PERCOBAAN IV

SINTESIS METIL ESTER

4.1 Tujuan Percobaan

Memahami reaksi pembentukan biodiesel.

4.2 Tinjauan Pustaka

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat

diperoleh dari minyak tumbuhan, lemak binatang atau minyak bekas melalui

esterifikasi dengan alkohol. Karena bahan bakunya berasal dari minyak tumbuhan atau

lemak hewan, biodiesel digolongkan sebagai bahan bakar yang dapat diperbarui. Pada

dasarnya semua minyak nabati atau lemak hewan dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan biodiesel.[1]

Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang

yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai

alternatif yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar mesin diesel. [2]

Metil ester

(biodiesel) secara umum adalah bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari bahan

terbarukan atau secara khusus merupakan bahan bakar mesin diesel dan dapat juga

untuk sistem pembangkit tenaga listrik yang terdiri atas alkil ester dari asam-asam

lemak. Biodiesel disusun oleh senyawa utama, yaitu ester. Ester ialah turunan asam

karboksilat yang gugus –OH nya digantikan oleh gugus –OR, rumus ester adalah:[3]

(ester)

Sebagai bahan bakar, biodiesel harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan oleh SNI

seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.2.1.[2]

No. Parameter Satuan Nilai

1 Massa jenis pada 40 oC Kg/m

3 850-890

2 Viskositas kinematic pada 40 oC Mm

2/s 2,3-6,0

3 Angka setana - min. 51

4 Titik nyala oC min. 100

5 Titik kabut oC maks. 18

6 Air dan sedimen % maks. 0,05

7 Angka asam Mg-KOH/g maks. 0,8

Tabel 4.2.1.Tabel Persyaratan Biodiesel Yang Ditetapkan Oleh SNI

Pembuatanbiodieselpada umumnya melaluiprosesesterifikasi

dantransesterifikasi.Esterifikasiadalahreaksiasam lemakbebasdenganalkohol

membentukesterdan air. Esterifikasibiasanyadilakukanjikaminyakyangdiumpankan

mengandung asam lemak bebas tinggi (>5%). Umumnya, proses esterifikasi

menggunakan katalisasam.Asam-asam

pekatsepertiasamsulfatdanasamkloridaadalahjenisasamyang

sekaranginibanyakdigunakansebagaikatalis.

Reaksi esterifikasi adalah:

(asam lemak) (methanol) (metil ester) (air)

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi adalah:

- Waktu reaksi

Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar

sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi

sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan

menguntungkan karena tidak memperbesar hasil.

- Pengadukan

Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan

zat yang bereaksi makin baik sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi

sempurna.

- Katalisator

Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi

sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar.

- Suhureaksi

Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang

dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga

k semakin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar.[4]

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi

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

danmenghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik

yangmenjadi 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).

Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester sebagai berikut:

Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya

katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat

(Mittlebatch,2004). Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah

katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi.

Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan

agardidapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi

reaksi yangmempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi

adalah sebagai berikut:

a. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil

dari 0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari

air.Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi

berkurang.Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami

reaksi dengan uapair dan karbon dioksida.

b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol

untuksetiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol

gliserol.Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlahalkohol yang

digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah.Pada rasio

molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkanpada

3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena

dapatmemberikan konversi yang maksimum.

c. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi

dibandingkandengaan menggunakan etanol atau butanol.

d. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila

dibandingkandengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi

transesterifikasi adalahnatrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH),

natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3).

e. Pengaruh temperatur

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C (titik didih

methanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan

semakin tinggiuntuk waktu yang lebih singkat.[2]

4.3. Tinjauan Bahan

A. Aquadest

Rumus Molekul : H2O

Berat Molekul : 18,02 g/mol

Bentuk : Cair

Titik Beku : 0 oC

Titik Didih : 100 oC

Densitas : 1 g/cm3

B. Indikator Fenolftalein

Rumus Molekul : C20H14O4

Berat Molekul : 318 g/mol

Bentuk : Serbuk

Titik didih : 64,5 oC

Titik leleh : -97,8 oC

Titik lebur : 240 oC

Densitas : 0,7915 g/cm3

C. Metanol

Rumus Molekul : CH3OH

Berat Molekul : 32 g/mol

Bentuk : Cair

Tekanan Uap : 96 mmHg at 20oC

Tekanan Densitas : 1,11

Titik Didih : 64,6 oC

Titik Beku : -97,8 oC

Densitas : 0,7921 g/cm3

D. Minyak Kelapa Sawit

Bilangan Asam : 209,7 mg KOH/ g

Bilangan Iod : 45 – 62 mg I2/ g

Bilangan Setana : 62

Could Point : 16

Densitas : 0,868 g/ml (15oC)

Kandungan sulfur : < 50 ppm

Nilai Kalori, LHV : 37 – 38 MJ/ kg

Titik nyala : 174

Viskositas kinematik : 5,3 C St

E. Natrium Hidroksida

Berat Molekul : NaOH

Berat Molekul : 40 g/mol

Bentuk : Kristal

Titik Leleh : 318 oC

Titik Didih : 1390 oC

Densitas : 2,13 g/cm3 (20

oC)

