Perjanjian No.: III/LPPM/2013-03/08-P

PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KARET MENGGUNAKAN KATALIS BERBAHAN DASAR GULA

Disusun Oleh:Herry Santoso, S.T., M.T.M., Ph.D.Dra. Maria Inggrid, M.Sc.Dr. Ir. Judy Retti Witono, M.App.Sc.

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada MasyarakatUniversitas Katolik Prahayangan2013

ABSTRAK

Indonesia merupakan salah satu produsen karet terbesar di dunia. Selama ini hasil utama yang diambil dari tanaman karet adalah latex. Sementara itu, biji karet masih belum dimanfaatkan dan dibuang sebagai limbah. Biji karet mengadung sekitar40-50%-b minyak nabati yang dapat diolah menjadi biodiesel. Akan tetapi, minyak biji karet memiliki kandungan asam lemak bebas yang tinggi. Minyak dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi kurang ekonomis untuk diolah menjadi biodiesel menggunakan proses konvensional berkatalis basa karena adanya reaksi samping penyabunan. Untuk mengatasi hal ini, pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dapat dilakukan dengan menggunakan katalis asam. Akan tetapi, penggunaan katalis asam homogen seperti asam sulfat menimbulkan masalah korosi, sedangkan penggunaan katalis asam heterogen cenderung sangat mahal.Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula. Secara khusus, hal ini meliputi: (1) mempelajari dan mengoptimasi proses pengambilan minyak biji karet baik dengan menggunakan teknik ekstraksi maupun pengempaan; (2) mempelajari dan mengoptimasi proses pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula dengan menggunakan proses pirolisis yang dilanjutkan dengan proses sulfonasi; dan (3) mempelajari dan mengoptimasi proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet menggunakan katalis berbahan dasar gula dengan menggunakan proses satu tahap maupun dua tahap.Target akhir penelitian ini adalah diperolehnya pemahaman yang mendalam mengenai proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis berbahan dasar gula. Hal ini sangat berguna dalam perancangan dan pengembangan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet maupun dari berbagai minyak nabati non pangan lainnya yang ada di Indonesia yang memiliki permasalahan serupa.Fokus utama penelitian pada tahun pertama dari rencana tiga tahun penelitian ini adalah untuk mempelajari cara pengambilan minyak biji karet menggunakan metode pengepresan maupun metode ekstraksi. Beberapa informasi mengenai perolehan minyak biji karet maupun kondisi operasi optimum proses pengambilan minyak biji karet sudah diperoleh. Sifat fisik dan kimia minyak biji karet, meliputi kandungan asam lemak bebas, viskositas dan densitas juga sudah didapatkan. Pada tahap selanjutnya, penelitian akan diarahkan pada pengembangan katalis asam heterogen berbahan dasar gula dan pengembangan proses untuk pembuatan biodiesel dari minyak biji karet.

ii

DAFTAR ISIAbstrakiiDaftar IsiiiiDaftar TabelvDaftar GambarviBab I Pendahuluan11.1 Latar Belakang11.2 Tujuan Penelitian21.3 Urgensi Penelitian2Bab II Tinjauan Pustaka32.1 Biodiesel32.2 Minyak Biji Karet42.3 Katalis Dalam Pembuatan Biodiesel52.3.1 Katalis Basa52.3.2 Katalis Asam62.4 Katalis Berbahan Dasar Gula62.5 Road Map Penelitian7Bab III Metode Penelitian94.1 Pengambilan Minyak Biji Karet94.2 Pembuatan Katalis104.3 Pembuatan Biodiesel11Bab IV Jadwal Kegiatan Dan Indikator Capaian Tahunan12Bab V Hasil Dan Pembahasan155.1 Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Mesin Press Hidrolik155.1.1 Prosedur Kerja155.1.2 Rancangan Percobaan165.1.3 Hasil Percobaan175.1.4 Analysis of Variance (ANOVA)185.1.5 Kandungan Asam Lemak Bebas Pada Minyak Biji Karet205.1.6 Viskositas Dan Densitas Minyak Biji Karet205.2 Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Metode Ekstraksi215.2.1 Prosedur Kerja215.2.2 Rancangan Percobaan215.2.3 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2225.2.4 Analysis of Variance (ANOVA) Ekstraksi Menggunakan PelarutCH2 Cl2225.2.5 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana245.2.6 Analysis of Variance (ANOVA) Ekstraksi Menggunakan Pelarutn-Heksana255.2.7 Kandungan Asam Lemak Bebas Pada Minyak Biji Karet275.2.8 Viskositas Dan Densitas Minyak Biji Karet275.2.9 Perbandingan Proses Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2 dann-Hexaneiii28

Bab VI Rencana Tahapan Berikutnya29

6.1 Pengembangan Katalis29

6.2 Pengembangan Proses Pembuatan Biodiesel30

Bab VII Kesimpulan32

Daftar Pustaka33

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Biodiesel dan Petrodiesel3

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak dalam Minyak Biji Karet4

Tabel 4.1 Rancangan Penelitian12

Tabel 5.1 Variabel Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan MesinPress Hidrolik17

Tabel 5.2 Hasil Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan MesinPress Hidrolik17

Tabel 5.3 ANOVA Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan MesinPress Hidrolik18

Tabel 5.4 Viskositas dan Densitas Minyak Biji Karet21

Tabel 5.5 Variabel Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet MenggunakanMetode Ekstraksi21

Tabel 5.6 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl222

Tabel 5.7 ANOVA Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl222

Tabel 5.8 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana24

Tabel 5.9 ANOVA Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana25

Tabel 5.10 Kadar FFA Minyak Biji Karet Hasil Proses Ekstraksi27

Tabel 5.11 Viskositas dan Densitas Minyak Biji Karet Hasil Proses Ekstraksi28

Tabel 6.1 Rancangan Percobaan Pembuatan Katalis Asam Heterogen30

Tabel 6.2 Rancangan Percobaan Proses Pembuatan Biodiesel Tahap I31

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pohon, Biji dan Getah Karet4

Gambar 2.2 Road Map Penelitian Pengolahan Minyak-minyak Non-pangan Indonesia8

Gambar 3.1 Skema Pembuatan Katalis Gula10

Gambar 5.1 Diagram Alir Proses Pengambilan Minyak Biji Karet MenggunakanMesin Press Hidrolik15

Gambar 5.2 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada ProsesPengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Mesin Press Hidrolik19

Gambar 5.3 Pengaruh Lama Penyimpanan (Urutan Run) Terhadap Kadar FFA20

Gambar 5.4 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada Proses EkstraksiMenggunakan Pelarut CH2 Cl223

Gambar 5.5 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada Proses EkstraksiMenggunakan Pelarut n-Heksana26

viBAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan salah satu kebutuhan penting dalam kehidupan manusia. Sebagian besar kebutuhan energi masih dipasok dari sumber alam yang tidak terbarukan seperti minyak bumi, gas alam, dan batu bara yang cepat atau lambat pasti akan habis ketersediaannya. Berbagai upaya terus dilakukan untuk mencari dan mengembangkan sumber energi alternatif yang terbarukan. Salah satunya adalah biodiesel.Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif terbarukan yang diproduksi dari minyak nabati atau lemak hewani. 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. Sebagai contoh, Indonesia merupakan salah satu negara penghasil karet terbesar di dunia dengan total produksi pada tahun 2007 mencapai2,55 juta ton/tahun. Selama ini hasil utama yang diambil dari tanaman karet adalah latex. Sementara biji karet masih belum dimanfaatkan dan dibuang sebagai limbah. Biji karet mengadung sekitar 40-50%-b minyak nabati yang sangat potensial untuk dikembangkan menjadi bahan baku pembuatan biodiesel.Terdapat dua metode yang umum digunakan dalam pengambilan minyak biji karet yaitu metode pengepresan dan metode ekstraksi. Pada metode pengepresan, proses pengambilan minyak biji karet hanya melibatkan proses mekanik menggunakan mesin pengepresan tipe hidrolik atau ulir. Pada metode ekstraksi, proses pengambilan minyak biji karet melibatkan penggunakan pelarut untuk melarutkan minyak yang terkandung di dalam biji karet. Pada proses ekstraksi, rendemen minyak yang diperoleh dapat lebih tinggi dibandingkan proses pengepresan. Namun karena pengoperasian metode ekstraksi lebih rumit dan lebih banyak membutuhkan biaya, pada industri skala kecil proses pengambilan minyak dengan metode pengepresan lebih banyak digunakan.Salah satu kendala dalam pemanfaatan minyak biji karet sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah kandungan asam lemak bebasnya yang tinggi. Dalam proses pembuatan biodiesel secara konvensional, minyak nabati direaksikan dengan alkohol rantai pendek melalui reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa menghasilkan biodiesel. Namun katalis basa hanya bekerja dengan baik pada bahan baku minyak dengan kadar asam lemak bebas rendah yaitu < 0,5% dan dalam kondisi bebas dari air (Lotero et al., 2005). Untuk minyak nabati dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi, penggunaan katalis basa dapat menyebabkan reaksi samping penyabunan yang pada akhirnya dapat menurunkan perolehan produk biodiesel dan keekonomian proses secara sangat signifikan.Katalis asam dapat digunakan sebagai alternatif dalam pembuatan biodiesel dari bahan baku minyak dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi. Katalis asam yang digunakan dapat berupa katalis asam homogen maupun katalis asam heterogen. Katalis asam homogen lebih jarang digunakan karena reaksi dengan katalis ini berjalan lambat, memerlukan temperatur yang tinggi dan bersifat korosif (Lotero et al., 2005). Katalis asam heterogen dapat dijadikan solusi dalam pembuatan biodiesel karena bersifat lebih tidak korosif, tidak membutuhkan proses pemisahan yang mahal, serta dapat mengurangi dampak pencemaran lingkungan.Meskipun penggunaan katalis asam heterogen memiliki banyak keuntungan yang menjanjikan namun harga katalis asam heterogen relatif mahal. Oleh karena itu diperlukan

