PENGARUH STIR WASHING, BUBBLE WASHING, DAN DRY WASHINGTERHADAP KADAR METIL ESTER DALAM BIODIESEL DARI BIJI

NYAMPLUNG (Calophyllum inophyllum)Dyah Ayu R. (2305100023), Ali Zibbeni (2305100104)

Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H. M. Rachimoellah, Dipl. EST.Laboratorium Biomassa dan Konversi Energi

ABSTRAKBiodiesel dari biji nyamplung dapat diperoleh melalui reaksi esterifikasi dan transesterifikasi.

Reaksi transesterifikasi menghasilkan crude biodiesel yang mengandung metil ester, gliserol danimpurities lain berupa sisa reaktan dan katalis. Proses selanjutnya adalah proses pencucian yangdilakukan untuk mendapatkan biodiesel dengan kandungan metil ester tinggi. Metode yang digunakanadalah metode pencucian dengan air (stir washing dan bubble washing dan metode pencucian tanpa air(dry washing) yang menggunakan adsorben untuk menyerap impurities dalam crude biodiesel. Tujuandari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh diterapkannya metode pencucian stir washing,bubble washing, dan dry washing terhadap kadar metil ester yang terkandung dalam biodiesel dariminyak biji nyamplung. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pencucian stirwashing, bubble washing, dan dry washing. Variabel penelitian untuk bubble washing adalah waktupencucian, yaitu 1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam, dan 5 jam. Sedangkan untuk dry washing adalah rasioberat adsorben magnesium silikat terhadap berat biodiesel yang dicuci, yaitu 0,5%; 0,6%; 0,7%; 0,8%;dan 0,9%. Dari hasil penelitian diketahui bahwa untuk metode bubble washing, kondisi optimumtercapai pada waktu pencucian selama 4 jam. Sedangkan untuk metode dry washing, kadar metil estertertinggi diperoleh pada rasio berat 0,9%. Dari keseluruhan penelitian, metode pencucian yangmenghasilkan kadar metil ester tertinggi adalah metode dry washing pada rasio berat 0,9%, yaitusebesar 89,93%.Kata kunci: Biodiesel, Biji Nyamplung, Metode Pencucian

PENDAHULUANBiodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dan tidak

mempunyai efek terhadap kesehatan, yang dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor.Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan emisi bila dibandingkandengan minyak solar. Biodiesel terbuat dari minyak nabati yang berasal dari sumber daya yang dapatdiperbaharui.

Dengan kekayaan flora yang mencapai 30 ribu spesies tanaman darat yang telah teridentifikasimenjadikan Indonesia sebagai sumber minyak nabati sebagai pengganti bahan bakar diesel. Tidakhanya jarak pagar saja yang bisa menghasilkan biodiesel tapi juga tanaman nyamplung (Calophylluminophyllum).

Nyamplung (Calophyllum inophyllum) di Indonesia tersebar mulai dari Sumatera Barat, Riau,Jambi, Sumatera Selatan, Lampung, Jawa, Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Sulawesi, Maluku,hingga Nusa Tenggara Timur dan Papua.

Kelebihan nyamplung sebagai bahan baku biodiesel adalah bijinya mempunyai rendemenyang tinggi, bisa mencapai 73%, tergolong tinggi dibandingkan jenis tanaman lain (jarak pagar 40-60% atau kelapa Sawit 46-54 %), sebagian parameter telah memenuhi standar kualitas biodieselIndonesia, minyak biji nyamplung memiliki daya bakar dua kali lebih lama dibandingkan minyaktanah dan dalam pemanfaatannya tidak berkompetisi dengan kepentingan pangan. Dengan berbagaipotensi keunggulannya, tanaman nyamplung merupakan tanaman yang memberikan multifungsi danmanfaat kepada manusia dan lingkungan.Salah satu bagian dari proses produksi biodiesel adalah pemurnian metil ester hasil reaksitransesterifikasi menjadi biodiesel. Pencucian adalah proses menghilangkan sisa methanol, sisa katalis,sabun dan gliserol yang tidak bisa dihilangkan pada proses pemisahan sebelumnya menggunakancorong pemisah. Saat ini, metode yang umum digunakan dalam pemurnian biodiesel adalah pencuciandengan menggunakan air. Metode ini memiliki beberapa kelemahan karena waktu dan biaya operasimasih cukup besar. Alternatif proses pemurnian biodiesel yang sedang dikembangkan adalahpencucian tanpa menggunakan air.

