; 6:6 ), penyaringan, pengeringan, dan kalsinasi.

Cara membuat campuran antara suspensi CaO dan suspensi Fe2O3 adalah sebagai berikut:

a. Variabel 0:6, yaitu variabel yang memiliki komposisi 30 ml CaO 14,28%, tanpa ada

tambahan prekursor Fe2O3

b. Variabel 1:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 5 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

c. Variabel 2:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 10 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

d. Variabel 3:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 15 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

e. Variabel 4:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 20 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

f. Variabel 5:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 25 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

g. Variabel 6:6, yaitu variabel dimana pada saat proses preparasi katalis memiliki

komposisi 30 ml Fe2O3 1,33% dan 30 ml CaO 14,28%

Alur kerja preparasi katalis heterogen Fe2O3/CaO dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Pengadukan dengan magnetic stirrer

( t= 4jam, T = 25oC)

Penyaringan dengan kertas saring

Padatan

Pengeringan dengan oven

(T= 120oC, massa konstan)

Kalsinasi dengan mikrowave

(Daya= 400 watt, t= 40 menit)

Katalis Fe2O3/CaO

Suspensi CaO

14,28% (w/w)

Filtrat

A

Gambar 3.1 Preparasi Katalis Heterogen Fe2O3/CaO dengan metode Impregnasi Basah

Suspensi Fe2O3

1,33% (w/w)

3.3.2 Reaksi Transesterifikasi Pembuatan Biodiesel

Pada reaksi transesterifikasi ini digunakan reaktan berupa metanol dan minyak goreng

sawit dengan bantuan katalis Fe2O3/CaO. Sedangkan untuk rasio mol antara metanol : minyak

gorengsawit adalah 8 : 1. Katalis yang digunakan 5% dari berat minyak.

Metanol

(39 ml)

Pengadukan dengan magnetic stirrer

( t= 10 menit )

Reaksi di dalam waterbath

(T= 65 C, t= 120 menit) Minyak Goreng (

110 ml )

Sentrifugasi (v= 4500 rpm,

t=30menit), didekantasi Gliserol + Katalis

Biodiesel

Uji Kuantitas dan Kualitas Biodiesel

A( 5 gram )

Densitas

Viskositas

Bilangan Asam

% FAME

Yield Biodiesel

Gambar 3.2 Reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel dari minyak goreng sawit

3.3.3 Uji Kuantitas Biodiesel

Sedangkan untuk mengetahui yield crude Biodiesel dan konversi FAME yang dihasilkan,

dapat ditentukan melalui persamaan reaksi stoikiometri. Dimana 1 mol trigliserida akan

bereaksi membentuk 3 mol FAME. Kemudian persamaan yield dan konversi dapat dihitung

dengan persamaan 3.1 dan 3.2 :

%100min

minx

mulamulayakmol

bereaksiyakmolBiodieselYield

Dimana, dihasilkanbiodieselmolxbereaksiyakmol3

1min

Sehingga,

%100

min

min3

x

yakmr

mulamulayakmx

biodieselmr

dihasilkanbiodieselm

BiodieselYield

%100%

3

%100%min

xFAMEx

datrigliserimr

datrigliserimx

biodieselmr

dihasilkanbiodieselm

FAMEKonversi

xFAMExmulamuladatrigliserimol

bereaksiyakmolFAMEKonversi

Setelah menghitung kuantitas dari biodiesel, adapun uji selanjutnya adalah uji kualitas

biodiesel. Kualitas yang dapat diuji antara lain :

Tabel 3.1 Parameter uji kualitas biodiesel

No Parameter Uji Satuan Persyaratan

1 Massa Jenis kg/m3 860 – 890

2 Viskositas Kinematik mm2/s (cSt) 2,3 – 6,0

3 Angka Asam mgKOH/g maksimum 0,5

4 Kadar Metil Ester % massa, min 96,5

Sumber: SNI 7182:2015 (Biodiesel)

3.1

3.2

3.3.4 Uji Kualitas Biodiesel

A. Massa Jenis

Untuk pengujian densitas menggunakan pendekatan specific gravity. Metode yang

digunakan dengan cara pengukuran densitas biodiesel dan air menggunakan piknometer.