10upaya lebih lanjut untuk mengembangkan katalis asam heterogen dengan performa yang tinggi namun dengan harga yang lebih ekonomis.Belakangan ini terdapat penelitian yang menyebutkan bahwa biodiesel dapat diproduksi dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula (Toda et al.,2005). Gula merupakan bahan alami yang tersedia melimpah dengan harga relatif murah. Katalis asam heterogen dapat dibuat dengan menggunakan gula sebagai bahan dasarnya melalui proses pirolisis yang dilanjutkan dengan proses sulfonasi. Akan tetapi, informasi mengenai kondisi optimum pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula tersebut serta karakteristik dan kinerjanya dalam pembuatan biodiesel masih sangat terbatas.Dalam penelitian ini, proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula akan dipelajari dan dikembangkan untuk mendapatkan kondisi operasi yang optimum dalam proses pengambilan minyak biji karet, dalam proses pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula, maupun dalam proses pembuatan biodiesel itu sendiri.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula. Secara khusus, hal ini meliputi:1. Mempelajari dan mengoptimasi proses pengambilan minyak biji karet baik dengan menggunakan teknik ekstraksi maupun pengempaan;2. Mempelajari dan mengoptimasi proses pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula dengan menggunakan proses pirolisis yang dilanjutkan dengan proses sulfonasi; dan3. Mempelajari dan mengoptimasi proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet menggunakan katalis berbahan dasar gula baik dengan menggunakan proses satu tahap maupun dua tahap.

1.3 Urgensi Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk memperoleh pemahaman yang mendalam mengenai proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula. Informasi yang diperoleh dari penelitian ini sangat berguna untuk perancangan dan pengembangan proses pembuatan biodiesel yang lebih ramah lingkungan. Selain itu, hasil penelitian yang diperoleh juga dapat membuka peluang untuk eksplorasi dan pemanfaatan berbagai minyak nabati non pangan yang ada di Indonesia yang umumnya memilik kandungan asam lemak bebas cukup tinggi untuk pembuatan biodiesel pada masa yang akan datang.BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang diproduksi dengan reaksi transesterifikasi dan esterifikasi minyak nabati atau lemak hewani 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 et al., 2003). Beberapa sifat fisik dan kimia biodiesel dan petrodiesel disarikan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Biodiesel dan Petrodiesel (Demirbas, 2009)

SifatMetodeASTM D975 (Petrodiesel)ASTM D6751 (Biodiesel)

Titik nyalaD93325K min403K min

Air dan sedimenD27090,050 max %vol0,050 max %vol

Viskositas kinematik (313 K)D4451,3-4,1 mm2/s1,9-6,0 mm2/s

Massa jenisD1298-0.860-0.900

Abu sulfatD874-0.02 max %mass

AbuD4820.01 max %mass-

SulfurD5453D2622/1290.05 max %mass--0.05 max %mass

Korosi pada tembagaD130No. 3 maxNo. 3 max

Bilangan CetaneD61340 min47 min

AromatisitasD131935 max %vol-

Residu karbonD4530D524-0.35 max %mass0.05 max %mass-

Temperatur distilasi (90%vol)D1160555K min611K max--

Meskipun biodiesel merupakan sumber energi yang terbaharukan dan memiliki kandungan energi yang mirip dengan petrodiesel, namun karena biodiesel dibuat dari minyak nabati yang juga sangat luas dimanfaatkan sebagai bahan pangan menyebabkan ketersediaan minyak nabati segar sebagai bahan baku pembuatan biodiesel menjadi sangat terbatas. Keterbatasan ini menjadi salah satu kendala utama dalam proses pembuatan biodiesel.Di sisi lain, 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. Salah satu minyak nabati yang sangat potensial untuk dikembangkan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah minyak biji karet.2.2 Minyak Biji Karet

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil karet terbesar di dunia dengan total produksi pada tahun 2007 mencapai 2,55 juta ton/tahun. Luas seluruh area perkebunan karet di Indonesia mencapai 3,4 juta hektar yang merupakan luas area perkebunan karet terbesar di dunia. Dalam industri karet, hasil utama yang diambil dari tanaman karet adalah latex. Sementara itu biji karet masih belum dimanfaatkan dan dibuang sebagai limbah.Tanaman karet dapat menghasilkan 800 biji karet untuk setiap pohonnya per tahun. Pada lahan seluas 1 hektar, dapat ditanami sebanyak 400 pohon karet. Maka untuk lahan seluas 1 hektar diperkirakan dapat menghasilkan 5.050 kg biji karet per tahunnya (Siahaan, et al., 2011). Gambar pohon, biji dan getah karet dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Pohon, Biji dan Getah Karet

Biji karet mengadung sekitar 40-50%-b minyak nabati dengan komposisi asam lemak yang dominan adalah asam oleat dan asam linoleat, sementara sisanya berupa asam palmitat, asam stearat, asam arachidat dan asam lemak lainnya. Tabel 2.2 merangkumkan komposisi asam lemak dalam minyak biji karet (Setyawardhani et al., 2010).

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak dalam Minyak Biji Karet

KomposisiPersentase (%-b)

Asam Palmitat13,11

Asam Stearat12,66

Asam Arachidat0,54

Asam Oleat39,45

Asam Linoleat33,12

Asam lemak lainnya1,12

Salah satu kendala dalam pemanfaatan minyak biji karet sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah kandungan asam lemak bebasnya yang tinggi. Dalam proses pembuatan biodiesel secara konvensional, minyak nabati direaksikan dengan alkohol rantai pendek melalui reaksi transesterifikasi menggunakan katalis basa menghasilkan biodiesel. Namun katalis basa hanya bekerja dengan baik pada bahan baku minyak dengan kadar asam lemak bebas rendah yaitu < 0,5% dan dalam kondisi bebas dari air (Lotero et al., 2005). Untuk minyak nabati dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi, penggunaan katalisbasa dapat menyebabkan reaksi samping penyabunan yang pada akhirnya dapat menurunkan perolehan produk biodiesel dan keekonomian proses secara keseluruhan.

2.3 Katalis Dalam Pembuatan Biodiesel

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 100C. Bila tanpa katalis, reaksi membutuhkan suhu minimal 250C (Kirk & Othmer, 1980).

2.3.1 Katalis Basa

Terdapat dua jenis katalis basa yang umum digunakan dalam pembuatan biodiesel, yaitu katalis basa homogen dan heterogen. Katalis basa homogen merupakan katalis basa yang memiliki fasa yang sama dengan reaktan dan produk reaksinya. Katalis basa homogen memiliki kelebihan yakni suhu dan tekanan yang dibutuhkan dalam reaksi relatif rendah. Katalis basa homogen yang biasa digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah NaOH (natrium hidroksida) dan KOH (kalium hidroksida). Beberapa katalis basa heterogen yang juga dapat digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah CaZrO3 , Al2 O3 SnO, Li/MgO, Al2 O3 /KI, KOH/Al2 O3 , KOH/NaY dan K2 CO3 tersuport alumina/silika.Keuntungan dari katalis basa adalah kemampuan katalisatornya yang tinggi dan harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan katalis asam. Akan tetapi untuk mendapatkan performa proses yang optimum, penggunaan katalis basa dalam reaksi transesterifikasi memiliki beberapa persyaratan penting, diantaranya alkohol yang digunakan harus dalam keadaan anhidrous dengan kandungan air < 0,10,5%. Selain itu, minyak yang digunakan harus memiliki kandungan asam lemak bebas < 0,5%. 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.Dengan demikian dalam pembuatan biodiesel menggunakan katalis basa, pemilihan umpan minyak sebagai bahan baku menjadi sangat penting untuk diperhatikan. Penggunaan minyak biji karet yang umumnya memiliki nilai asam lemak bebas sekitar 16% ataupun lemak hewan yang memiliki nilai asam lemak bebas sekitar 530%, serta beberapa jenis minyak nabati yang memiliki kualitas yang rendah dengan kandungan asam lemak bebas sangat tinggi akan menyebabkan reaksi penyabunan.Reaksi penyabunan dapat terjadi ketika umpan dengan kandungan asam lemak bebas tinggi bereaksi dengan katalis basa atau alkali membentuk sabun dan air seperti pada reaksi berikut ini:

R-COOH +KOH R-COOK+H2 O

(Asam Lemak Bebas)(Alkali)(Sabun)(Air)

Akibat reaksi samping ini, katalis basa harus terus ditambahkan karena sebagian katalis basa habis bereaksi membentuk produk samping berupa sabun. Lebih lanjut, kehadiran sabun akan menjadi penghambat dalam pemisahan produk biodiesel dari campuranreaksi karena menyebabkan terjadinya pembentukan emulsi. Hal ini secara signifikan menurunkan keekonomian proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis basa.

