pengaruh suhu dan waktu terhadap kualitasbiodiesel

KARAKTERISASI MUTU BIODIESEL DARI MINYAK

KELAPA SAWIT BERDASARKAN PERLAKUAN TINGKAT

SUHU YANG BERBEDA MENGGUNAKAN REAKTOR

SIRKULASI

ADE WAHYUNI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2010

ABSTRAK

ADE WAHYUNI. Karakterisasi Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit Berdasarkan

Perlakuan Tingkat Suhu yang Berbeda Menggunakan Reaktor Sirkulasi. Dibimbing oleh

HENDRA ADIJUWANA dan RIZAL ALAMSYAH.

Karakterisasi mutu biodiesel dari minyak kelapa sawit berdasarkan perlakuan

tingkat suhu yang berbeda menggunakan reaktor sirkulasi telah diteliti. Penelitian

dilakukan 2 tahap. Uji pendahuluan dilakukan untuk karakterisasi bahan baku sehingga

dapat diputuskan tahapan reaksi. Penelitian utama dilakukan dalam 3 kondisi suhu, yaitu

50, 60, dan 70 oC dengan waktu 1, 5, 10, 15, 20, 30, 60, dan 90 menit. Nisbah

stoikiometri metanol dan minyak 6:1 dan katalis KOH digunakan sebanyak 1% dari bobot

minyak. Pengolahan data menggunakan analisis rancangan acak lengkap petak terpisah

dan dilanjutkan dengan uji Duncan jika terdapat perbedaan yang signifikan. Pembuatan

biodiesel dilakukan dengan satu tahapan transesterifikasi karena kadar asam lemak

bebasnya rendah (0,32%). Hasil analisis menunjukkan bahwa peningkatan suhu dan

lamanya waktu reaksi meningkatkan mutu biodiesel, yaitu menurunkan bilangan asam,

viskositas, densitas, kadar gliserol total, dan terikat, serta meningkatkan kadar metil ester.

Bilangan asam pada suhu 50, 60, dan 70 oC berturut-turut adalah 0,44; 0,41; dan 0,40 mg

KOH/g, kadar gliserol total sebesar 0,33; 0,29; dan 0,26%, sedangkan gliserol terikat

bernilai 0,32; 0,27; dan 0,25%. Viskositas yang diperoleh sebesar 13,59; 12,34; dan 11,94

cSt, densitas bernilai sebesar 864,5; 864,8; dan 862,7 kg/m3, serta kadar metil ester adalah

99,05; 99,13; dan 99,23%. Berdasarkan hasil pengolahan data, kondisi optimum reaktor

sirkulasi adalah 15 menit untuk suhu 70 oC, 20 menit untuk suhu 60

oC, dan 30 menit

untuk suhu 50 oC.

ABSTRACT

ADE WAHYUNI. Characterization of Biodiesel Quality from Palm Oil Based on

Different Set of Temperature Level by Using Circulation Reactor. Supervised by

HENDRA ADIJUWANA and RIZAL ALAMSYAH.

The characterization of biodiesel quality from palm oil based on different set of

temperature level by using circulation reactor has been investigated. The research was

done in 2 phases. The first experiment was done to characterize raw material to decide the

following reaction step. The main research was done in 3 temperature conditions (50, 60,

and 70 oC) with interval of 1, 5, 10, 15, 20, 30, 60, and 90 minutes. Molar ratio of

methanol to oil at 6:1 and KOH catalyst was 1% of oil weights. Data processing used split

plot randomized complete design and continued by Duncan test as necessary. Biodiesel

preparation was done with one transesterification step, since free fatty acid contents of

palm oil was low (0,32%). The result indicated that the higher the temperature and

reaction time the higher the biodiesel quality, based on the lower the acid value, viscosity,

total and combined glycerol, and high on methyl esters content. The acid value on

temperature 50, 60, and 70 oC was 0,44; 0,41; and 0,40 mg KOH/g, the value of total

glycerol was 0,33; 0,29; and 0,26%, and combined glycerol was 0,32; 0,27; and 0,25%,

the viscosity was 13,59; 12,34; and 11,94 cSt, the density was 864,5; 864,8; and 862,7

kg/m3, and methyl esters content was 99,05; 99,13; and 99,23%, respectively. Based on

data analysis, the optimum condition of circulation reactor was 15 minutes for 70 oC, 20

minutes for 60 oC, and 30 minutes for 50

oC.