F. Kalium Hidroksida

Berat Molekul : KOH

Berat Molekul : 56,11 g/mol

Bentuk : Padat

Titik Leleh : 380 oC

Titik Didih : 1384 oC

Densitas : 2,044 g/cm3

4.4. Alat dan Bahan

A. Alat-alat yang digunakan:

- Batangpengaduk

- beakerglas

- botolaquades

- labuleher 3

- Magnetic stirer

- Pipet volume

- Thermometer

- Piknometer

B. Bahan-bahan yang digunakan

- aquades (H2O)

- indikator fenolftelein (C20H14O4)

- kalium hidroksida (KOH)

- methanol (CH3OH)

- Minyak kelapa sawit

- Natrium hidroksida (NaOH)

4.5. Prosedur Percobaan

1. Uji FFA

Melakukan Uji FFA/angka asam lemak bebas, jika hasil FFA > 2% maka

dilakukan proses esterifikasi sampai bahan baku mempunyai FAA < 2%. Jika

FFA < 2% maka dapat melakukan proses transesterifikasi.

Prosedur pengujian Free Fatty Acid (asam lemak bebas):

- menimbang 20 gram minyak dalam Erlenmeyer

- memasukkan minyak sampai suhu 40°C

- memasukkan methanol 96% sebanyak 50 mL dan 3 tetes indicator PP ke

dalam Erlenmeyer

- mendinginkan larutan sampai suhu ruangan

- menitrasi larutan dengan larutan KOH 0,1 N sampai terjadi perubahan

warna menjadi merah jambu

- mencatat volume titrasi yang dibutuhkan

- menyatakan asam lemak bebas sebagai %FFA

- perhitungan % FFA

2. Proses Esterifikasi

- memanaskan 1 liter minyak hingga mencapai suhu 60-65 °C

- melakukan 2,25 gram methanol dan 0,05 gram asam sulfat untuk setiap

gram asam lemak bebas dalam minyak. Menvampurka asam sulfat dan

methanol terlebih dahulu kemudian menambahkannya secara perlahan ke

dalam minyak

- melakukan pengadukan dengan magnetic stirrer selama 2 jam

- mendinginkan campuran sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah adalah

methanol-air asam sulfat

- mengukur kembali %FFA.

3. Proses Transesterifikasi

- menimbang 2,5 gram natrium hidroksida dan melarutkan didalam 56,44

gram methanol (1,7616 mol methanol)

- memasukkan 250 gram minyak (0,2936 mol minyak) kedalam labu leher

tiga dan memanaskan minyak sampai suhu 60°C

- kemudian memasukkan larutan natrium hidroksida alkoholik kedalam

minyak dan transesterifikasi dilakukan selama 120 menit disertai dengan

pengadukan

- menghentikan proses setelah waktu reaksi tersebut

- memisahkan lapisan tersebut dengan menggunakan corong pemisah sampai

terbentuk 2 lapisan yaitu lapisan bawah ( gliserol dan methanol) dan lapisan

atas (crude biodesel)

- mencuci kelebihan alkohol dan residu katalis dari crude biodiesel dengan

menggunakan air panas 80-90°C

- pencucian diulang sampai air yang digunakan untuk proses pencucian telah

jernih sehingga diperoleh metal ester yang telah bebas pengotor

- penguapan sisa air pencuci yang ada di metil ester dengan memanaskan

metil.

4. Uji densitas metil ester

- menimbang berat piknometer kosong

- memasukkan metil ester kedalam piknometer

- menimbang piknometer yang telah diisi metil ester

- menghitung densitas metil ester.

4.6. Data Pengamatan

No. Perlakuan Pengamatan Kesimpulan

1. Uji FFA

Minyak Larutan I

Lar. I + CH3OH + PP Larutan II

Larutan II dititrasi Larutan III

Larutan berwarna

kuning.

Terbentuk 2

lapisan. Lapisan

atas berwarna putih

keruh (methanol)

dan lapisan bawah

berwarna kuning

(minyak)

Larutan

berwarnamerah

jambu.

V titrasi = 6,5 ml

%FFA = 0,876

%

2. Transesterifkasi

Methanol + NaOH Larutan I

Minyak Larutan II

Larutan I + Larutan II Larutan III

Larutan III dipisahkan Larutan IV

Larutantidak

berwarna

Larutan berwarna

kuning

Larutan berwarna

kuning kecoklatan

Terbentuk2 lapisan.

Lapisan atas

berwarna kuning.

Lapisan bawah

berwarna coklat

Lapisan atas

adalahcrude

biodiesel

Lapisan bawah

adalah gliserol

KOH

Larutan IV (crude biodiesel) + air

panas Larutan V

Larutan V (crude biodiesel)

Larutan VI

Terbentuk 2

Lapisan. Lapisan

atas berwarna

kuning. Lapisan

bawah berwarna

putih keruh.