2.3.2 Katalis Asam

Alternatif lain yang dapat digunakan untuk pembuatan biodiesel dengan umpan yang mengandung asam lemak bebas tinggi adalah dengan menggunakan katalis asam. Selain berfungsi untuk mengkatalisis reaksi transesterifikasi dalam pembuatan biodiesel, katalis asam juga dapat mengkatalisis reaksi esterifikasi asam lemak bebas menjadi biodiesel mengikuti reaksi berikut ini:

R-COOH +CH3 OH R-COOCH3+H2 O

(Asam Lemak Bebas)(Metanol)(Biodiesel)(Air)

Katalis asam yang biasa digunakan dalam pembuatan biodiesel juga terbagi dalam dua jenis, yaitu katalis asam homogen dan heterogen. Katalis asam homogen yang biasa digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah asam sulfat. Terdapat beberapa kekurangan pada katalis asam homogen yang menyebabkan katalis jenis ini relatif jarang dipakai dalam pembuatan biodiesel antara lain: 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 heterogen merupakan katalis yang memiliki fasa yang berbeda dengan reaktan dan produk reaksinya. Katalis asam heterogen seperti Zeolit, La/Zeolit beta, MCm41, Amberlyst15, dan Nafion adalah katalis yang dapat digunakan dalam proses pembuatan biodiesel (Shu et al., 2010).Masalah yang timbul akibat penggunaan katalis asam homogen secara umum dapat diatasi dengan menggunakan katalis asam heterogen. Keuntungan penggunaan katalis asam heterogen dalam pembuatan biodiesel dapat diringkas sebagai berikut (Shu et al., 2010): (1) Katalis dapat digunakan kembali; (2) Tidak terbentuk produk samping berupa sabun dari asam lemak bebas; (3) Meningkatkan perolehan dan kemurnian produk; (4) Pemurnian jauh lebih mudah dan dapat menekan biaya peralatan, karena peralatan pemurnian dapat banyak berkurang; dan (5) Tidak banyak katalis yang hilang dalam proses pembuatan biodiesel.Namun terdapat kendala dalam penggunaan katalis asam heterogen yakni harganya yang relatif mahal. Selain itu katalis ini biasanya bersifat hidrofilik dan merupakan padatan asam oksida inorganik dengan gugus hidroksil OH yang berperan sebagai asam kuat Bronsted. Keaktifan katalis asam ini akan berkurang akibat hidrasi OH oleh air yang terbentuk dalam reaksi esterifikasi asam lemak bebas.

2.4 Katalis Berbahan Dasar Gula

Katalis berbahan dasar gula adalah material karbon tersulfonasi sehingga merupakan jenis katalis asam heterogen yang kuat. Material ini bisa didapat dari hasil karbonisasi dan sulfonasi senyawa hidrokarbon polisiklik. Katalis dari material karbon tersulfonasi ini menunjukkan aktivitas yang sangat baik dalam beberapa macam reaksi berkatalis asam seperti pada reaksi pembuatan biodiesel.Dalam pengujian untuk pembuatan biodiesel, katalis ini menunjukkan keaktifan setengah kali dibandingkan dengan katalis asam sulfat dan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan katalis asam heterogen konvensional lainnya. Katalis padat yang dapat didaur ulang seperi Nafion, merupakan katalis asam heterogen yang sangat baik, namun harganya sangat mahal. Karbon naftalen tersulfonasi merupakan katalis asam heterogen yang telah berhasildigunakan sebagai katalis dalam pembentukkan etil asetat, namun katalis ini merupakan bahan yang lunak dan molekul aromatiknya dapat terpisahkan pada kondisi temperatur di atas100C sehingga aktivitas katalistisnya akan hilang. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan katalis dengan bahan dasar gula (Toda et al., 2005).Material karbon dalam pembuatan katalis asam heterogen ini dapat diproduksi dari gula, pati atau selulosa terkarbonisasi. Karbonisasi tidak sempurna dari produk alami seperti gula, pati, atau selulosa dapat menghasilkan material karbon yang kuat yang terdiri dari karbon polisiklik kecil dalam struktur tiga dimensi dengan ikatan sp3. Sulfonasi dari material ini akan menghasilkan padatan yang stabil dengan massa jenis sisi aktif yang besar. Dengan demikian, proses karbonisasi dan sulfonasi yang baik dari senyawa sakarida akan menghasilkan struktur karbon yang stabil dengan densitas gugus SO3 H yang besar (Liu et al., 2010). Hasilnya adalah katalis berperforma tinggi yang bisa didapatkan dari molekul alami yang murah dan melimpah, terdiri dari karbon amorphous tersulfonasi, dan dapat didaur ulang (Toda et al., 2005).

2.5 Road Map Penelitian

Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian di bidang Energi Baru dan Terbarukan yang merupakan salah satu bidang Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi yang ada di Universitas Katolik Parahyangan.Sebagaimana yang telah disebutkan di atas, 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. Salah satu minyak nabati yang sudah banyak dipakai sebagai bahan baku pembuatan biodiesel adalah minyak sawit. Akan tetapi, persaingan antara penggunaan minyak nabati tersebut sebagai bahan pangan dengan penggunaannya sebagai bahan baku biodiesel menyebabkan harga komoditi tersebut semakin tinggi di pasaran. Persaingan semacam itu dapat mengancam ketahanan energi maupun pangan. Oleh karena itu, perlu dilakukan upaya diversifikasi untuk menemukan sumber-sumber minyak nabati lainnya berupa pohon-pohonan yang dapat menghasilkan minyak secara produktif, namun bukan merupakan minyak pangan, untuk dipakai sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel.Beberapa minyak nabati yang potensial yang pohonnya mudah tumbuh dan menghasilkan minyak secara produktif antara lain minyak biji karet, minyak biji kapok, minyak biji kepoh, minyak kemiri, minyak kemiri sunan, nyamplung, mabai, dsb. Akan tetapi minyak-minyak non-pangan tersebut memiliki beberapa kekurangan jika langsung disintesa menjadi biodiesel. Kekurangan tersebut antara lain: (1) sebagian besar minyak tersebut memiliki kandungan asam lemak bebas yang tinggi sehingga kurang ekonomis jika diproses menjadi biodiesel menggunakan cara konvensional berkatalis basa; (2) sebagian minyak tersebut mengandung gugus siklopropenoid (seperti biji kapok dan kepoh) sehingga jika dibuat menjadi biodiesel akan menghasilkan bahan bakar yang mudah terpolimerisasi yang dapat mengakibatkan timbulnya endapan di tangki bahan bakar serta penyumbatan pada injektor mesin diesel; (3) sebagian minyak tersebut yang memiliki kadar asam lemak tak jenuh ganda (polyunsaturated fatty acids) yang tinggi (seperti kemiri sunan) sehingga jika dijadikan biodiesel akan didapat produk dengan kestabilan oksidator dan termal yang rendah.Selain minyak-minyak yang disebutkan di atas, salah satu sumber minyak dari sektor kehutanan yang cukup potensial untuk diubah menjadi bahan bakar cair adalah minyak terpentin yang mengandung cukup banyak hidrokarbon terpen. Jika diolah dengan tepat, yaitu dengan menjenuhkan ikatan rangkap dua yang ada dalam struktur mono- dan bi- siklik hidrokarbon tersebut, akan diperoleh produk bahan bakar cair yang setara dengan kerosinbahkan dapat dipakai untuk substitusi Avtur. Dengan demikian pengolahan tersebut dapat menaikkan nilai ekonomi dari minyak terpentin dan juga berguna untuk menambah ketahanan energi Indonesia di masa depan dari sumber-sumber terbarukan.Berikut ini adalah diagram singkat road map penelitian pengolahan minyak-minyak non-pangan Indonesia sebagai sumber energi alternatif terbarukan.

Minyak dengan kandungan asam lemak bebas tinggi

Pembuatan biodiesel dengan katalis asam heterogen menggunakan proses satu atau duatahap

Minyak Non Pangan

Minyak bergugus siklopropenoid

Minyak berkadar asam lemak tak jenuh ganda tinggi

Proses Hidrogenasi Perpindahan (batch dengan bantuan katalis padatan dan larutan donor)

Proses Hidrogenasi Elektrokimia (dengan arus searah, secara batch)

Biodiesel (dengan kestabilan oksidasi dan termal yang baik / memenuhi standar mutu)

HC terpen dari minyak terpentin

Proses Hidrogenasi Elektrokimia (dengan arus searah, secara batch)

Bahan Bakar Minyak Tanah / SubstitusiAvtur

Gambar 2.2 Road Map Penelitian Pengolahan Minyak-minyak Non-pangan IndonesiaBAB III METODE PENELITIAN

Berikut ini akan dijelaskan secara berurutan prosedur percobaan dan metode analisis dalam proses pengambilan minyak biji karet, proses pembuatan katalis, dan proses pembuatan biodiesel.

3.1 Pengambilan Minyak Biji Karet

Untuk mendapatkan perolehan minyak yang tinggi, terhadap biji karet perlu dilakukan pengecilan ukuran terlebih dahulu. Selanjutnya, pengambilan minyak biji karet dapat dilakukan dengan salah satu metode berikut ini:

1. PengempaanSebelum dikempa, biji karet harus dikeringkan terlebih dahulu untuk mengurangi kandungan air yang cukup besar yang terdapat di dalamnya yang dapat memicu terjadinyahidrolisa trigliserida menjadi asam lemak bebas. Setelah itu, biji karet dikempa menggunakan alat atau mesin pengempa hidrolik dengan tekanan mencapai 320 kg/cm2 untuk mengeluarkan minyak yang ada di dalamnya. Perolehan minyak biji karet dengan menggunaan metode ini umumnya tidak terlalu besar.

2. EkstraksiMetode ekstraksi dapat dilakukan menggunakan pelarut heksan yang dikontakkanlangsung dengan biji karet. Sebelum minyak biji karet diolah menjadi biodiesel, minyak tersebut perlu dipisahkan dari pelarut heksan dengan menggunakan evaporator pada suhu70oC. Uap heksan kemudian dikondensasikan untuk digunakan kembali dalam proses ekstraksi berikutnya. Kelebihan dari metode ini adalah perolehan minyak yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan metode pengempaan. Kekurangan dari metode ini adalah diperlukannya proses pemisahan yang membutuhkan energi untuk memisahkan minyak dari pelarutnya.