Pertama menimbang Piknometer kosong. Kemudian densitas biodiesel dihitung dengan

menggunakan piknometer dengan cara menimbang piknometer berisi biodiesel sehingga

diketahui massa biodiesel. Densitas biodiesel dihitung dengan persamaan 3.3 :

mlpiknometerV

grambiodieselmDensitas

Setelah densitas biodiesel didapat, selanjutnya menghitung densitas air dengan cara yang sama

dan didapatkan densitas air sebagai densitas reference. Specific Gravity dihitung dengan

persamaan 3.4 :

ml

gair

ml

gbiodiesel

GravitySpecific

B. Viskositas Kinematik

Pengujian Viskositas dilakukan dengan menggunakan viskometer oswald dan

menggunakan 2 macam sampel yaitu aquades dan biodiesel. Aquades digunakan untuk sebagai

pembanding waktu dalam persamaan perhitungan viskositas. Pertama menghitung berapa

waktu aquades yang diperoleh dari pengukuran dengan viskometer oswald, kemudian biodiesel

diukur waktu yang dibutuhkan untuk mengalir dari batas atas ke batas bawah. Setelah diperoleh

waktu dari kedua sampel, viskositas dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :

airxairtxair

biodieseltxbiodieselbiodiesel

C. Angka Asam

Untuk pengujian angka asam menggunakan metode titrasi menggunakan NaOH 0,1N.

Pertama, sampel biodiesel sebanyak 20 gram dimasukkan dalam erlenmeyer 250ml kemudian

ditambahkan etanol 50ml dan indikator PP sebanyak 3 tetes. Setelah itu dititrasi dengan NaOH

3.3

3.4

3.5

3.6

0,1N hingga warna berubah menjadi merah muda hingga tidak berubah warnanya. Kemudian

bilangan asam biodiesel dihitung dengan rumus sebagai berikut :

biodieselm

NaOHVxNaOHNxNaOHmrAsamBilangan

D. Kadar Metil Ester

Untuk uji kadar metil ester dan monogliserida dilakukan di Laboratorium Politeknik

Negeri Malang, dengan alat GC (gas chromatography). Kadar metil ester dalam biodiesel

digunakan untuk melihat kadar FAME (fatty acid metil ester), sedangkan kadar FAME

digunakan untuk mengihitung konversi reaksi transesterifikasi. Dengan kondisi operasi sebagai

berikut :

1. Kolom = HP 632

2. Gas Pembawa = Nitrogen

3. Kecepatan = 1,5 ml/menit

4. Initial Temperature = 150 0C

5. Initial Time = 3 menit

6. Rate = 10 deg/min

7. Final Temperature = 250 0C

8. Detector = FID

3.6

1

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengaruh Rasio Catalyst Support Terhadap Viskositas, Densitas, dan Angka

Asam Biodiesel

4.1.1 Viskositas Kinematik Biodiesel

Viskositas kinematik crude biodiesel yang didapatkan pada penelitian ini tertera pada

tabel 4.1 dan gambar 4.1.

Tabel 4. 1 Viskositas kinematik biodiesel crude hasil penelitian

Variabel Viskositas Kinematik (cSt) SNI

0:6 5,5 ± 0,0

2,3-6,0

1:6 5,3 ± 0,0

2:6 5,3 ± 0,0

3:6 5,1 ± 0,0

4:6 5,2 ± 0,0

5:6 5,2 ± 0,0

6:6 5,3 ± 0,0

Untuk pengujian viskositas kinematik dilakukan secara duplo dan didapatkan hasil

seperti yang tertera dalam tabel 4.1. Nilai viskositas yang telah dilakukan dalam penelitian

ini berada pada batas yang telah ditetapkan SNI, dimana SNI tersebut berada pada rentang

2,3-6,0 sedangkan hasil pengujian viskositas pada penelitian ini berada pada batas SNI

tersebut. Dimana viskositas terendah pada penggunaan rasio support 3:6 sebesar 5,1 cSt, dan

viskositas tertinggi pada penggunaan rasio support 0:6 sebesar 5,5 cSt.