KARAKTERISASI MUTU BIODIESEL DARI MINYAK

KELAPA SAWIT BERDASARKAN PERLAKUAN TINGKAT

SUHU YANG BERBEDA MENGGUNAKAN REAKTOR

SIRKULASI

ADE WAHYUNI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2010

Judul Skripsi : Karakterisasi Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit

Berdasarkan Perlakuan Tingkat Suhu yang Berbeda Menggunakan

Reaktor Sirkulasi

Nama : Ade Wahyuni

NIM : G44076032

Disetujui

Ir. Hendra Adijuwana, MST Ir. Rizal Alamsyah, M.Sc

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS

Ketua Departemen Kimia

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya

sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang

dilaksanakan sejak bulan Maret sampai Agustus 2009 di Balai Besar Industri Agro

(BBIA) Bogor ini adalah biodiesel, dengan judul Karakterisasi Mutu Biodiesel dari

Minyak Kelapa Sawit Berdasarkan Perlakuan Tingkat Suhu yang Berbeda Menggunakan

Reaktor Sirkulasi.

Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian S3 yang dilakukan oleh Bapak Ir.

Rizal Alamsyah, MSc pada jurusan Keteknikan Pertanian (TEP) Institut Pertanian Bogor.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Ir. Hendra Adijuwana, MST dan Bapak Ir.

Rizal Alamsyah, M.Sc (BBIA Bogor) selaku pembimbing, serta Bapak Agus Ginanjar

(BBIA Bogor) yang telah banyak memberikan bantuan. Terima kasih juga kepada Bapak

Budi Arifin, S.Si, Bapak Drs. Ahmad Sjahriza, Bapak Drs. Muhamad Farid, dan Pajri

Syamsi Nasution, A.Md yang meluangkan waktu untuk berdiskusi, serta Attika atas kerja

samanya dalam penelitian ini.

Semoga tulisan ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.

Bogor, Desember 2009

Ade Wahyuni

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Solok pada tanggal 26 Juni 1986 dari ayah Drs. Ermen Jamal

dan ibu Dra. Asmar. Penulis merupakan putri pertama dari empat bersaudara.

Tahun 2001 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Solok dan pada tahun yang sama

lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk

IPB pada program diploma III. Penulis memilih Program Studi Analisis Kimia,

Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Kegiatan praktik

kerja lapangan penulis berjudul Studi Korelasi Pengaruh Kadar Air Tepung dan Proses

Produksi terhadap Kadar Air Mi Instan yang dilakukan pada tahun 2007 di PT Jakarana

Tama dan penulis lulus di tahun yang sama. Pada tahun tersebut penulis juga diterima di

Program Sarjana Kimia Penyelenggaraan Khusus, Departemen Kimia, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB.

Tahun 2008 penulis diterima sebagai staf pengajar di Bimbingan Belajar Focus dan

terus berlanjut sampai sekarang. Selain itu, penulis juga menjadi guru freelance di

Bimbingan Belajar Ultima Science terhitung bulan Desember 2009.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ............................................................................................................. vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ vi

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................................... vi

PENDAHULUAN ............................................................................................................. 1

TINJAUAN PUSTAKA

Bahan Baku Biodiesel ................................................................................................... 1

Pembuatan Biodiesel .................................................................................................... 2

Reaktor Sirkulasi .......................................................................................................... 3

Standar Mutu Biodiesel ................................................................................................. 3

Parameter Utama Mutu Biodiesel ................................................................................. 4

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat .............................................................................................................. 5

Metode Penelitian .......................................................................................................... 5