Dalam penelitian ini, kondisi operasi dalam proses pengambilan minyak biji karet khususnya dengan metode ekstraksi (misalnya: temperatur, jumlah dan jenis pelarut, dsb) akan dioptimasi untuk mendapatkan perolehan minyak biji karet yang optimum.Sebelum dipakai sebagai bahan baku pembuatan biodiesel, minyak biji karet yang dihasilkan perlu dianalisis untuk mengetahui kandungan asam lemak bebas yang ada di dalamnya. Sampel minyak biji karet ditambahkan dengan isopropil alkohol 96% dan indikator fenolftalein dititrasi dengan larutan NaOH hingga berubah warna menjadi merah jambu. Volume NaOH yang dibutuhkan dicatat untuk kemudian dipakai dalam menentukan kandungan asam lemak bebas pada sampel minyak biji karet dengan menggunakan persamaan berikut:

FFA(%) = VNaOH N NaOH MWasam lemak 100%msampel

(3.1)

Kandungan asam lemak bebas sering kali dinyatakan dalam bilangan asam berikut ini:Bilangan Asam = 10 MWKOH FFA(%)MWasam lemak

(3.2)

Selain kandungan asam lemak bebas, minyak biji karet perlu juga diukur sifat fisik dan kimianya seperti densitas, viskositas, komposisi kimia, dan lain sebagainya.

3.2 Pembuatan Katalis

Katalis yang akan digunakan dalam percobaan pembuatan biodiesel dari minyak biji karet adalah katalis berbahan dasar gula. Pembuatan katalis berbahan dasar gula dilakukan dengan proses pirolisis dimana gula yaitu D-glukosa atau sukrosa dipirolisis dalam furnace silinder pada temperatur 400C selama 15 jam di bawah aliran gas N2 . Material karbon yang dihasilkan dari proses pirolisis kemudian disulfonasi selama 15 jam menggunakan H2 SO496% pada suhu 150C. Setelah proses sulfonasi selesai, campuran didinginkan sampai suhukamar, kemudian diencerkan dengan aquades 500 mL. Setelah pengenceran, dilakukan penyaringan untuk memisahkan katalis yang dihasilkan. Katalis yang telah dipisahkan dicuci dengan aquadest 80C sampai tidak mengandung sisa larutan asam. Selanjutnya katalis dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 60C.

Gambar 3.1 Skema Pembuatan Katalis Gula (Toda et al., 2005)

Kondisi operasi pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula seperti yang disebutkan di atas (misalnya: temperatur dan lamanya waktu pirolisis dan sulfonasi) masih perlu dioptimasi untuk mendapatkan kondisi operasi yang optimum untuk mengasilkan katalis dengan performa terbaik dalam pembuatan biodiesel. Beberapa karakteristik fisik dan kimia yang penting dari katalis yang dihasilkan melalui proses pirolisis dan sulfonasi, dapat diukur menggunakan:

1. X-Ray Diffraction (XRD)Untuk mengetahui komposisi kimia katalis gula yang dihasilkan

2. Scanning Electron Microscopy (SEM)Untuk mengetahui struktur dan morfologi permukan katalis gula yang dihasilkan

3. Brunauer-Emmett-Teller (BET)Untuk menentukan luas permukaan katalis gula yang dihasilkan3.3 Pembuatan Biodiesel

Pembuatan biodiesel dilakukan dengan mencampurkan metanol 99% dan katalis berbahan dasar gula dengan rasio tertentu dalam sebuah labu erlenmeyer. Campuran tersebut kemudian ditambahkan ke dalam minyak biji karet dengan rasio minyak : metanol tertentu pula. Pembuatan biodiesel kemudian dilakukan pada berbagai variasi temperatur pada kecepatan pengadukan 600 rpm selama waktu tertentu. Campuran hasil reaksi ini kemudian dipisahkan dari katalis menggunakan kertas saring dan corong Buchner. Campuran yang telah bebas dari katalis kemudian didekantasi selama 2 hari untuk memisahkan produk biodiesel yang dihasilkan. Dekantasi dilakukan dengan menggunakan corong pemisah.Kondisi operasi pembuatan biodiesel di atas kemudian dioptimasi untuk mendapat temperatur, rasio minyak : methanol, jumlah dan jenis katalis, serta waktu reaksi yang memberikan konversi minyak biji karet serta perolehan biodisel yang optimum.Produk biodiesel yang dihasilkan kemudian diuji sifat fisik dan kimianya. Beberapa sifat fisik dan kimia yang penting yang menentukan kualitas produk biodiesel yang dihasilkan meliputi: densitas, viskositas, angka setana, titik nyala, titk kabut, angka asam, angka iod, dan residu karbon.BAB IVJADWAL KEGIATAN DAN INDIKATOR CAPAIAN TAHUNAN

Berikut ini kami sajikan secara lengkap rencana penelitian yang meliputi nama kegiatan, tujuan kegiatan, keluaran yang diinginkan, alokasi waktu yang dibutuhkan, serta indikator capaian tahunan yang harapkan.

Tabel 4.1 Rancangan Penelitian

KegiatanTAHUN 1TAHUN 2TAHUN 3

Sem. ISem. IISem. IIISem. IVSem. VSem. VI

TAHAP I : Pengambilan Minyak Biji Karet

1. Metode PengempaanTujuan:Mengetahui perolehan minyak biji karet dengan metode pengempaanKeluaran:Perolehan minyak biji karet dengan metode pengempaan

2. Metode EkstraksiTujuan:Mencari kondisi operasi optimum proses pengambilan minyak biji karet dengan metode ekstraksiMengetahui perolehan minyak biji karet dengan metode ekstraksiKeluaran:Kondisi operasi optimum dan perolehan minyak biji karet dengan menggunakan metode ekstraksi

3. Karakterisasi Minyak Biji KaretTujuan:Mengetahui sifat fisik dan kimia minyak biji karetKeluaran:Sifat fisik dan kimia minyak biji karet yang meliputi kandungan asam lemak bebas, densitas, viskositas dan komposisi kimia minyak.

Indikator Capaian Tahunan:Teknologi tepat guna untuk pengambilan minyak biji karet Publikasi dalam seminar nasional /jurnal nasional

TAHAP II : Pembuatan Katalis

1. Proses PirolisisTujuan:Mempelajari pengaruh kondisi operasi proses pirolisis terhadap karakteristik fisik dan kimia katalis gulaMencari kondisi operasi optimum proses pirolisis dalam pembuatan katalis gulaMengetahui perolehan katalis gula pada proses pirolisisKeluaran:Pemahaman akan pengaruh kondisi operasi proses pirolisis terhadap karakteristik fisik dan kimia katalis gulaKondisi operasi optimum dan perolehan katalis gula pada proses pirolisis

2. Proses SulfonasiTujuan:Mempelajari pengaruh kondisi operasi proses sulfonasi terhadap karakteristik fisik dan kimia katalis gulaMencari kondisi operasi optimum proses sulfonasi dalam pembuatan katalis gulaMengetahui perolehan katalis gula pada proses sulfonasiKeluaran:Pemahaman akan pengaruh kondisi operasi proses sulfonasi terhadap karakteristik fisik dan kimia katalis gulaKondisi operasi optimum dan perolehan katalis gula pada proses sulfonasi

3. Karakterisasi KatalisTujuan:Mengetahui karakteristik fisik dan kimia katalis berbahan dasar gulaKeluaran:Karakteristik fisik dan kimia katalis berbahan dasar gula yang meliputi struktur dan morfologi permukaan katalis, luas permukaan katalis, dan komposisi kimia katalis khususnya jenis dan jumlah pusat aktif di dalam katalis

Indikator Capaian Tahunan:Metode pembuatan katalis asam heterogen berbahan dasar gula yang efektif dan efisien Publikasi dalam seminar internasional /jurnal internasional

13

TAHAP III : Pembuatan Biodiesel

1.Uji Coba Pembuatan Biodisel Menggunakan Proses Satu Tahap dan Dua TahapTujuan:Mempelajari kinerja katalis asam heterogen berbahan dasar gula dalam proses pembuatan biodiesel satu tahap maupun dua tahap.Keluaran:Gambaran awal kinerja katalis asam heterogen berbahan dasar gula dalam proses pembuatan biodiesel

2. Optimasi Kondisi Operasi PembuatanBiodieselTujuan:Mencari kondisi operasi optimum proses pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan katalis asam heterogen berbahan dasar gula.Mengetahui perolehan biodiesel dari proses pembuatan di atasKeluaran:Kondisi operasi optimum dan perolehan biodiesel

3. Karakterisasi Produk BiodieselTujuan:Mengetahui karakteristik fisik dan kimia produk biodiesel yang dihasilkanKeluaran:Karakteristik fisik dan kimia produk biodiesel yang dihasilkan yang meliputi densitas, viskositas, angka setana, titik nyala, titk kabut, angka asam, angka iod, dan residu karbon

Indikator Capaian Tahunan:Metode pembuatan biodiesel dari minyak biji karet dengan menggunakan katalis asam heterogen berbahan dasar gula yang efektif dan efisien Publikasi dalam seminar internasional /jurnal internasional

14

BAB VHASIL DAN PEMBAHASAN

Seperti yang telah diuraikan pada Bab IV, pelaksanaan penelitian ini mencakup tiga tahapan utama, yaitu: (1) Pengambilan minyak biji karet; (2) Pembuatan katalis; dan (3) Pembuatan biodiesel. Dalam bagian ini akan dilaporkan hasil penelitian yang telah dicapai sampai dengan tanggal 15 November 2013.

5.1 Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Mesin Press Hidrolik

5.1.1 Prosedur Kerja

Proses pengambilan minyak biji karet dibagi menjadi 2 tahapan proses yaitu tahap pretreatment bahan baku dan tahap pengepresan. Diagram alir proses pengambilan minyak biji karet disajikan pada gambar berikut ini.