Dari tabel 4.1., didapat nilai viskositas kinematik dari produk biodiesel hasil

penelitian berkisar antara 5,1 – 5,5 cSt. Meskipun viskositas kinematik dari crude biodiesel

masih sesuai SNI, namun viskositas kinematik diatas 5 cSt tergolong tinggi dibanding

dengan bahan bakar diesel lainnya. Misalnya solar 48 memiliki viskositas pada rentang 2,0

2

– 4,5 cSt (Kementerian ESDM, 2016). Hal tersebut dapat terjadi dikarenakan minyak goreng

sawit yang digunakan memiliki komposisi asam lemak dengan ikatan tunggal yang lebih

banyak, dimana asam lemak dengan ikatan tunggal dapat meningkatkan viskositas.

Gambar 4. 1 Perbandingan viskositas kinematik hasil pengujian dengan SNI

4.1.2 Densitas Biodiesel

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, pengujian densitas ini dilakukan secara

triplo dan didapatkan nilai densitas biodiesel crude berada pada 871,3 – 882,0 kg/m3.

Sedangkan untuk SNI tahun 2015 berada pada batas 860 – 890 kg/m3. Gambar 4.2

menampilkan densitas biodiesel tiap variabel dalam penelitian yang telah dilakukan. Dari

hasil yang diperoleh didapatkan nilai densitas biodiesel crude yang sudah memenuhi SNI

tahun 2015. Dimana densitas biodiesel crude terendah pada rasio support 0:6 sebesar 871,3

kg/m3, dan densitas biodiesel crude tertinggi pada rasio support 4:6 dan 5:6 sebesar 882,0

kg/m3.

5,5 5,3 5,35,1 5,2 5,2 5,3

22,5

33,5

44,5

55,5

66,5

0:6 1:6 2:6 3:6 4:6 5:6 6:6

Vis

kosi

tas

Kin

emati

k (

cSt)

Rasio Fe2O3-CaO

Viskositas Kinematik Batas minimal SNI

Batas maksimal SNI

3

Tabel 4. 2 Densitas biodiesel crude hasil penelitian

Variabel Densitas (kg/m3) SNI

0:6 871,3 ± 0,6

860 - 890

1:6 880,7 ± 0,6

2:6 878,0 ± 0,0

3:6 879,7 ± 0,6

4:6 882,0 ± 0,0

5:6 880,7 ± 1,2

6:6 882,0 ± 0,0

Gambar 4. 2 Perbandingan densitas hasil penelitian dengan SNI

4.1.3 Angka Asam Biodiesel

Untuk pengujian angka asam pada penelitian ini dilakukan secara duplo dengan hasil

yang tertera pada tabel 4.4 dan gambar 4.3. Dari tabel dan grafik tersebut menunjukkan

bahwa produk biodiesel crude dari semua variabel memiliki nilai bilangan asam yang sesuai

dengan SNI. Dimana SNI adalah maksimum sebesar 0.3 mgNaOH/g. Nilai angka asam dari

produk biodiesel crude yang terbentuk memiliki rentang antara 0,1 – 0,2 mgNaOH/g. dimana

871,3

880,7878,0

879,7882,0 880,7 882,0

855

860

865

870

875

880

885

890

0:6 1:6 2:6 3:6 4:6 5:6 6:6

Den

sita

s (k

g/m

3)

Rasio Fe2O3-CaO

Densitas Biodiesel Batas Minimal SNI Batas Maksimal SNI

4

angka asam yang terendah terdapat pada produk biodiesel crude variabel 1:6 dan yang

tertinggi terdapat pada produk biodiesel crude variabel 6:6.