Pengolahan Data ........................................................................................................... 6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Minyak Kelapa Sawit............................................................................... 6

Karakteristik Biodiesel .................................................................................................. 7

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan ...................................................................................................................... 13

Saran ............................................................................................................................ 13

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 13

LAMPIRAN ..................................................................................................................... 15

DAFTAR TABEL Halaman

1 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit ............................................................ 2

2 Standar mutu biodiesel di Indonesia .......................................................................... 4

3 Matriks rancangan percobaan .................................................................................... 6

4 Karakteristik minyak kelapa sawit ............................................................................. 6

5 Bilangan asam biodiesel (mg KOH/g) ....................................................................... 8

6 Kadar gliserol bebas biodiesel (%) ............................................................................ 8

7 Kadar gliserol terikat biodiesel (%) ........................................................................... 9

8 Kadar gliserol total biodiesel (%) .............................................................................. 10

9 Kadar metil ester biodiesel (%).................................................................................. 11

10 Kadar air biodiesel (%) .............................................................................................. 11

11 Densitas biodiesel (40 oC) (kg/m

3)............................................................................. 12

12 Viskositas biodiesel (40 oC) (cSt) .............................................................................. 13

DAFTAR GAMBAR Halaman

1 Struktur umum trigliserida (a) dan monoalkil ester (b) ............................................. 1

2 Reaksi pembentukan metil ester ................................................................................ 2

3 Reaksi transesterifikasi bertahap................................................................................ 2

4 Bagan reaktor sirkulasi biodiesel ............................................................................... 3

5 Perbandingan antara minyak kelapa sawit (A), biodiesel (B), dan metil ester (C) .... 7

6 Hubungan antara waktu (menit) dan bilangan asam (mg KOH/g) ............................ 7

7 Hubungan antara waktu (menit) dan kadar gliserol bebas (%) .................................. 8

8 Hubungan antara waktu (menit) dan kadar gliserol terikat (%) ................................. 9

9 Hubungan antara waktu (menit) dan kadar gliserol total (%) .................................... 9

10 Hubungan antara waktu (menit) dan kadar metil ester (%) ....................................... 10

11 Hubungan antara waktu (menit) dan kadar air (%) .................................................... 11

12 Hubungan antara waktu (menit) dan densitas (kg/m3) ............................................... 12

13 Hubungan antara waktu (menit) dan viskositas (cSt) ................................................ 12

DAFTAR LAMPIRAN Halaman

1 Metode analisis contoh minyak kelapa sawit dan biodiesel ...................................... 15

2 Perhitungan jumlah reaktan pada transesterifikasi..................................................... 19

3 Diagram proses transesterifikasi ................................................................................ 20

4 Diagram alir pengolahan data .................................................................................... 21

5 Hasil pengolahan data bilangan asam biodiesel ......................................................... 22

6 Hasil pengolahan data kadar gliserol bebas biodiesel ................................................ 23

7 Hasil pengolahan data kadar gliserol terikat biodiesel............................................... 24

8 Hasil pengolahan data kadar gliserol total biodiesel .................................................. 25

9 Hasil pengolahan data kadar metil ester biodiesel ..................................................... 26

10 Hasil pengolahan data kadar air biodiesel ................................................................. 27

11 Hasil pengolahan data densitas biodiesel ................................................................... 28

12 Hasil pengolahan data viskositas biodiesel ................................................................ 29

PENDAHULUAN

Departemen Energi Amerika Serikat

dalam International Energy Outlook 2005

memperkirakan konsumsi energi dunia akan

meningkat sebanyak 57% dari tahun 2002

hingga 2025. Di lain pihak, persediaan

minyak dunia diperkirakan akan habis dalam

waktu 36,5 tahun terhitung sejak tahun 2002

(Walisiewicz 2005). Indonesia juga

dihadapkan pada masalah yang sama, yaitu

cadangan minyak mentah diperkirakan hanya

cukup untuk memenuhi konsumsi selama 18

tahun mendatang (Prihandana & Hendroko

2008). Bersamaan dengan itu juga muncul

permasalahan lain, yaitu meningkatnya

pencemaran udara yang disebabkan oleh emisi

gas hasil pembakaran produk minyak bumi,

pemanasan global, hujan asam, dan lain-lain.