15Pengumpulan biji karet

Pengupasankulit biji karet Pengeringan

Pretreatment bahan baku

Penyimpanan

Penghancuran

Conditioning Pengepresan Penyaringan

Pengepresan

Gambar 5.1 Diagram Alir Proses Pengambilan Minyak Biji Karet MenggunakanMesin Press Hidrolik1. Pretreatment Bahan BakuSebelum bahan baku dipress untuk diambil minyaknya, perlu dilakukan beberapa tahappretreatment:

a. Pengumpulan biji karetBiji karet dipilih yang masih utuh dan tidak rapuh dipisahkan dari cabang-cabang danpengotor-pengotor.

b. Pengupasan kulitBiji karet yang telah dibersihkan dikupas kulitnya dengan bantuan mortar kemudianbagian kernel biji diambil untuk diproses lebih lanjut.

c. PengeringanSetelah dikupas dari kulitnya, biji karet kemudian dikeringkan. Biji karet yangbiasanya memiliki kadar air sekitar 20-25% perlu dikeringkan terlebih dahulu sampai dibawah 5% karena akan disimpan dalam waktu yang cukup lama. Pada tahap pengeringan ini digunakan tray dryer pada 70oC selama 12 jam.

d. PenghancuranPenghancuran biji karet dilakukan dengan bantuan blender. Biji yang telah diblendersampai halus, kemudian disamakan ukurannya sehingga diperoleh biji dengan ukuranmesh -20+30.

e. PenyimpananSetelah dikeringkan dan dihancurkan, biji karet dapat disimpan atau diproses lebihlanjut. Pada tahap penyimpanan ini wadah penyimpanan harus tertutup dengan rapat agar tidak mengalami kontak dengan udara luar sehingga kadar FFA tidak naik.

2. PengepresanBerikut ini adalah tahap-tahapan proses dalam operasi pengepresan.

a. PemanasanPada tahap pemanasan, 17 gram sampel diambil dari penyimpanan untuk kemudiandimasukkan ke dalam mesin press hidrolik. Proses pemanasan dilakukan di dalam mesin press hidrolik yang sudah dihubungkan dengan heater sebelum dilakukan proses pengepresan. Tujuan dari pemanasan adalah untuk mempermudah proses pengambilan minyak. Pada percobaan ini pemanasan dilakukan pada suhu 60 80 oC selama 45 75 menit.

b. PengepresanBiji yang sudah dipanaskan dipress dengan menggunakan mesin press hidrolik. Prosespengepresan dilakukan pada tekanan 80 120 bar selama 30 90 menit. Minyak yang dihasilkan kemudian ditampung dan dipisahkan.

c. PenyaringanMinyak yang dihasilkan biasanya bercampur dengan pengotor berupa partikel padatanhalus. Untuk menghilangkan pengotor tersebut dilakukan penyaringan sehingga diperoleh minyak bersih.

5.1.2 Rancangan Percobaan

Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah temperatur pengepresan, tekanan pengepresan, lama pemanasan awal, dan lama pengepresan. Variasi yang dilakukan untuk temperatur pengepresan adalah 60oC dan 80oC. Untuk tekanan pengepresan, variasiyang dilakukan adalah 80 bar dan 120 bar. Untuk lama pemanasan awal, dilakukan variasi pada 45 menit dan 75 menit. Sedangkan untuk lama pengepresan, dilakukan variasi pada 30 menit dan 90 menit. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan percobaan faktorial 24 dengan penambahan center point sebanyak 4 buah. Respon yang diamati yaitu rendemen minyak biji karet.

Tabel 5.1 Variabel Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet MenggunakanMesin Press Hidrolik

TemperaturTekananLama PemanasanLama Pengepresan

60 oC80 bar4530

80 oC120 bar7590

5.1.3 Hasil Percobaan

Berikut ini adalah hasil percobaan yang menggambarkan pengaruh variabel temperatur pengepresan, tekanan pengepresan, lama pemanasan awal, dan lama pengepresan terhadap rendemen minyak biji karet.

Tabel 5.2 Hasil Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan MesinPress Hidrolik

StandardOrderRunTemperatur(oC)Tekanan(bar)Lama Pemanasan (menit)Lama Pengepresan (menit)Rendemen(%)

12608045'30'19.82

21808045'30'21.56

3116012045'30'30.47

468012045'30'30.64

59608075'30'21.88

615808075'30'23.94

736012075'30'30.94

848012075'30'29.24

97608045'90'30.59

1012808045'90'31.12

11106012045'90'31.71

12168012045'90'30.82

138608075'90'29.12

1413808075'90'28.24

15146012075'90'31.88

1658012075'90'31.58

17177010060'60'27.00

18187010060'60'27.33

19197010060'60'29.17

20207010060'60'29.82

5.1.4 Analysis of Variance (ANOVA)

Untuk mengetahui variabel yang mempengaruhi rendemen pada proses pengambilan minyak biji karet menggunakan mesin press hidrolik dilakukan analysis of variance (ANOVA). Analysis of variance (ANOVA) dilakukan dengan bantuan piranti lunak Design Expert dan hasilnya disajikan dalam table berikut ini.

Tabel 5.3 ANOVA Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan MesinPress Hidrolik

SourceSum ofSquaresDOFMeanSquareF Valuep-valueProb>F

Model250.991516.738.820.0491Signifikan

A-Temperatur0.03310.0330.0180.9030

B-Tekanan105.111105.1155.380.0050Signifikan

C-Lama Pemanasan5.06E-0415.03E-042.67E-040.9880

D-Lama Pengepresan83.59183.5944.030.0070Signifikan

AB2.3812.381.250.3444

AC0.3510.350.180.6962

AD0.9110.910.480.5390

BC5.06E-0415.06E-042.67E-040.9880

BD46.14146.1424.310.0160Signifikan

CD3.0013.001.580.2976

ABC2.26E-0312.26E-031.19E-030.9747

ABD1.2611.260.660.4749

ACD0.03310.0330.0180.9030

BCD7.0917.093.730.1488

ABCD1.1011.100.580.5024

Curvature9.11-0419.11E-044.80E-040.9839TidakSignifikan

Pure Error5.6931.90

Cor Total256.6919

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai p-value variabel B (tekanan pengepresan) dan variabel D (lama pengepresan) lebih kecil dari 0.05 yang menandakan bahwa variabel tekanan pengepresan dan lama pengepresan secara signifikan mempengaruhi jumlah rendemen pada pengambilan minyak biji karet. Sementara itu, nilai p-value variabel A (temperature pengepresan) dan variabel C (lama pemanasan awal) lebih besar dari 0.05 yang menunjukkan bahwa variabel temperatur pengepresan dan lama pemanasan awal tidak mempengaruhi jumlah rendemen pada pengambilan minyak biji karet secara signifikan.Selain itu, dapat dilihat pada tabel di atas bahwa interaksi dua faktor BD yaitu interaksi antara variabel tekanan pengepresan dan lama pengepresan juga lebih kecil dari 0.05 sehingga dapat disimpulkan bahwa interaksi antara variabel tekanan pengepresan dan lamapengepresan secara signifikan mempengaruhi rendemen minyak biji karet. Sedangkan interaksi dua faktor lainnya, interaksi tiga faktor dan empat factor memiliki nilai p-value yang lebih besar dari 0.05 sehingga dapat dikatakan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap rendemen minyak biji karet.

Lama Pengepresan = 90 menitLama Pengepresan = 30 menit

Gambar 5.2 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada ProsesPengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Mesin Press HidrolikDari gambar di atas dapat dilihat bahwa pada lama pengepresan yang lebih pendek, tekanan pengepresan memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap peningkatan perolehan minyak biji karet dibandingkan pada lama pengepresan yang lebih panjang.Dari tabel di atas juga dapat diamati bahwa kurvatur memiliki nilai p-value sebesar0.9839. Hal ini menunjukkan tidak adanya kurvatur yang signifikan dalam rentang variasi percobaan. Artinya rentang nilai variabel pada percobaan ini masih terletak di luar daerah optimumnya sehingga rendemen minyak biji karet masih dapat ditingkatkan sampai batas kemampuan mesin press hidrolik yang dimiliki.

5.1.5 Kandungan Asam Lemak Bebas Pada Minyak Biji Karet

Pada percobaan ini, minyak yang berhasil diambil kemudian ditampung untuk dianalisa lebih lanjut. Sampel ditutup menggunakan cling wrap lalu disimpan. Pada akhir percobaan, sampel yang telah ditampung kemudian dianalisa kadar FFAnya dengan menggunakan metode titrasi. Hasil analisa pada sampel-sampel yang telah ditampung disajikan pada Gambar 5.3.

Pengaruh Lama Penyimpanan Terhadap Kadar FFA

706050

%FFA4030201000 5 10 15 20Run

Gambar 5.3 Pengaruh Lama Penyimpanan (Urutan Run) Terhadap Kadar FFA

Dapat diamati bahwa kadar FFA paling banyak terdapat pada run-run awal dimana minyak paling lama disimpan sebelum kemudian dianalisa kadar FFAnya. Kadar FFA paling tinggi terdapat pada Run pertama dengan kadar FFA sebesar 67.64%. Run pertama dilakukan kurang lebih tiga bulan sebelum analisa FFA dilakukan. Sedangkan minyak pada run-run akhir memberikan kadar FFA sekitar 28%.

5.1.6 Viskositas Dan Densitas Minyak Biji Karet

Selain rendemen dan kadar FFA, dilakukan juga pengukuran nilai viskositas dan densitas minyak biji karet. Viskositas dan densitas dianalisis dari sampel center point yaitusampel yang diperoleh dari operasi pengepresan pada temperature 70oC, tekanan 100 bar, lama pemanasan awal 60 menit dan lama pengepresan 60 menit.