METODOLOGIPada penelitian ini, ada tiga tahapan proses yaitu tahap persiapan, proses reaksi utama, dan

pemurnian. Tahap persiapan dimulai dengan pemisahan biji nyamplung dari daging buahnya, laludikeringkan menggunakan sinar matahari untuk dihilangkan kandungan airnya. Kemudian dilakukanekstraksi menggunakan screw press untuk memperoleh rendemen minyak. Minyak biji nyamplungmelalui proses degumming untuk penghilangan gum dengan penambahan H3PO4 sebanyak 0,5% beratdisertai pemanasan pada suhu 50 oC dan pengadukan selama 30 menit. Minyak hasil degummingmasih mengandung kadar FFA > 2% sehingga harus melalui reaksi esterifikasi menggunakan katalisH2SO4 untuk menurunkan kadar FFA. Reaksi esterifikasi dilakukan selama 60 menit pada suhu 60ºC,menggunakan metanol (rasio molar terhadap minyak 6:1) dan katalis H2SO4 sebanyak 0,6% berat.

Reaksi utama, yaitu transesterifikasi dilakukan selama 60 menit pada suhu 60ºC,menggunakan metanol (rasio molar terhadap minyak 6:1) dan katalis NaOH sebanyak 0,8% berat.Biodiesel yang dihasilkan didiamkan dalam corong pemisah sehingga membentuk dua lapisan, dimanalapisan atas adalah crude biodiesel dan lapisan bawah adalah gliserol. Lapisan atas tersebut akandiproses lebih lanjut pada proses pemurnian menggunakan berbagai metode pencucian yang telahditetapkan sebagai variabel.

Biodiesel yang dihasilkan dimurnikan sesuai dengan variabel metode yang telah ditetapkan.Metode yang pertama adalah stir washing, menggunakan aquadest (± 50 oC) disertai pengadukan,selama 5 menit. Lalu, dilakukan pemisahan dengan corong pisah untuk memisahkan antara biodieselmurni dengan sisa air pencuci. Dalam corong pemisah akan terbentuk dua lapisan, dimana lapisan atasadalah biodiesel dan lapisan bawahnya adalah air. Namun lapisan atas masih mengandung air yangharus dihilangkan dengan pengeringan dalam oven pada suhu 110C.

Metode bubble washing, menggunakan aquadest (± 30 oC) yang dimasukkan ke dalam wadahyang telah berisi biodiesel. Kemudian dimasukkan bubble stone yang dihubungkan dengan pompaaerator sebagai penghasil gelembung. Pencucian dilakukan sesuai dengan variabel waktu yang telahditentukan. Lalu, dilakukan pemisahan dengan corong pisah untuk memisahkan antara biodiesel murnidengan sisa air pencuci. Dalam corong pemisah akan terbentuk dua lapisan, dimana lapisan atas adalahbiodiesel dan lapisan bawahnya adalah air. Namun lapisan atas masih mengandung air yang harusdihilangkan dengan pengeringan dalam oven pada suhu 110C.

Sedangkan, untuk metode dry washing, dilakukan menggunakan magnesium silikat denganrasio berat sesuai dengan variabel yang telah ditentukan. Pengadukan dilakukan selama15 menit padasuhu 55 oC. Kemudian, dipisahkan antara biodiesel dengan adsorben menggunakan filter vaccumpump.