Oleh karena itu, penggunaan sektor energi

yang berbasis bahan bakar fosil harus

dikurangi dengan cara mengoptimumkan

penggunaan sumber energi terbarukan dan

mengurangi subsidi bahan bakar minyak.

Biodiesel dapat digunakan sebagai salah

satu sumber energi alternatif terbarukan

karena tidak menghasilkan emisi sulfur,

mudah terurai secara biologi, dan memiliki

efisiensi pembakaran yang lebih baik

dibanding solar (Hambali et al. 2008). Bahan

baku biodiesel yang berpotensi besar di

Indonesia untuk saat ini adalah minyak

mentah kelapa sawit (CPO). Luas area dan

produksi CPO pada pada tahun 2004 masing-

masing sebesar 5,5 juta hektar dan 12 juta ton

sehingga Indonesia menjadi produsen dan

eksportir CPO terbesar kedua di dunia setelah

Malaysia (Prihandana & Hendroko 2008).

Proses pembuatan biodiesel secara

katalitik dalam skala laboratorium dan reaktor

dirasa kurang optimum karena waktu produksi

biodiesel relatif cukup lama. Hal ini

mengakibatkan jumlah produksi biodiesel

yang dihasilkan per satuan waktu belum

optimum. Oleh karena itu, dibutuhkan metode

baru dalam produksi biodiesel, sehingga dapat

menghasilkan produk alkil ester dalam waktu

lebih cepat dan memenuhi standar yang telah

ditetapkan.

Pencampuran reaktan secara mekanik

diharapkan tidak hanya berasal dari

pengadukan campuran, tapi proses lain yang

ikut meningkatkan terjadinya tumbukan.

Reaktor sirkulasi digunakan pada penelitian

ini. Penggunaanya diharapkan dapat

menghasilkan biodiesel dalam waktu yang

lebih cepat karena pencampuran tidak hanya

mengandalkan pemutaran aliran. Sebuah static

mixer dirancang khusus pada pembuatan

reaktor untuk memperbesar tumbukan

partikel-partikel reaktan secara mekanik.

Kinerja reaktor sirkulasi pada mutu biodiesel

yang dihasilkan dilihat dari ragam suhu,

mengacu pada parameter-parameter mutu

biodiesel yang tertera dalam SNI 04-7182-

2006.

Pada penelitian ini pengaruh perubahan

suhu pembuatan biodiesel pada mutu biodiesel

dari minyak kelapa sawit, meliputi kadar metil

ester, kadar gliserol, viskositas, kadar air,

bilangan asam, dan densitas menggunakan

reaktor sirkulasi diteliti, sehingga dapat

diketahui kondisi optimum alat.

TINJAUAN PUSTAKA

Bahan Baku Biodiesel The American Society for Testing and

Materials (ASTM) (1998) mendefinisikan

biodiesel sebagai monoalkil ester yang terdiri

atas asam lemak rantai panjang dari lemak

terbarukan, seperti minyak nabati atau lemak

hewani. Bahan baku pembuatan biodiesel

yang paling umum adalah minyak nabati.

Biodiesel dan minyak nabati tergolong ke

dalam kelas besar senyawaan organik yang

sama, yaitu kelas ester asam-asam lemak.

Akan tetapi, minyak nabati adalah triester

asam-asam lemak dengan gliserol atau disebut

trigliserida, sedangkan biodiesel adalah

monoalkil ester asam-asam lemak dengan

metanol (Zandy et al. 2007). Struktur umum

kedua senyawa ini dapat dilihat pada Gambar

1.

HC

CH2

CH2 O C

O

R1

O C

O

R2

O C

O

R3

CH3 O C

O

R

ba

Gambar 1 Struktur umum trigliserida (a) dan

monoalkil ester (b).