Tabel 5.4 Viskositas dan Densitas Minyak Biji Karet

Hasil Percobaan

Viskositas kinematik, 40oC (mm2/s)39.58

Densitas (gr/cm3)0.92

5.2 Pengambilan Minyak Biji Karet Menggunakan Metode Ekstraksi

5.2.1 Prosedur Kerja

Seperti pada proses pengepresan, sebelum bahan baku biji karet digunakan dalam proses ekstraksi, perlu dilakukan beberapa tahap pretreatment. Mula-mula biji karet dipilih, dibersihkan, dikupas, dan dikeringkan pada 75oC sampai mencapai berat konstan. Kemudian biji karet dihancurkan sampai mencapai beberapa ukuran mesh tertentu dan disimpan dalamwadah terpisah yang tertutup rapat.Proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan dua macam pelarut yaitu CH2 Cl2 dan n-hexane dengan rasio umpan biji karet terhadap pelarut tertentu. Ekstraksi, dilakukan pada suhu titik didih pelarut masing-masing selama waktu tertentu dengan kecepatan pengadukan magnetic stirrer maksimal. Setelah proses ekstraksi selesai, ampas biji karet dipisahkan menggunakan vacuum filter. Selanjutnya, minyak biji karet dipisahkan dari pelarut dengan cara pemanasan pada suhu 100oC sampai seluruh pelarut habis teruapkan.

5.2.2 Rancangan Percobaan

Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah rasio umpan biji karet terhadap pelarut, ukuran partikel biji karet, dan lama ekstraksi. Untuk rasio umpan biji karet terhadap pelarut, dilakukan variasi pada 1:4 dan 1:6. Untuk ukuran partikel biji karet, variasi yang dilakukan adalah +10 dan -20+30. Variasi yang dilakukan untuk lama ekstraksi adalah 4 jam dan 6 jam. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan percobaan faktorial 23 dengan penambahan center point sebanyak 4 buah. Respon yang diamati yaitu rendemen (yield) minyak biji karet.

Tabel 5.5 Variabel Percobaan Pengambilan Minyak Biji Karet MenggunakanMetode Ekstraksi

Rasio Umpan Biji KaretTerhadap PelarutUkuran Partikel BijiKaretLama Ekstraksi

1:4+104 jam

1:6-20+306 jam

5.2.3 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2

Berikut ini adalah hasil percobaan yang menggambarkan pengaruh variabel rasio umpan biji karet terhadap pelarut, ukuran partikel biji karet, dan lama ekstraksi terhadap rendemen minyak biji karet.

Tabel 5.6 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2

StandardOrderRasioF : SUkuran Partikel (Mesh)Lama Ekstraksi (Jam)Coded Value

Yield (%)

X1X2X3

11:4+104-1-1-127.80

21:6+104+1-1-132.60

31:4-20+304-1+1-128.04

41:6-20+304+1+1-132.88

51:4+106-1-1+128.20

61:6+106+1-1+132.80

71:4-20+306-1+1+128.72

81:6-20+306+1+1+133.04

91:5-10+20500032.60

101:5-10+20500032.92

111:5-10+20500033.00

121:5-10+20500032.84

5.2.4 Analysis of Variance (ANOVA) Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2

Untuk mengetahui variabel yang mempengaruhi yield minyak biji karet pada proses ekstrasi menggunakan pelarut CH2 Cl2 dilakukan analysis of variance (ANOVA). Analysis of variance (ANOVA) dilakukan dengan bantuan piranti lunak Design Expert dan hasilnya disajikan dalam table berikut ini.

Tabel 5.7 ANOVA Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2

SourceSum ofSquaresDOFMeanSquareF ValueP Value

Model43.6276.23208.620.0005Significant

A Rasio43.06143.061441.71< 0.0001Significant

B Mesh0.2010.26.860.0791

C Lama Ekstraksi0.2610.268.680.0602

AB7.2E-317.2E-30.240.6571

AC0.06510.0652.170.2372

BC7.2E-317.2E-30.240.6571

ABC0.01310.0130.430.5594

Curvature14.48114.48484.720,0002Significant

Pure Error0.0930.03

Cor Total58.1811

Variabel yang berpengaruh adalah variabel dengan nilai P-value dibawah 5%. Dapat dilihat bahwa variabel Rasio F:S memiliki nilai P-value < 0.0001 sehingga dapat disimpulkan bahwa variabel ini berpengaruh secara signifikan terhadap yield minyak biji karet. Sementara itu, variabel Ukuran Partikel (Mesh) dan variabel Lama Ektraksi memiliki nilai P-value yang lebih besar dari 5%. Namun karena adanya kurvatur yang cukup signifikan, penentuan apakah kedua variabel tersebut mempengaruhi yield minyak biji karet atau tidak, perlu dilakukan dengan lebih berhati-hati dengan memperhatikan gambar berikut ini.

Gambar 5.4 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada ProsesEkstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2

Dari gambar di atas, dapat dilihat bahwa yield minyak biji karet pada rasio umpan biji karet terhadap pelarut 1:4 dengan nilai rata-rata 28% naik ke 32% pada rasio 1:5 dan bertahan pada nilai tersebut pada rasio 1:6. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada rasio 1:5, yield minyak biji karet yang diperoleh sudah optimum sehingga penambahan jumlah pelarut tidak lagi menaikkan jumlah yield secara signifikan..Yield minyak biji karet pada no. mesh +10 dengan nilai rata-rata 30.4% naik ke 32% pada no. mesh -10+20 dan kemudian turun ke 30.7% pada no. mesh -20+30. Semakin kecil ukuran partikel yang akan diekstrak maka luas permukaan kontak semakin besar dan semakin banyak pula jumlah minyak yang akan didapat, Akan tetapi, semakin kecil ukuran partikel yang digunakan, proses pemisahan ampas partikel dari campuran hasil ekstraksi akan menjadilebih sulit sehingga kehilangan minyak dalam proses pemisahan tersebut akan menjadi lebih besar. Dengan demikan, perolehan minyak biji karet optimum dalam percobaan ini terjadi pada ukuran partikel -10+20. Pengecilan ukuran lebih lanjut tidak meningkatkan jumlah minyak yang dapat diekstraksi secara signifikan, sementara kehilangan minyak dalam proses penyaringan menjadi lebih besar sehingga secara keseluruhan menyebabkan perolehan minyak berkurang.Yield minyak biji karet pada lama ekstraksi 4 jam dengan nilai rata-rata 30.4% naik ke 33% pada lama ekstraksi 5 jam dan kemudian turun ke 30.7% pada lama ekstraksi 6 jam. Lama waktu ektraksi berpengaruh dalam proses ekstraksi karena semakin lama waktu ekstraksi maka semakin banyak zat terlarut yang dapat terekstrak hingga tercapainya kondisi kesetimbangannya. Akan tetapi semakin lama waktu ekstraksi, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk menjalankan proses ekstraksi tersebut. Lebih lanjut, jika pelarut yang digunakan memiliki titik didih yang rendah, dibutuhkan sistem pendinginan dan media pendinginan khusus untuk menjaga agar pelarut yang digunakan tidak hilang selama proses ekstraksi. Jika tidak, kehilangan pelarut melalui kondensor juga akan meningkat dan pada akhirnya dapat menurunkan perolehan minyak hasil ekstraksi.

5.2.5 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana

Berikut ini adalah hasil percobaan yang menggambarkan pengaruh variabel rasio umpan biji karet terhadap pelarut, ukuran partikel biji karet, dan lama ekstraksi terhadap rendemen minyak biji karet.

Tabel 5.8 Hasil Percobaan Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana

StandardOrderRasioF : SUkuran Partikel (Mesh)Lama Ekstraksi (Jam)Coded Value

Yield (%)

X1X2X3

11:4+104-1-1-125.84

21:6+104+1-1-126.32

31:4-20+304-1+1-126.40

41:6-20+304+1+1-126.96

51:4+106-1-1+126.12

61:6+106+1-1+127.12

71:4-20+306-1+1+126.68

81:6-20+306+1+1+127.40

91:5-10+20500027.08

101:5-10+20500027.04

111:5-10+20500027.20

121:5-10+20500027.16

5.2.6 Analysis of Variance (ANOVA) Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana

Untuk mengetahui variabel yang mempengaruhi yield minyak biji karet pada proses ekstrasi menggunakan pelarut n-heksana dilakukan analysis of variance (ANOVA). Analysis of variance (ANOVA) dilakukan dengan bantuan piranti lunak Design Expert dan hasilnya disajikan dalam table berikut ini.

Tabel 5.9 ANOVA Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana

SourceSum ofSquaresDOFMeanSquareF ValueP Value

Model1.9770.2852.840.0039Significant

A Rasio0.9510.95178.540.0009Significant

B Mesh0.5210.5297.540.0022Significant

C Lama Ekstraksi0.4010.4075.940.0032Significant

AB5E-315E-30.940.4043

AC0.05810.05810.840.0460

BC0.01610.0163.040.1797

ABC0.01610.0163.040.1797

Curvature0.7110.71132.610.0014Significant

Pure Error0.01635.33E-3

Cor Total2.7011

Dapat dilihat bahwa variabel Rasio F:S, Ukuran Partikel (MESH), dan Lama Ekstraksi memiliki nilai P-value < 0.05 sehingga dapat disimpulkan bahwa ketiga variabel ini berpengaruh secara signifikan terhadap yield minyak biji karet. Dari tabel di atas juga dapat diamati bahwa kurvatur memiliki nilai P-value < 0.05. Hal ini menunjukkan adanya kurvatur yang signifikan dalam rentang variasi percobaan. Artinya rentang nilai variabel pada percobaan ini sudah berada pada daerah optimumnya.