Gambar 1. Seperangkat alat transesterifikasi

HASIL PENELITIANBerikut ini adalah data hasil analisa kadar metil ester dalam biodiesel dari minyak biji

nyamplung menggunakan Gas Chromatography (GC). Biodiesel sebelum di cuci memiliki kadar metil ester sebesar 80,84%. Biodiesel dicuci dengan metode Stir Washing memiliki kadar metil ester sebesar 85,47%. Biodiesel dicuci dengan metode Dry Washing :

Tabel 1. Kadar Metil Ester Biodiesel dari Biji Nyamplung dengan Proses Pencucian Dry Washing

Rasio Berat(%)

Kadar Metil Ester(%)

0,5 82,120,6 82,980,7 84,020,8 86,910,9 89,93

Biodiesel dicuci dengan metode Bubble Washing :Tabel 2. Kadar Metil Ester Biodiesel dari Biji Nyamplung dengan Proses Pencucian Bubble Washing

Waktu Pencucian(jam)

Kadar Metil Ester(%)

1 82,132 82,273 83,484 85,675 83,53

Tabel 3. Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji NyamplungParameter Satuan Hasil Analisa

Massa jenis pada 15 0C kg/m3 871,17Viskositas kinematik pada 40 0C mm2/s 4,9Titik nyala (flash point) 0C 140Heating value kCal/kg 9915,83

PEMBAHASANPada penelitian ini proses reaksi yang dilakukan dalam pembuatan biodiesel dari minyak biji

nyamplung adalah reaksi esterifikasi dan reaksi transesterifikasi. Penelitian dilakukan untukmengetahui pengaruh proses pencucian biodiesel dari minyak biji nyamplung dalam meningkatkankadar metil ester yang terbentuk.

Buah nyamplung di peroleh dari daerah Ranuyoso-Lumajang dalam keadaan kering. Buahnyamplung dipisahkan dari tempurungnya sehingga diperoleh biji nyamplung tanpa kulit. Bijinyamplung dikeringkan untuk menghilangkan kandungan air dengan cara di jemur di bawah sinarmatahri selama 1 minggu sehingga biji nyamplung yang awalnya berwarna kuning berubah menjadikecoklatan. Biji nyamplung melalui proses pengepresan mekanis menggunakan screw press sehinggadiperoleh minyak biji nyamplung dengan rendemen berkisar 45,04 %. Menurut Tim Penulis BRDST(2008), biji nyamplung memiliki rendemen berkisar antara 40 - 73 %, sehingga rendemen hasilpenelitian telah sesuai dengan literatur.

Minyak nyamplung yang diperoleh dari pengepresan mekanis terlebih dahulu melalui prosesdegumming untuk menghilangkan kandungan gum (getah) dalam minyak nyamplung. Prosesdegumming dilakukan dengan penambahan H3PO4 sebanyak 0,5% berat minyak. Proses ini disertaipengadukan dan pemanasan pada suhu 50ºC, karena menurut Ketaren S. (1986), pada suhu tersebutkekentalan minyak akan berkurang sehingga gum lebih mudah terpisah dari minyak. Pemisahan antaraminyak dengan gum dilakukan dalam corong pemisah dimana lapisan atas adalah minyak dan lapisanbawah adalah gum.

Kadar free fatty acid (FFA) dalam minyak nyamplung hasil degumming dianalisamenggunakan metode titrasi dengan NaOH menghasilkan angka kandungan FFA sebesar 5,1972%.Kadar FFA yang diperoleh tersebut telah sesuai dengan penelitian terdahulu oleh Sylvie Crane, et. al.(2005), yang menyebutkan bahwa minyak dari biji nyamplung (Calophyllum inophyllum) memilikikadar FFA sebesar 5,1%.

Minyak nyamplung memiliki kandungan FFA lebih dari 2% maka minyak harus melaluiproses esterifikasi dengan katalis asam untuk mengurangi kandungan FFA hingga kurang dari 2%.Menurut Dennis Leung et. al. (2009), reaksi transesterifikasi dengan katalis basa tidak dapat dilakukanjika minyak memiliki kandungan FFA yang tinggi, karena akan bereaksi dengan katalis membentuk

sabun. Reaksi tersebut tidak diinginkan karena sabun dapat menurunkan yield reaksi dan menggangguproses pemisahan metil ester dengan gliserol.