Tabel 4. 3Angka asam biodiesel crude hasil penelitian

Variabel Angka Asam

(mgNaOH/g) SNI

0:6 0,1 ± 0,0

0,3

1:6 0,1 ± 0,0

2:6 0,2 ± 0,0

3:6 0,2 ± 0,0

4:6 0,1 ± 0,0

5:6 0,2 ± 0,0

6:6 0,2 ± 0,0

Gambar 4. 3 Perbandingan angka asam hasil penelitian dengan SNI

Dari pengujian ini diketahui biodiesel crude hasil penelitian sudah sesuai dengan

SNI. Adanya prekursor Fe2O3 pada katalis CaO tidak terlalu mempengaruhi nilai angka asam

itu sendiri. Dapat dilihat bahwa nilai bilangan asam dari biodiesel crude variabel 0:6

(variabel tanpa prekursor Fe2O3) tidak memiliki perbedaan angka yang signifikan jika

dibandingkan dengan variabel lainnya. Selain itu, penelitian ini juga menunjukkan semakin

0,1 0,1

0,2 0,2

0,1

0,2 0,2

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0:6 1:6 2:6 3:6 4:6 5:6 6:6

An

gk

a A

sam

(m

gN

aO

H/g

)

Rasio Fe2O3-CaO

Angka Asam Biodiesel Batas Maksimal SNI

5

banyak prekursor Fe2O3 yang terdapat pada katalis, nilai angka asam cenderung naik, hal

tersebut dapat dilihat pada gambar 4.3 dimana dari biodiesel crude variabel 1:6 hingga 6:6

nilai bilangan asam menjadi naik kecuali pada variabel 4:6 yang bilangan asamnya lebih

kecil daripada variabel 2:6 dan 3:6. Selain itu, kadar FFA dari produk tergolong sedikit, hal

ini dikarenakan sebagian besar asam lemak pada produk biodiesel terikat dalam bentuk metil

ester (Ketaren, 1986)

4.2 Pengaruh Rasio Catalyst Support Terhadap Yield Crude Biodiesel dan Konversi

FAME

4.2.1 Yield dan Konversi FAME Biodiesel

Yield biodiesel merupakan jumlah atau kuantitas dari biodiesel crude yang

dihasilkan pada proses reaksi transesterifikasi. Yield biodiesel ini menentukan kemampuan

dari katalis Fe2O3/CaO untuk menghasilkan kuantitas produk yang besar. Apabila kuantitas

produk semakin besar, maka kemampuan dari katalis semakin baik. Perhitungan yield

biodiesel dihitung dengan persamaan 3.1.

Uji persen FAME pada biodiesel crude dilakukan dengan menggunakan alat Gas

Cromatography (GC) di Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Negeri Malang. Pengujian

ini dilakukan untuk menentukan kualitas dari biodiesel crude. FAME merupakan komponen

utama dari biodiesel. Semakin banyak FAME yang terdapat pada biodiesel, maka kualitas

biodiesel crude semakin bagus. Sedangkan perhitungan konversi FAME dapat dihitung

menggunakan persamaan 3.2.

Pada penelitian ini, dibuat 7 variabel katalis dengan komposisi Fe2O3 dan CaO yang

berbeda, dimana Fe2O3 berperan menjadi prekursor dan CaO berperan sebagai sisi aktif.

Hasil yield crude biodiesel dan persen FAME dapat dilihat pada Tabel 4.4.

6

Tabel 4. 4 Nilai yield dan kadar FAME dari biodiesel crude hasil penelitian

Variabel Yield Crude Biodiesel (%) % FAME (GC)

V0:6 83,57 66,44

V1:6 88,66 48,64

V2:6 89,22 90,17

V3:6 90,38 72,74

V4:6 92,63 31,24

V5:6 91,10 43,66

V6:6 90,05 44,85

Dari tabel 4.4, dapat dilihat bahwa yield biodiesel crude tertinggi terdapat pada

variabel 4:6 sebesar 92,63%. Sedangkan kadar FAME tertinggi pada variabel 2:6. Hal ini

menunjukkan bahwa variabel 4:6 memiliki kemampuan yang baik dalam segi kuantitas

produk yang dihasilkan. Sedangkan produk dengan kualitas tertinggi adalah variabel 2:6.

Gambar 4. 4 Grafik yield biodiesel crude dan kadar FAME

Dilihat dari segi yield crude biodiesel (kuantitas). Adanya prekursor Fe2O3, akan

dapat meningkatkan kemampuan katalis sehingga dapat meningkatkan yield dari biodiesel.