Gambar 5.5 Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Rendemen Pada ProsesEkstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana

Dari gambar di atas, dapat dilihat bahwa yield minyak biji karet pada rasio umpan biji karet terhadap pelarut 1:4 dengan nilai rata-rata 26.3% naik ke 27,2% pada rasio 1:5 dan sedikit menurun pada rasio 1:6. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada rasio 1:5, yield minyak biji karet yang diperoleh sudah optimum sehingga penambahan jumlah pelarut tidak lagi menaikkan jumlah yield secara signifikan..Yield minyak biji karet pada no. mesh +10 dengan nilai rata-rata 26.3% naik ke27.2% pada no. mesh -10+20 dan kemudian sedikit menurun pada no. mesh -20+30. Semakin kecil ukuran partikel yang akan diekstrak maka luas permukaan kontak semakin besar dan semakin banyak pula jumlah minyak yang akan didapat, Akan tetapi, semakin kecil ukuran partikel yang digunakan, proses pemisahan ampas partikel dari campuran hasil ekstraksi akan menjadi lebih sulit sehingga kehilangan minyak dalam proses pemisahan tersebut akan menjadi lebih besar. Dengan demikan, perolehan minyak biji karet optimum dalam percobaan ini terjadi pada ukuran partikel -10+20. Pengecilan ukuran lebih lanjut tidak meningkatkan jumlah minyak yang dapat diekstraksi secara signifikan, sementara kehilangan minyak dalam proses penyaringan menjadi lebih besar sehingga secara keseluruhan menyebabkan perolehan minyak berkurang.Yield minyak biji karet pada lama ekstraksi 4 jam dengan nilai rata-rata 26.3% naik ke 27.2% pada lama ekstraksi 5 jam dan kemudian sedikit menurun pada lama ekstraksi 6 jam. Lama waktu ektraksi berpengaruh dalam proses ekstraksi karena semakin lama waktu ekstraksi maka semakin banyak zat terlarut yang dapat terekstrak hingga tercapainya kondisi kesetimbangannya. Akan tetapi semakin lama waktu ekstraksi, semakin banyak energi yangdibutuhkan untuk menjalankan proses ekstraksi tersebut. Lebih lanjut, jika pelarut yang digunakan memiliki titik didih yang rendah, dibutuhkan sistem pendinginan dan media pendinginan khusus untuk menjaga agar pelarut yang digunakan tidak hilang selama proses ekstraksi. Jika tidak, kehilangan pelarut melalui kondensor juga akan meningkat dan pada akhirnya dapat menurunkan perolehan minyak hasil ekstraksi.

5.2.7 Kandungan Asam Lemak Bebas Pada Minyak Biji Karet

Kandungan FFA yang besar menghalangi proses transesterifikasi minyak menjadi biodiesel menggunakan katalis basa karena dapat menyebabkan reaksi samping penyabunan (saponifikasi). Penentuan kadar FFA bertujuan untuk mengetahui seberapa banyak kandungan asam lemak bebas di dalam minyak biji karet yang sudah diekstraksi. Penentuan kadar FFA dilakukan dengan cara titrasi menggunakan larutan KOH. Berikut ini disajikan hasil penentuan kadar FFA pada minyak biji karet hasil ekstraksi menggunakan pelarut CH2 Cl2 dan n-Heksana.

Tabel 5.10 Kadar FFA Minyak Biji Karet Hasil Proses Ekstraksi

StandardOrder

RasioF : SUkuran Partikel (Mesh)Lama Ekstraksi (Jam)%FFA

(CH2 Cl2 )(n-Hexane)

11:4+10435.3435.11

21:6+10439.2537.57

31:4-20+30439.5537.57

41:6-20+30435.7836.42

51:4+10636.6735.63

61:6+10635.1336.28

71:4-20+30637.7834.64

81:6-20+30638.5039.02

91:5-10+20538.8636.16

101:5-10+20538.6336.81

111:5-10+20538.4536.93

121:5-10+20538.7336.16

5.2.8 Viskositas Dan Densitas Minyak Biji Karet

Pengukuran viskositas, minyak biji karet dilakukan pada suhu 40oC menggunakan viscometer Ostwald sedangkan pengukuran densitas dilakukan menggunakan piknometer. Hasil pengukuran viskositas dan densitas untuk minyak biji karet yang diperoleh dari proses ekstraksi menggunkan pelarut CH2 Cl2 dan n-heksana pada berbagai pelakuan dapat dilihat pada table berikut ini.Tabel 5.11 Viskositas dan Densitas Minyak Biji Karet Hasil Proses Ekstraksi

StandarOrder

RasioF : SUkuran Partikel (Mesh)Lama Ekstraksi (Jam)2Viskositas (mm /s)Densitas (gr/mL)

CH2 Cl2n-HexaneCH2 Cl2n-Hexane

11:4+10464.3665.360.880.87

21:6+10464.5565.800.890.89

31:4-20+30464.5364.460.890.89

41:6-20+30464.8664.450.880.89

51:4+10665.2764.890.870.88

61:6+10665.1364.750.880.87

71:4-20+30663.9165.550.880.88

81:6-20+30665.3865.530.890.89

91:5-10+20564.9764.880.890.88

101:5-10+20564.6365.040.890.87

111:5-10+20565.1164.860.890.88

121:5-10+20564.8864.970.880.89

5.2.9 Perbandingan Proses Ekstraksi Menggunakan Pelarut CH2 Cl2 dan n-Hexane

Proses ekstraksi menggunakan pelarut CH2 Cl2 memberikan yield minyak biji karet yang lebih baik sebesar 33,04% dibandingkan dengan proses ekstraksi menggunakan pelarut n-Hexane yang hanya sebesar 27,4%. Kadar FFA, viskositas, dan viskositas minyak biji karet yang dihasilkan dari kedua proses ekstraksi tersebut relatif sama.Kondisi optimum untuk proses ekstraksi minyak biji karet menggunakan pelarut CH2 Cl2 maupun n-heksana adalah pada rasio umpan biji karet terhadap pelarut 1:5, ukuran partikel biji karet -10+20, dan lama waktu ekstraksi 5 jam. Adapun temperatur optimum proses ekstraksi adalah di sekitar titik didih masing-masing pelarut.BAB VIRENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA

Pada tahap pertama, fokus utama penelitian adalah untuk mempelajari cara pengambilan minyak biji karet menggunakan metode pengepresan maupun metode ekstraksi. Beberapa informasi mengenai rendemen/perolehan minyak biji karet maupun kondisi operasi optimum proses pengambilan minyak biji karet sudah diperoleh. Sifat fisik dan kimia minyak biji karet, meliputi kandungan asam lemak bebas, viskositas dan densitas juga sudah didapatkan.Pada tahap selanjutnya, penelitian akan difokuskan pada pengembangan katalis dan pengembangan proses untuk pembuatan biodiesel. Adapun rencana kerja untuk tahapan pengembangan katalis maupun tahapan pengembangan proses untuk pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut:

6.1 Pengembangan Katalis

Katalis asam heterogen dapat dibuat dari bahan baku yang memiliki gugus dasar glukosa seperti D-glukosa, sukrosa, pati, dan selulosa melalui proses pirolisis yang kemudian dilanjutkan dengan proses sulfonasi. Proses pirolisis merupakan proses dekomposisi termal pada temperatur tinggi. Proses ini bertujuan untuk melakukan karbonisasi secara tidak sempurna terhadap bahan baku yang memiliki gugus dasar glukosa untuk membentuk lembaran-lembaran karbon polisiklik aromatik. Proses sulfonasi berguna untuk menambahkan gugus asam HSO3 ke dalam lembaran-lembaran karbon polisiklik aromatik tersebut di atas menghasilkan katalis asam heterogen.Lou et al. (2008) melakukan percobaan untuk memproduksi katalis asam heterogen menggunakan berbagai bahan baku, antara lain D-glukosa, sukrosa, pati, selulosa. Dari hasil percobaannya didapatkan bahwa aktivitas katalisis terbaik diberikan oleh katalis yang dibuat dari bahan baku pati. Adapun kondisi operasi proses pirolisis yang optimum adalah pada400oC selama 15 jam, sementara kondisi operasi proses sulfonasi optimum adalah pada150oC selama 15 jam.Chen & Fang (2011) melakukan percobaan untuk memproduksi katalis asam heterogen menggunakan bahan baku berupa campuran glukosa dan berbagai jenis pati yang memiliki kandungan amilopektin yang berbeda, yaitu: pati beras ketan (kadar amilopektin99,7%), pati jagung (kadar amilopektin 72%), dan amilosa (kadar amilopektin 0%). Ditemukan bahwa kadar amilopektin yang berbeda-beda pada pati yang dicampurkan berpengaruh terhadap aktivitas katalis yang dihasilkan. Kadar amilopektin yang berbeda menyebabkan perbedaan pada struktur karbon polisiklik aromatik bahan katalis yang dihasilkan. Hal ini penting karena struktur karbon polisiklik aromatik bahan katalis akan mempengaruhi jumlah gugus HSO3 yang dapat menempel pada permukaan katalis. Semakin banyak gugus HSO3 yang dapat menempel pada permukaan katalis menyebabkan aktivitas katalis semakin tinggi. Dari percobaannya didapatkan bahwa katalis yang memiliki aktivitas paling baik dan densitas asam yang paling besar adalah katalis yang dibuat dari bahan baku campuran glukosa dan pati jagung. Adapun kondisi operasi proses pirolisis yang digunakan adalah pada temperatur 400oC selama 75 menit dan kondisi operasi proses sulfonasi yang digunakan adalah pada temperatur 150oC selama 5 jam.Dalam penelitian ini, katalis asam heterogen akan dibuat dari bahan baku berbagai jenis pati yang memiliki kandungan amilopektin yang berbeda, yaitu: pati kentang, patiganyong, pati singkong, dan pati jagung. Adapun kondisi operasi proses pirolisis dan proses sulfonasi yang akan digunakan dalam pembuatan katalis ada dua macam, mengikuti kondisi operasi optimum yang dilaporkan oleh Lou, et al. (2008) dan Chen & Fang (2011).

Tabel 6.1 Rancangan Percobaan Pembuatan Katalis Asam Heterogen

Variabel PercobaanVariasi

Bahan Baku1. Pati Kentang2. Pati Ganyong3. Pati Singkong4. Pati Jagung

Kondisi Operasi1. Pirolisis pada T = 400oC selama 15 jamSulfonasi pada T = 150oC selama 15 jam2. Pirolisis pada T = 400oC selama 1.25 jamSulfonasi pada T = 150oC selama 5 jam

Beberapa uji karakterisasi yang akan dilakukan meliputi analisa kadar amilopektin dari bahan baku pati yang digunakan, uji Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui struktur dan morfologi permukan katalis yang dihasilkan, uji EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) untuk mengetahui komposisi kimia katalis yang dihasilkan, dan uji Brunauer-Emmett-Teller (BET) untuk menentukan luas permukaan dan ukuran pori katalis yang dihasilkan.