Proses esterifikasi dilakukan pada suhu 60 oC selama 1 jam dengan mencampurkan minyakbiji nyamplung dengan metanol sebagai reaktan dan H2SO4 sebagai katalis. Kemudian memasukkanminyak hasil esterifikasi ke dalam corong pemisah dan didiamkan sehingga terbentuk 2 lapisan,dimana lapisan atas adalah metanol, air, dan H2S04 dan lapisan bawah adalah pretreated oil( metil esterdan trigliserida). Selanjutnya lapisan bawah melalui proses transesterifikasi untuk mendapatkan metilester. Dari hasil analisa kadar FFA yang kedua, minyak hasil esterifikasi memiliki kandungan FFAsebesar 1,8%, sehingga minyak telah siap untuk diproses dengan reaksi transesterifikasi.

Proses transesterifikasi dilakukan selama 60 menit, di mana trigliserida direaksikan denganmetanol berlebih (rasio molar 1:6) dan menggunakan katalis sodium metoksida untuk mempercepatreaksi. Metanol dipilih karena lebih murah, lebih mudah direcovery, memiliki titik didih lebih rendahdibanding alkohol lainnya (64,7ºC) dan daya reaksinya lebih tinggi daripada alkohol lain yangrantainya lebih panjang. Pemberian metanol berlebih terhadap mol minyak (6:1) dilakukanberdasarkan penelitian terdahulu oleh Dennis Leung, et. al. (2009), karena reaksi transesterifikasiadalah reaksi bolak-balik, sehingga penambahan metanol dapat menggeser reaksi ke kanan untukmendapatkan konversi reaksi yang lebih besar.

Setelah reaksi transesterifikasi selesai diperoleh dua produk utama, yaitu metil ester(biodiesel) dan gliserol. Fase gliserol memiliki densitas lebih tinggi daripada fase biodiesel, sehinggagliserol mengendap menjadi lapisan bawah pada corong pemisah. Walaupun telah melalui prosespemisahan menggunakan corong pemisah, biodiesel yang dihasilkan masih belum murni karenaterkontaminasi oleh sisa katalis, sisa methanol dan trigliserida yang tidak bereaksi, sabun dan sisagliserol. Oleh karena itu crude biodiesel hasil transesterifikasi masih membutuhkan proses pencuciansebelum digunakan sebagai bahan bakar.

Proses pencucian bertujuan untuk menghilangkan kontaminan dalam biodiesel hasiltransesterifikasi. Proses pencucian dilakukan dengan dua metode, yaitu pencucian dengan air (waterwashing) dan pencucian tanpa air (dry washing). Pada water washing ada dua metode yang diterapkan,yaitu pencucian dengan pengadukan (stir washing) dan pencucian dengan gelembung udara (bubblewashing). Sedangkan untuk dry washing, adsorben magnesium silikat digunakan sebagai pengganti airuntuk mengikat kontaminan dalam biodiesel.Stir Washing

Proses pencucian dengan metode stir washing dilakukan dengan mencampurkan aquades padasuhu 50ºC sebanyak 50% dari volume biodiesel yang akan dicuci. Campuran aquades-biodieseltersebut diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer selama 5 menit. Aquades digunakan pada suhu50ºC bertujuan untuk mencegah pengendapan ester asam lemak jenuh dan untuk memperlambatpembentukan emulsi.

Mekanisme penghilangan kontaminan dalam biodiesel oleh air adalah sebagai berikut.Biodiesel hasil transesterifikasi mengandung kontaminan berupa sisa methanol, sisa katalis (sodiummetoksida), sabun dan gliserol. Sisa katalis, sabun dan gliserol berikatan dengan methanol. Methanoldan gliserol memiliki sifat sangat larut dalam aquades. Saat proses pencucian, methanol berikatandengan aquades karena keduanya merupakan senyawa polar, sehingga kontaminan dalam biodieseldapat terpisah dari biodiesel dan terikut dengan air.