Hal itu dapat ditunjukkan dari produk biodiesel variabel 0:6 yang memiliki yield sebesar

83,570, sedangkan yield biodiesel dengan katalis yang memiliki prekursor memiliki rentang

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0:6 1:6 2:6 3:6 4:6 5:6 6:6

Yie

ld &

Kover

si F

AM

E (

%)

Rasio Fe2O3-CaO

Yield Biodiesel (%)

% FAME

7

yield pada 88,664% - 92,628%. Hal ini sesuai dengan teori bahwa adanya prekursor dapat

meningkatkan yield dari proses reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel. Dimana peran

prekursor Fe2O3 adalah untuk mengikat sisi aktif CaO sehingga katalis tidak terlarut dalam

reaktan dan mampu meningkatkan kemurnian produk (Joshi, dkk. 2016).

Sedangkan pada segi kualitas biodiesel, didapat hasil yang kadar FAME maksimum

adalah 90,17% pada variabel 2:6. Sedangkan variabel lainnya memiliki kadar FAME

dibawah 75%. Hal tersebut dikarenakan pada produk biodiesel masih terdapat kandungan

reaktan berupa trigliserida. Trigliserida dalam produk biodiesel tidak dapat dipisahkan

karena FAME dan trigliserida yang sama-sama bersifat polar akan larut. Adanya trigliserida

pada produk disebabkan karena proses reaksi yang tidak sempurna dikarenakan kurangnya

reaktan metanol pada saat proses transesterifikasi dan menyebabkan trigliserida yang ada

menjadi tidak terkonversi menjadi FAME.

Gambar 4. 5. Hasil konversi FAME

Dari gambar 4.5, dapat diketahui bahwa konversi tertinggi adalah pada variabel

dengan kualitas produk tertinggi yaitu variabel 2:6 sebesar 80,45%. Sedangkan konversi

pada variabel lainnya tergolong rendah (kurang dari 70%). Perhitungan ini menunjukkan

variabel yang paling efektif untuk proses transesterifikasi pembuatan biodiesel dengan

katalis Fe2O3-CaO adalah variabel 2:6. Sehingga, rasio prekursor yang paling baik adalah

pada variabel 2:6.

Pada konversi reaksi, peranan dari katalis sangatlah penting. Masing-masing

komponen CaO dan Fe2O3 memiliki peranan tersendiri. CaO sebagai sisi aktif dari katalis

menjadi tempat dimana reaksi transesterifikasi berlangsung. Dan prekursor Fe2O3 berperan

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0:6 1:6 2:6 3:6 4:6 5:6 6:6

Kon

ver

si F

AM

E (

%)

Rasio Fe2O3-CaO

8

untuk mengikat CaO agar dapat memperbesar luas permukaan sisi aktif dan agar tidak

terlarut pada produk.

Pada mekanisme reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa. Katalis CaO

akan bereaksi dengan metanol dengan mengikat atom H dari metanol dan membentuk

larutan metanolik CaOH+. Hilangnya atom H dari metanol membuat metanol menjadi lebih

reaktif dan lebih memudahkan metanol untuk bereaksi dengan trigliserida untuk membentuk

FAME. Sedangkan peranan dari prekursor Fe2O3 pada proses adalah untuk mengikat katalis

CaO agar tidak terlarut dengan gliserol yang terbentuk pada reaksi transesterifikasi. Dimana

hasil penelitian yang didapat menunjukkan bahwa rasio prekursor dengan katalis yang paling

baik adalah pada variabel 2:6

9

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan bahwa metode impregnasi basah yang

efektif adalah pada rasio support 2:6.

2. Dari hasil penelitan yang sudah dilakukan, didapatkan konversi FAME tertinggi

sebesar 80,45% dengan yield sebesar 89,22% pada variabel 2:6.

3. Karakter fisik crude biodiesel yang dihasilkan antara lain, viskositas kinematik

sebesar 5,1-5,5 cSt, densitas sebesar 871-882 kg/m3, dan angka asam sebesar 0,1-0,2

mgNaOH/g yang seluruhnya memenuhi SNI Biodiesel.