Semua minyak nabati dapat digunakan

sebagai pengganti bahan bakar fosil namun

dengan proses pengolahan tertentu. Minyak

tersebut di antaranya adalah minyak kelapa

sawit, kelapa, jarak pagar, kapas, dan zaitun

(Hambali et al. 2008). Minyak kelapa sawit

dengan jumlah produksi yang sangat besar di

Indonesia berpotensi untuk digunakan sebagai

pengganti bahan bakar diesel.

Badan Standardisasi Nasional (BSN)

(1995) mendefinisikan minyak kelapa sawit

sebagai minyak berwarna kuning jingga

kemerah-merahan yang diperoleh dari proses

pengempaan daging buah tanaman Elaeis

guineensis Jacg. Terdapat 2 jenis minyak

kelapa sawit, yaitu crude palm oil (CPO) yang

didapat dari daging buah kelapa sawit dan

crude palm kernel oil yang didapat dari inti

biji (Hambali et al. 2008). Refined bleached

deodorized palm oil (RBDPO), yaitu fraksi

minyak sawit turunan CPO yang telah

dimurnikan sehingga kandungan asam lemak

bebasnya lebih rendah (Zandy et al. 2007).

Kandungan asam lemak dalam minyak

kelapa sawit sangat beragam, baik panjang

maupun struktur rantai karbonnya. Panjang

rantai karbon dalam minyak kelapa sawit

C12–C20. Komposisi asam lemak minyak

kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Komposisis asam lemak minyak

kelapa sawit

Asam Lemak Jumlah (%)

Asam laurat 0,1–1,0

Asam miristat 0,9–1,5

Asam palmitat 41,8–46,8

Asam palmitoleat 0,1–0,3

Asam stearat 4,2–5,1

Asam oleat 37,3–40,8

Asam linoleat 9,0 –11,0 Sumber: Hui (1996)

Komponen nontrigliserida dalam minyak

kelapa sawit terdapat dalam jumlah kecil,

yaitu sekitar 1%, seperti sterol, karotenoid,

tokoferol, tokotrienol, fosfatida, dan alkohol

alifatik. Karoten, tokoferol, dan tokotrienol

merupakan agen antioksidan alami yang

menjaga minyak dari kerusakan akibat

oksidasi (Hambali et al. 2008).

Keunggulan minyak kelapa sawit sebagai

bahan baku biodiesel adalah kandungan asam

lemak jenuhnya yang tinggi sehingga mampu

menghasilkan angka setana yang tinggi

(Hambali et al. 2008). Bahan bakar dapat

menyala pada suhu yang relatif rendah dengan

semakin tingginya angka setana (Prihandana

et al. 2006).

Pembuatan Biodiesel Produksi biodiesel dapat dilakukan melalui

transesterifikasi minyak nabati dengan

metanol atau esterifikasi langsung asam lemak

hasil hidrolisis minyak nabati dengan metanol.

Esterifikasi dilakukan dengan mereaksikan

minyak dengan alkohol. Katalis-katalis yang

cocok adalah zat berkarakter asam kuat,

seperti asam sulfat, asam sulfonat, atau resin

penukar kation asam kuat (Soerawidjaja

2006).

Esterifikasi biasa dilakukan untuk

membuat biodiesel dari minyak berkadar asam

lemak bebas tinggi. Pada tahap ini, asam

lemak bebas akan diubah menjadi metil ester.

Tahap transesterifikasi dilakukan setelah

esterifikasi. Transesterifikasi adalah reaksi

yang mengubah suatu ester menjadi ester baru

melalui penukaran posisi asam lemak (Swern

1982).

Metanol adalah jenis alkohol yang paling

umum digunakan karena harganya murah,

mudah digunakan, dan jumlah yang

dibutuhkan lebih sedikit daripada etanol

(Susilo 2006). Oleh karena itu, biodiesel

praktis identik dengan metil ester asam lemak

di sebagian besar negara di dunia. Reaksi

transesterifikasi trigliserida menjadi metil

ester asam lemak dapat dilihat pada Gambar

2.