Biodiesel hasil pencucian dengan metode stir washing memiliki kadar metil ester sebesar85,47%. Pada penelitian terdahulu oleh Kartika Yeni Lestari dan Riska Prawitasari pada tahun 2009,dengan metode pencucian dan kondisi operasi yang sama terhadap biodiesel dari minyak biji alpukat,diperoleh kadar metil ester sebesar 82,7119%. Kadar metil ester dari hasil penelitian kami memilikiangka yang lebih tinggi. Hal ini dapat disebabkan perbedaan bahan baku biodiesel, serta penangananbahan baku yang kurang tepat, karena pengotor yang ada di dalam minyak dapat menurunkan levelkonversi biodiesel.Bubble Washing

Metode pencucian bubble washing dilakukan dengan memasukkan aquades pada suhu 30ºCsebanyak 25% volume ke dalam wadah yang telah berisi biodiesel hasil transesterifikasi. Untukmenghindari terjadinya emulsi, aquades dituangkan sedikit demi sedikit dengan hati-hati dari bagiansamping wadah. Kemudian memasukkan bubble stone yang dihubungkan dengan pompa aerator yangberfungsi sebagai penghasil gelembung.

Pada dasarnya metode bubble washing juga menggunakan media pencuci berupa aquades,tetapi yang berperan sebagai pencuci hanya berupa film atau lapisan tipis aquades yang terikutbersama gelembung udara. Gelembung udara terbentuk dari bagian bawah wadah, yaitu pada faseaquades, sehingga gelembung udara membawa film aquades yang mengelilinginya. Gelembung udarayang membawa film aquades terus naik menuju fase biodiesel. Film aquades dapat berikatan denganmethanol yang juga membawa kotaminan yang lain. Saat gelembung udara mencapai permukaan,gelembung tersebut pecah, sedangkan aquades kembali turun menuju fase aquades di lapisan bawah,membawa serta kontaminan biodiesel.

Biodiesel hasil pencucian dengan metode bubble washing paling baik diperoleh pada waktupencucian selama 4 jam, yaitu memiliki kadar metil ester sebesar 85,67%. Pada penelitian terdahuluoleh Handika Yudistira pada tahun 2008, dengan metode pencucian dan kondisi operasi yang samaterhadap biodiesel dari minyak biji nyamplung, diperoleh biodiesel dengan kualitas terbaik padapencucian selama 4 jam. Sehingga hasil penelitian ini telah sesuai dengan hasil penelitian terdahulu.

Gambar 2. Pengaruh waktu pencucian terhadap kadar metil ester pada metode bubble washingBerdasarkan grafik diatas dapat dilihat waktu pencucian terbaik dalam pencucian biodiesel

dengan bubble washing adalah 4 jam dengan kadar metil ester sebesar 85,67 %. Pada range waktu 1jam hingga 4 jam, kadar metil ester mengalami peningkatan. Karena semakin lama waktu pencucian,semakin lama pula waktu kontak antara aquades dengan biodiesel, sehingga kontaminan yang dapatdiikat oleh aquades juga semakin banyak dan kemurnian biodiesel semakin tinggi. Sedangkan kadarmetil ester dari biodiesel dengan waktu pencucian selama 5 jam mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena ketika waktu pencucian melebihi 4 jam, aquades dan biodiesel sudah benar-benarbercampur sehingga film aquades yang dibawa oleh gelembung udara sudah jenuh dengankontaminan.Dry Washing

Pada metode dry washing, magnesium silikat menggantikan peran air dalam menyerapkontaminan dalam biodiesel. Magnesium silikat dapat menurunkan kadar gliserol dan sangat efektifuntuk menghilangkan sabun. Magnesium silikat (Mg3Si4O10(OH)2) mampu menyerap sisa methanol,sisa katalis, sabun dan gliserol dalam biodiesel.