Larutan berwarna

kuning jernih

Lapisan atas

adalahcrude

biodiesel

Lapisan bawah

adalah air

Diperoleh metil

ester (biodiesel)

3. Uji Densitas Berat piknometer

kosong = 19,28 gr

Berat piknometer

kosong + isi =

40,43 gr

Volumepiknometer

= 25 mL

Densitas metil

ester =

0,846gr/cm3

4.7. Dokumentasi Pengamatan

2. Uji %FFA

Gambar 4.7.1. Minyak goreng Gambar 4.7.2. Minyak + CH3OH + PP

Gambar 4.7.3. Hasil titrasi dengan KOH

3. Proses Transesterifikasi

Gambar 4.7.4. CH3OH + NaOH Gambar 4.7.5. Minyak Dipanaskan(Proses Biodiesel)

Gambar 4.7.6. CH3OH + NaOH + minyak Gambar 4.7.7.Pemisahan Minyak Dengan Gliserol

Gambar 4.7.8.Pencucian Biodiesel Dengan Air PanasGambar 4.7.9.Proses Pemanasan Biodiesel

Gambar 4.7.10.Hasil biodiesel

4.8. Perhitungan

1. Menghitung % FFA

%1001000SampelBerat

Lemak Asam BMKOH NKOH mL%FFA

0,876%%FFA

0%101000gr 20

gr/mol 269,638N 0,1mL 6,5%FFA

2. Menghitung densitas metil ester (biodiesel)

Keterangan : Berat piknometer kosong = 19,28 gr

Berat piknometer kosong + isi = 40,43 gr

Volume piknometer = 25 mL

3gr/cm 0,846ρ

mL 25

19,28)gr(40,43ρ

volume

kosongberat -isi)kosong(berat ρ

v

mρ

4.9. Persamaan Reaksi

4.10. Pembahasan

1. Menguji % FFA

Tujuan mengetahui %FFA adalah untuk menentukan tahap yang akan

dilakukan dalam pembentukan biodiesel. Jika % FFA <2% maka dapat

dilakukan proses transesterifikasi tanpa melalui tahap esterifikasi, sedangkan

apabila % FFA > 2% maka harus dilakukan proses esterifikasi terlebih dahulu

untuk menurunkan kadar FFA. % FFA yang didapatkan pada percobaan ini

adalah 0,846% sehingga dapat disimpulkan bahwa pada tahap pembuatan

biodiesel dapat langsung dilakukan proses transesterifikasi.

2. Proses Transesterifikasi

- Transesterifikasi merupakan reaksi dari trigliserida menjadi alkil ester

melalui reaksi dengan alkohol dan menghasilkan produk samping yaitu

gliserol. Reaksi transesterifikasi :

- Fungsi penambahan NaOH pada percobaan ini adalah sebagai katalisator

untuk mempercepat reaksi.

- Fungsi methanol pada percobaan ini adalah sebagai reaktan pembentuk

biodiesel dan sebagai pelarut NaOH karena pada proses sintesis metil ester

semua bahan harus bebas dari air. Hal ini disebabkan karena air akan

bereaksi dengan katalis (NaOH) sehinggaa jumlah katalis akan berkurang

dan juga dapat menyebabkan terjadinya reaksi penyabunan pada sintesis

metil ester.

- Pada praktikum ini, proses transesterifikasi dilakukan pada temperatur 30 –

65oC (titik didih methanol sekitar 65

oC). Hal inidikarenakan methanol akan

menguap pada temperatur diatas 65 oC sehingga akan mengurangi jumlah

dari methanol tersebut.

- Proses pemisahan dilakukan untuk memisahkan gliserol dengan metil ester.

- Pencucian dan pemanasan dilakukan untuk menghilangkan sisa gliserol dan

methanol yang berlebih pada crude biodiesel untuk didapatkan metil ester

(biodiesel)

3. Uji Densitas Metil Ester

Pada praktikum ini didapatkan nilai densitas metil ester sebesar 0,846 gr/cm3.

Hal ini telah sesuai dengan teori yang mana nilai densitas metil adalah 0,84-

0,89 g/cm3. Sehingga dapat disimpulkan bahwa hasil yang diperoleh dari

percobaan ini adalah metil ester (biodiesel).

4.11. Kesimpulan

Biodiesel dapat dibentuk melalui reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. Reaksi

esterifikasi dilakukan jika hasil %FFA > 2%, sedangkan reaksi transesterifikasi

dilakukan jika hasil %FFA < 2%.

DAFTAR PUSTAKA

1. Produksi Biodiesel dari Mikroalga Chlorela Sp dengan Metode Esterifikasi In-situ.

Universitas Diponegoro:Semarang. Diakses tanggal 15/12/2013.

2. Nurul Hikmah, Maharani. 2010. “P u E ( d ) D y

D d D D g P E f D T f ”. Universitas

Diponegoro:Semarang. Diakses tanggal 15/12/2013.

3. U u , d u . 2 . “Pembuatan Produk Biodiesel Dari Minyak Goreng Bekas

Dengan Cara Esterifikasi Dan Transesterifikasi”. UI Sy f d y ullah:jakarta.

Diakses tanggal 15/12/2013.

4. Z , Id . 2 6. “E f P D j d d ggu -

Zeolit dengan variabel suhu reaksi d p p g du ”. U v

Riau:Riau. Diakses tanggal 12/12/2013.