5.2 Saran

Setelah penelitian ini dilaksanakan adapun saran yang dapat diajukan sebagai berikut :

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pada transesterifikasi dengan menggunakan

katalis Fe2O3/CaO pada variabel rasio support 2:6 untuk meningkatkan konversi reaksi dan

yield biodiesel.

2. Perlu dilakukan penelitian tentang kemampuan dari katalis Fe2O3-CaO yang dibuat

di penelitian ini pada kemampuannya untuk diregenerasi / digunakan kembali sehingga dapat

meningkatkan efisiensi pembuatan biodiesel.

1

DAFTAR PUSTAKA

Anastopoulos, G., Zannikou, Y., Stournas, S. dan Kalligeros, S. (2009). Transesterification

of vegetable oils with ethanol and characterization of the key fuel properties of ethyl

esters. Energies 2(2): 362-376.

Chen, Guanyi., Shan, Rui., Li, Shangyao., & Shi, Jiafu. 2016. A Biometric Silicification

approach to synthesize CaO-SiO2 Catalyst for The Transesterification of Palm Oil Into

Biodiesel. Fuel. 153: 48-55

Chincen, G.C., Denny, P.J., Jennings, J.R., Spencer, M. S., dan Waugh, K. C., 1988.

Synthesis of Methanol: Part 1. Catalysts and Kinetics. Applied Catalysis. 36: 1-65

Demirbas, Ayhan. 2009. Progress and Recent Trends in Biodiesel Fuels. Energy Conversion

and Management. 50(1): 14-34

Departemen Agribisnis, 2013, Produksi Kelapa Sawit di Indonesia, Tanggal akses 22

November 2016

Furuta, S., Hiromi, M., Kazushi, R. (2006), “Green Disel Fuel Production with Solid

Amorphous-Zirconia Catalyst in Fixed Bed Reactor”, J Biomass And Bioenergy, Vol.

30, hal. 870-873.

Hariska, Angga., Suciati, R.F., Ramdja, A.F., 2012. Pengaruh Metanol dan Katalis pada

Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah Secara Esterifikasi dengan Menggunakan

Katalis K2CO3. Palembang: Universitas Sriwijaya

Hasan, M.H., Mahlia, T.M.I., Nur, H. (2012). “A Review on Energy Scenario and

Sustainable Energy in Indonesia”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, hal.

2316 – 2328.

Husin, H., Chen, H.M., Su, W.N., Pan, C.J., Chuang, W.T., Sheu, H.S. dan Hwang, B.

(2011a). Green fabrication of La-doped NaTaO3 via H2O2 assisted sol-gel route for

photocatalytic hydrogen production. Applied CatalysisB-environmental 102(1-2): 343-

351.

2

Husin, H. (2011b). Kajian awal penggunaan abu pembakaran limbah kelopak jantung pisang

sebagai katalis transesterifikasi minyak jarak menjadi biodiesel. Prosiding Seminar

Riset dan Standarisasi BerbasisAgro dan Implementasinya, Baristan Industri

BandaAceh.

Inman, R.H., Pedro, H.T.C. dan Coimbra, C.F.M. (2013). Solar forecasting methods for

renewable energy integration. Progress in Energy and Combustion Science 39(6): 535-

576.

Joshi, Girdhar., Rawat, D.S., Lamba, B.Y., Bisht, K.K., Kumar, Pankaj., Kumar, Nayan., &

Kumar, Sanjay. 2015. Transesterification of Jatropha and Karanja Oils by Using Waste

Egg Shell Derived Calcium Based Mixed Metal Oxides. Energy Conversion and

Management. 96: 258-267

Joshi, Girdhar., Rawat, D.S., Lamba, B.Y., Bisht, K.K., Kumar, Pankaj., Kumar, Nayan., &

Kumar, Sanjay. 2016. Transesterification of Jatropha and Karanja Oils by Using Waste

Egg Shell Derived Calcium Based Mixed Metal Oxides. Energy Conversion and

Management. 96: 258-267

Kartika, Dwi & Widyangsinh, Senny. 2012. Konsentrasi Katalis dan Suhu Optimum pada

Reaksi Esterifikasi Menggunakan Katalis Zeolit Alam Aktif. Jurnal Natur Indonesia.