CH

CH2

CH2 O C

O

R1

O C

O

R2

O C

O

R3

+ 3 H3COH HC OH

CH2 OH

CH2 OH

+CH3 O C

O

R2

CH3 O C

O

R3

CH3 O C

O

R1

katalis

Gambar 2 Reaksi pembentukan metil ester.

Reaksi antara metanol dan trigliserida

menghasilkan metil ester melalui

pembentukan berturut-turut di- dan

monogliserida (Mao et al. 2004). Tahapan

reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada

Gambar 3.

CH3 O C

O

R2

CH3 O C

O

R3

CH3 O C

O

R11. Trigliserida + H3COH Digliserida +

2. Digliserida + H3COH Monogliserida +

3. Monogliserida + H3COH Gliserol +

katalis

katalis

katalis

Gambar 3 Reaksi transesterifikasi bertahap.

Agar reaksi bisa berlangsung sempurna,

metanol harus ditambahkan dalam jumlah

yang sangat berlebih serta air dan gliserol

sebagai produk samping harus disingkirkan.

Selain itu, reaksi dilakukan pada suhu yang

relatif rendah. Transesterifikasi trigliserida

menjadi metil ester asam lemak bertujuan

memodifikasi minyak nabati menjadi produk

dengan kentalan mirip solar, angka setana

lebih tinggi, dan relatif lebih stabil terhadap

perengkahan (Zandy et al. 2007).

Reaksi transesterifikasi dipengaruhi oleh

faktor internal dan eksternal. Faktor internal

adalah kondisi yang berasal dari minyak,

seperti kandungan air, asam lemak bebas, dan

zat terlarut/tak terlarut. Faktor eksternal

adalah kondisi yang bukan berasal dari

minyak dan dapat memengaruhi reaksi.

Contohnya ialah waktu reaksi, kecepatan

pengadukan, suhu, nisbah stoikiometri

metanol–minyak, serta jenis dan konsentrasi

katalis.

Pengaruh suhu pada transesterifikasi

diamati berdasarkan selang waktu tertentu

pada penelitian ini. Semakin tinggi suhu yang

digunakan, konversi gliserida menjadi metil

ester yang diperoleh akan semakin tinggi

dalam waktu yang lebih singkat (Zandy et al.

2007). Reaksi transesterifikasi juga dapat

berlangsung sempurna pada suhu kamar

dengan waktu reaksi yang cukup lama.

Umumnya suhu reaksi yang terjadi mengikuti

titik didih metanol (60–70 oC) pada tekanan

atmosfer. Hasil reaksi yang maksimum

didapatkan pada kisaran suhu reaksi 60–80 oC

dengan nisbah mol alkohol–minyak 6:1 pada

bahan baku CPO (Srivastava 1999).

Katalis dalam reaksi transesterifikasi

diperlukan untuk menurunkan energi aktivasi

sehingga mempercepat reaksi. Produksi

biodiesel dapat berkataliskan asam, basa, atau

enzim. Katalis asam yang biasa digunakan

adalah asam sulfonat dan asam sulfat

sedangkan katalis basa dapat menggunakan

NaOH, KOH, dan NaOCH3. Sementara enzim

yang lazim digunakan adalah lipase atau

enzim pemecah lemak. Reaksi

transesterifikasi dengan katalis basa lebih

cepat 4000 kali dibandingkan katalis asam.

Selain itu katalis alkali tidak sekorosif katalis

asam (Srivastava 1999). Oleh karena itu,

penelitian ini menggunakan katalis basa, yaitu

KOH yang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk

kalium setelah produk yang diinginkan

(biodiesel) diperoleh.

Reaktor Sirkulasi Reaktor sirkulasi yang dirancang dalam

pembuatan biodiesel diharapkan dapat

menghasilkan rendemen yang tinggi dalam

waktu singkat. Alamsyah et al. (2008)

merancang reaktor biodiesel yang digunakan

pada penelitian dengan kapasitas 20 liter pada

tangki utama. Mekanisme pencampuran

terjadi tanpa proses pengadukan, hanya

pengaruh aliran dari atas ke bagian bawah dan

pengaruh panas.