6.2 Pengembangan Proses Pembuatan Biodiesel

Biji karet dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel karena memiliki kandungan minyak yang cukup besar. Akan tetapi kandungan FFA pada minyak biji karet cukup tinggi sehingga dapat menyebabkan reaksi samping penyabunan (saponifikasi) jika direaksikan secara langsung dengan metanol menggunakan katalis basa pada proses satu tahap. Untuk mengatasi masalah ini dapat dilakukan proses dua tahap, di mana pada tahap pertama, minyak biji karet akan diturunkan terlebih dahulu kadar FFA-nya sampai di bawah1% dengan mereaksikannya dengan methanol menggunakan katalis asam sebelum kemudian pada tahap kedua diolah lebih lanjut menjadi biodiesel dengan bantuan katalis basa.Katalis yang digunakan dalam proses tersebut dapat berupa katalis homogen atau katalis heterogen. Katalis homogen akan memberikan performa yang lebih baik daripada katalis heterogen. Namun, katalis homogen memiliki beberapa kelemahan jika dibandingkan dengan katalis heterogen, seperti lebih korosif, sulit didaur ulang, dan dapat menyebabkan pencemaran pada lingkungan.Dalam penelitian ini, katalis asam yang akan digunakan dalam proses pre-treatment adalah katalis asam homogen H2 SO4 dan katalis asam heterogen yang dibuat dari bahan baku pati (lihat penjelasan pada sub bab 6.1). Percobaan menggunakan katalis asam homogen H2 SO4 akan dilakukan pada tahun kedua sementara percobaan menggunakan katalis asam heterogen yang dibuat dari bahan baku pati akan dilakukan pada tahun ketiga.Variabel yang akan divariasikan dalam proses pre-treatment menggunakan katalis H2 SO4 adalah waktu reaksi (t), rasio molar methanol terhadap minyak (M:O) dan jumlah katalis. Variasi yang dilakukan untuk waktu reaksi (t) adalah 1 jam dan 2 jam, untuk rasio molar methanol terhadap minyak (M:O) adalah 6:1 dan 12:1, dan untuk jumlah katalis H2 SO4

adalah 1%-w dan 5%-w minyak awal. Temperatur reaksi ditetapkan pada 60oC dengan laju pengadukan magnetic stirrer maksimum. Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan percobaan faktorial 23 dengan penambahan center point. Penambahan center point yang dilakukan adalah sebanyak 4 kali dengan mengambil nilai tengah dari setiap variasi yang dilakukan. Respon proses yang diamati adalah kadar FFA minyak biji karet setelah proses pre-treatment (y).

Tabel 6.2 Rancangan Percobaan Proses Pembuatan Biodiesel Tahap I

Waktu Reaksi (jam)Jumlah Katalis = 1%-wJumlah Katalis = 5%-w

M:O (6:1)M:O (12:1)M:O (6:1)M:O (12:1)

t=1y1y2y3y4

t=2y5y6y7y8

Untuk tahap kedua, katalis basa yang akan digunakan adalah katalis basa homogenNaOH dan katalis basa heterogen CaO yang dibuat dari kalsinasi CaCO3 pada temperatur1000oC selama 2 jam. Kondisi operasi yang digunakan untuk pembuatan biodiesel menggunakan katalis basa homogen NaOH adalah pada temperatur 65oC dengan laju pengadukan magnetic stirrer maksimum, waktu reaksi 1 jam, rasio molar metanol terhadap minyak 9:1, dan jumlah katalis 1%-b/v minyak. Kondisi operasi yang digunakan untuk pembuatan biodiesel menggunakan katalis basa heterogen CaO adalah pada temperatur 65oC dengan laju pengadukan magnetic stirrer maksimum, waktu reaksi 3 jam, rasio molar metanol terhadap minyak 9:1, dan jumlah katalis 3%-b minyak. Kinerja kedua jenis katalis ini dalam proses pembuatan biodiesel kemudian dapat diamati dan dibandingkan.Dalam penelitian ini akan dilakukan karakterisasi sifat-sifat fisik dan kimia produk biodiesel yang dihasilkan, antara lain: viskositas, densitas, kandungan metil ester, angka setana, titik nyala, titik kabut, angka asam, angka iod, dan residu karbon. Pada tahap awal penelitian, analisa yang dilakukan hanyalah analisa dasar seperti analisa viskositas, densitas, dan kandungan metil ester. Pada tahap akhir penelitian barulah dilakukan uji lengkap untuk melihat apakah produk biodiesel yang dihasilkan sudah memenuhi standar SNI.BAB VII KESIMPULAN

Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian sampai dengan tanggal15 November 2013 adalah sebagai berikut:

1. Pengambilan minyak biji karet menggunakan mesin press hidrolika. Variabel temperatur pengepresan dan lama pemanasan awal tidak memberikan pengaruh secara signifikan terhadap rendemen minyak biji karet.b. Variabel tekanan pengepresan dan lama pengepresan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap rendemen minyak biji karet.c. Adanya interaksi antara variabel tekanan pengepresan dan lama pengepresan.d. Rendemen minyak biji karet semakin besar seiring kenaikan tekanan pengepresan. e. Semakin lama proses pengepresan semakin tinggi rendemen minyak biji karet.f.Pada lama pengepresan yang lebih pendek, tekanan pengepresan memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap peningkatan rendemen minyak biji karet dibandingkan pada lama pengepresan yang lebih panjang.g. Kurvatur tidak signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa rentang percobaan masih berada di luar rentang daerah optimum sehingga rendemen masih dapat ditingkatkan.

2. Pengambilan minyak biji karet menggunakan metode ekstraksia. Variabel yang berpengaruh terhadap perolehan minyak biji karet pada proses ekstraksi adalah variabel rasio umpan biji karet terhadap pelarut, ukuran partikel biji karet, dan lama ekstraksi.b. Kondisi optimum proses ekstraksi minyak biji karet adalah pada rasio umpan biji karet terhadap pelarut 1:5, ukuran partikel biji karet -10+20, dan lama ekstraksi 5 jam.c. Pelarut CH2 Cl2 memberikan rendemen yang lebih tinggi dibandingkan dengan pelarut n-heksana pada proses ekstraksi minyak biji karet.d. Viskositas minyak biji karet hasil ekstraksi berada pada rentang 63,9-65,8 mm2/s e. Densitas minyak biji karet hasil ekstraksi berada pada rentang 870-890 kg/m3f. Kadar FFA minyak biji karet hasil ekstraksi berada pada rentang, 34,64%-39,55%DAFTAR PUSTAKA

Chen, G. & Fang, B., 2011, Preparation of Solid Acid Catalyst From GlucoseStarch Mixture for Biodiesel Production. Bioresource Technology, 102(3), 2635-2640.

Demirbas, A., 2009, Progress and Recent Trends in Biodiesel Fuels, Energy Conversion andManagement, 50(1), 14-34.Kirk, R.E. & Othmer, D. F., 1980, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed., vol. 9, JohnWiley and Sons, New York.

Liu, X.Y., Huang, M., Ma, H.L., Zhang, Z.Q., Gao, J.M., Zhu, Y.L., ... Guo, X.Y., 2010, Preparation of a Carbon-Based Solid Acid Catalyst by Sulfonating Activated Carbon in a Chemical Reduction Process, Molecules, 15, 7188-7196.

Lotero, E., Liu, Y., Lopez, D.E., Suwannakarn, K., Bruce, D.A., & Goodwin, J.G., Jr., 2005, Synthesis of Biodiesel via Acid Catalysis, Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(14), 5353-5363.

Lou, W.Y., Zong, M.H., & Duan, Z.Q., 2008, Efficient Production of Biodiesel From High Free Fatty Acid-Containing Waste Oils Using Various Carbohydrate-Derived Solid Acid Catalysts, Bioresource Technology, 99(18), 8752-8758.

Ma, F. & Hanna, M.A., 1999, Biodiesel Production: a Review, Bioresource Technology,70(1), 1-15.

Setyawardhani, D.A., Distantina, S., Henfiana, H., & Dewi, A.S., 2010, Pembuatan Biodiesel Dari Asam Lemak Jenuh Minyak Biji Karet, Prosiding Seminar Rekayasa Kimia Dan Proses 2010, Teknik Kimia UNDIP, Semarang.

Shu, Q., Gao, J., Nawaz, Z., Liao, Y., Wang, D., & Wang, J., 2010, Synthesis of Biodiesel from Waste Vegetable Oil with Large Amounts of Free Fatty Acids Using a Carbon- Based Solid Acid Catalyst, Applied Energy, 87, 2589-2596.

Siahaan, S., Setyaningsih, D., & Hariyadi, 2011, Potensi Pemanfaatan Biji Karet (Hevea Brasiliansis Muell.Arg) Sebagai Sumber Energi Alternatif Biokerosin, Jurnal Teknologi Industri Pertanian, 19(3), 145-151.

Toda, M., Takagaki, A., Okamura, M., Kondo, J.N., Hayashi, S., Domen, K., & Hara, M.,2005, Green Chemistry: Biodiesel Made with Sugar Catalyst, Nature, 438(7065), 178.

Van Gerpen, J., 2005, Biodiesel Processing and Production, Fuel Processing Technology,86(10), 1097-1107.

Zhang, Y., Dub, M.A., McLean, D.D., & Kates, M., 2003, Biodiesel Production from Waste Cooking Oil: 1. Process Design and Technological Assessment, Bioresource Technology, 89, 1-16.