14(3): 219-226

Kirk, R.E. & Othmer, D.F., 1980. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd edition, vol. 9,

New York: John Wiley & Sons

Koh, Ghazi, & Tinia, I.M., 2011. A Review of Biodiesel Production from Jatropha curcas

L. Oil. Renewable Sustainable Energy Revolution. 15: 2240-225

Lam, M. K., Lee, K. T., Mohamed, A.R. (2010). “Homogeneous, Heterogeneous and

Enzymatic Catalysis for Transesterification of High Free Fatty Acid Oil (Waste Cooking

Oil) to Biodiesel: A Review”, Biotechnology Advances, 28, hal. 500–518.

Leung, D.Y.C., Wu, X., Leung, M.K.H. (2010). “A Review on Biodiesel Production Using

Catalyzed Transesterification”, Applied Energy, 87, hal. 1083 – 1095. Ma, Fangrui &

Hanna, Milford A., 1999. Biodiesel Production; A Review. Bioresource Technology.

70(1): 1-15

3

Mittelbach, M. 2006. Biodiesel – The Comprehenzive Handbook. Graz – Karl Franzens

Nisa, E.Z., & Fristianingrum, G., 2010. Proses Pembuatan Minyak Kelapa Sawit Skala

Industri. Medan: Universitas Sumatera Utara

PT. Kaltim Methanol Industri. 1997. Product: Methanol. Bontang: KMI

Roschat, W., Kacha, M., Yoosuk, B., Sudyoadsuk, T. Dan Promarak, V. (2012). Biodiesel

production based on heterogeneous process catalyzed by solid waste coral fragment.

Fuel 98: 194 202.

Santoso, Herry., Kristianto, Ivan., & Setyadi, Aris. 2013, Pembuatan Biodiesel

Menggunakan Katalis Basa Heterogen Berbahan Dasar Kulit Telur, Bandung: LPPM

Schuchardt, Ulf., Sercheli, Ricardo., & Vargas, R.M., 1998. Transesterification of Vegetable

Oils: a Review. Journal of The Brazilian Chemical Society. 9(1): 199-210

Singh, B., Guldhe, A., Rawat, I. dan Bux, F. 2014. Towards a sustainable approach for

development of biodiesel from plant and microalgae. Renewable and SustainableEnergy

Reviews 29: 216-245.

Soerawidjaja, T.H., 2006. Fondasi-fondasi Ilmiah dan Keteknikan dari Teknologi

Pembuatan Biodiesel. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada

Van Gerpen, Jon. 2005. Biodiesel Processing and Production. Fuel Processing Technology.

86(10): 1097-1197

Wei, Z., Xu, C., & Li, B., 2009. Application of Waste Eggshell as Low-Cost Solid Catalyst

for Biodiesel Production. Bioresource Technology. 100(11): 2883-2885

Ye, Wei., Gao, Yujie., Ding, Hui., Liu, Mingchao., Liu, Shejiang., Han, Xiu., & Qi, Jinlong.

2016. Kinetics of Transesterification of Palm Oil Under Conventional Heating and

Microwave Irradiation, Using CaO as Heterogeneous Catalyst. Fuel. 180: 574-579

Yates, I.C., Satterfield, C.N., 1991. Intrinsic Kinetics of The Fischer-Tropsch Synthesis on

a Cobalt Catalyst. Energy & Fuels. 5(1): 168-173

Yuniwati, Murni & Karim, Amelia Abdul. 2009. Kinetika Reaksi Pembuatan Biodiesel dari

Minyak Goreng Bekas ( Jelantah) dan Metanol dengan Katalisator KOH. Jurnal

Jurusan Teknik Kimia. Yogyakarta: AKPRIND

4

Zhang, Y., Dube, M.A., McLean, D.D., dan Kates, M., 2003. Biodiesel Production from

Waste Cooking Oil. Bioresource Technology. 89

5

1_Bagian Depan.pdf2_BAB I.pdf3_BAB II.pdf4_BAB III.pdf5_BAB IV.pdf6_BAB V.pdf7_DAFTAR PUSTAKA.pdf