Pencampuran secara mekanik diharapkan

terjadi pada saluran dengan static mixer. Hal

ini berbeda dengan reaktor pada umumnya

yang dilengkapi sebuah pengaduk di dalam

tangki. Ketika digunakan, mixer dalam

keadaan diam dan pencampuran terjadi dari

proses aliran yang melewati mixer. Pemanas

dipasang dalam reaktor untuk mempercepat

pencampuran reaktan. Kondensor digunakan

sebagai pendingin dan penukar panas untuk

mengubah uap metanol menjadi cair kembali

jika dilakukan pada suhu tinggi (Ismail 2008).

Di samping itu, alat ini dilengkapi sebuah

pompa yang dapat mendorong campuran

reaktan melewati suatu sirkulasi dari bawah

ke atas secara terus-menerus. Hasil

transesterifikasi ditampung dalam sebuah

tangki pencucian untuk proses purifikasi.

Bagan reaktor sirkulasi dapat dilihat pada

Gambar 4.

Gambar 4 Bagan reaktor sirkulasi biodiesel.

Keterangan: 1. kran sampel

2. tempat memasukkan reaktan

3. pipa sirkulasi

4. static mixer

5. motor listrik (pompa)

6. kondensor

7. sprayer distributor

8. reaktor (tangki utama)

9. pemanas

10. outlet produk

11. kaca duga tangki utama

12. tangki pencucian

13. kaca duga tangki pencucian

14. kran hasil pencucian

Standar Mutu Biodiesel Produksi biodiesel hanya akan berguna

apabila produk yang dihasilkan sesuai dengan

spesifikasi (syarat mutu) yang telah ditetapkan

dan berlaku di daerah pemasaran biodiesel

tersebut. Standar mutu biodiesel di Indonesia

sudah dibakukan dalam SNI-04-7182-2006

yang dapat dilihat pada Tabel 2.

Parameter yang dianalisis dan ikut

menentukan mutu biodiesel adalah kadar

gliserol total, kadar gliserol bebas, bilangan

asam, dan kadar air. Terpenuhinya semua

persyaratan SNI-04-7182-2006 oleh suatu

biodiesel menunjukkan bahwa biodiesel

tersebut tidak hanya telah dibuat dari bahan

mentah yang baik, melainkan juga dengan

tatacara pemrosesan serta pengolahan yang

baik pula.

Tabel 2 Standar mutu biodiesel di Indonesia

Parameter Satuan Nilai

Densitas (40 °C) kg/m3

850 – 890

Viskositas

kinematik (40°C)

cSt

(mm2/s)

2,30 – 6,00

Angka setana min. 51

Titik nyala

(mangkok

tertutup)

°C min. 100

Titik kabut °C maks. 18

Korosi lempeng

tembaga (3 jam,

50 °C)

maks. no 3

Residu karbon

- dalam contoh

asli

- dalam 10 %

ampas distilasi

% bobot

maks 0,05

maks. 0,3

Air dan sedimen % vol. maks. 0,05*

Suhu distilasi 90% °C maks. 360

Abu tersulfatkan % bobot maks.0,02

Belerang ppm maks. 100

Fosfor ppm maks. 10

Bilangan asam mg KOH/g maks.0,80

Gliserol bebas % bobot maks. 0,02

Gliserol total % bobot maks. 0,24

Kadar alkil ester % bobot min. 96,50

Angka iodium % bobot maks. 115

Uji Halphen negatif

* dapat diuji terpisah dengan ketentuan kandungan

sedimen maksimum 0,01% vol.

Sumber: BSN (2006)

Parameter Utama Mutu Biodiesel Parameter mutu biodiesel yang dianalisis

adalah kadar metil ester, bilangan asam, kadar

gliserol, viskositas, densitas, dan kadar air.