Biodiesel hasil pencucian dengan metode dry washing paling baik diperoleh pada variabel%berat magnesium silikat sebanyak 0,9%, yaitu memiliki kadar metil ester sebesar 89,93%. Padapenelitian terdahulu oleh Kartika Yeni Lestari dan Riska Prawitasari pada tahun 2009, dengan metodepencucian dan kondisi operasi yang sama terhadap biodiesel dari minyak biji nyamplung, diperolehbiodiesel dengan kualitas terbaik dengan penambahan magnesium silikat sebanyak 84,5678%. Hasilpenelitian biodiesel dari biji nyamplung memiliki kemurnian yang lebih tinggi dibandingkan hasilpenelitian terdahulu. Hal ini dapat disebabkan perbedaan bahan baku biodiesel, serta penangananbahan baku yang kurang tepat, karena pengotor yang ada di dalam minyak dapat menurunkan levelkonversi biodiesel.

81

83

85

87

89

0 2 4 6Kad

ar M

etil

Est

er(%

)

Waktu Pencucian (jam)

Gambar 3. Pengaruh berat adsorben terhadap perolehan kadar metil ester dengan metode dry washingBerdasarkan grafik di atas dapat dilihat bahwa semakin besar % berat magnesium silikat yang

ditambahkan dalam proses dry washing, maka kadar metil ester juga semakin tinggi. Hal inidisebabkan semakin banyak magnesium silikat yang ditambahkan, semakin banyak pula kontaminandalam biodiesel yang dapat diserap, sehingga kadar metil ester yang diperoleh juga semakin tinggi.

Berdasarkan kedua grafik diatas diketahui bahwa proses yang terbaik dalam pencucianbiodiesel dari minyak biji nyamplung adalah metode pencucian dry washing. Kadar metil estertertinggi dihasilkan pada rasio berat magnesium silikat terhadap biodiesel sebesar 0,9 % berat, yaitu89,93 %. Hal ini disebabkan karena pada proses pencucian dry washing tidak melibatkan air. Air

dapat mempengaruhi kualitas biodiesel, di mana adanya air dalam biodiesel dapat bereaksi denganmetil ester mealui reaksi hidrolisis yang mengkonversi biodiesel kembali menjadi asam lemak danmethanol. Kandungan air dalam biodiesel juga dapat mendukung perkembangan mikroba di dalamtempat penyimpanan biodiesel.

KESIMPULANKesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut. Kadar metil esterdalam biodiesel dari minyak biji nyamplung yang dicuci dengan metode stir washing sebesar85,47%. Kadar metil ester terbesar dalam biodiesel dari minyak biji nyamplung yang dicucidengan metode bubble washing diperoleh pada waktu pencucian selama 4 jam, yaitu sebesar85,67%. Kadar metil ester terbesar dalam biodiesel dari minyak biji nyamplung yang dicucidengan metode dry washing diperoleh dengan rasio berat magnesium silikat sebesar 0,9 %berat biodiesel yaitu sebesar 89,93 %.

DAFTAR PUSTAKA1. Crane, Sylvie, et. Al. 2005. Composition of Fatty Acids Triacylglycerols and

Unsaponifiable Matter in Callophyllum callaba L. Oil from Guadeloupe. PhytochemistryVol. 66 : 1825 – 1831.

2. Dugan, Jonathan. 2004. A Dry Wash Approach to Biodiesel Purification.www.biodieselmagazine.com

3. Hambali, Erliza, dkk. 2007. Jarak Pagar : Tanaman Penghasil Biodiesel. PenebarSwadaya. Bogor.

4. Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. UI Press. Jakarta.5. Knothe, G., Gerpen, J. V., dan Krahl, J. 2005. The Biodiesel Handbook. AOCS Press.

Illinois.6. Leung, Dennis, Y.C., Wu, Xuan. Leung, M.K.H. 2009. A Review on Biodiesel Production

Using Catalyzed Transesterification. www.sciencedirect.com7. Perry, Robert, H. 1999. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, seventh edition. McGraw-

Hill Inc. New York.8. Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan (P3HH). 2007. Penelitian Pembuatan

Biodiesel dari Biji Nyamplung. www.dephut.go.id9. Srivastava, A. dan Prasad, R. 2000. Triglycerides-based Diesel Fuel. Renewable and

Sustainable Energy Reviews Vol. 4 : 111 – 133.

8183858789

0 0.5 1

Kad

ar M

etil

Est

er(%

)

% Berat Magnesium Silikat