Uji-uji ini dilakukan dengan metode kerja

yang telah ditetapkan dalam SNI 04-7182-

2006, yaitu mengacu pada ASTM dan

American Oil Chemists’ Society (AOCS)

Official Method. Uji pendahuluan pada

minyak kelapa sawit mengacu pada SNI 01-

2901-1995, yang meliputi kadar asam lemak

bebas, angka penyabunan, kadar air, densitas,

dan viskositas.

Bilangan Asam. Asam lemak bebas dan

asam mineral bereaksi dengan KOH

membentuk sabun dan garam. Jadi, banyaknya

mg KOH yang dibutuhkan untuk menetralkan

asam-asam bebas dalam 1 g contoh ditentukan

(AOCS 1993). Bilangan asam yang tinggi

dapat meningkatkan korosi mesin. Prihandana

et al. (2006) menjelaskan bahwa biodiesel

yang memiliki asam lemak bebas bersifat

korosif dan dapat menimbulkan jelaga atau

kerak di injektor mesin diesel.

Kadar Gliserol. Senyawa gliserida dalam

fatty acid metil ester disebabkan oleh konversi

minyak nabati yang kurang sempurna selama

proses transesterifikasi atau reaksi balik antara

gliserol dan metil ester. Dalam AOCS (1993)

disebutkan bahwa kadar gliserol total

ditentukan setelah saponifikasi contoh.

Gliserol bebas merupakan gliserol yang

terdapat di dalam sampel, sedangkan gliserol

terikat adalah selisih dari keduanya. Gliserol

terikat terdapat dalam bentuk mono, di, dan

trigliserida di dalam sampel. Prihandana et al.

(2006) menjelaskan bahwa keberadaan

gliserol sebagai produk samping pembuatan

biodiesel dan sisa senyawa gliserida (mono-,

di-, dan tri-) dapat membahayakan mesin

diesel. Jika gliserol terlalu tinggi dalam

biodiesel dapat menyebabkan penyumbatan

tangki penyimpanan bahan bakar dan mesin.

Kadar Metil Ester. Persentase jumlah

metil ester yang terbentuk dalam proses

pembuatan biodiesel dapat ditentukan dengan

perhitungan setelah diketahui bilangan

penyabunan, bilangan asam, dan kadar

gliserol total biodiesel (BSN 2006). Bilangan

penyabunan adalah mg KOH yang dibutuhkan

untuk menyabunkan 1 g contoh (AOCS 1993).

Nilai ini menunjukkan proporsi asam lemak

yang terikat dengan gliserol, metil ester, atau

asam lemak bebas. Nilai bilangan penyabunan

bergantung pada panjang atau pendeknya

rantai karbon asam lemak atau dapat

dikatakan bergantung pada bobot molekul

(Poedjiadi 1994).

Kadar Air. Penentuan kadar air dilakukan

dengan mengeringkan bahan dalam oven pada

suhu 105–110 oC sampai didapat bobot yang

konstan. Selisih bobot contoh sebelum dan

sesudah pengeringan adalah banyaknya air

yang diuapkan (Winarno 1997). Pengeringan

biasanya dilakukan di dalam oven. Ketaren

(1986) menjelaskan bahwa keberadaan air

dalam minyak dapat menyebabkan hidrolisis

trigliserida menjadi asam lemak bebas.

Demikan juga pada biodiesel, keberadaan air

mengakibatkan metil ester yang terbentuk

akan terhidrolisis menghasilkan asam lemak

dan gliserol. Densitas. Perbandingan antara bobot dan

volume, yaitu sifat yang tidak bergantung

pada banyaknya bahan. Prihandana et al.

(2006) menerangkan bahwa nilai ini juga

berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang

dihasilkan oleh mesin diesel per satuan

volume bahan bakar serta berkaitan dengan

viskositas. Penurunan nilai densitas akan

menyebabkan nilai viskositas semakin kecil.

Viskositas. Tahanan yang dimiliki fluida

yang dialirkan dalam pipa kapiler pada gaya

gravitasi atau daya alir dinyatakan dengan

viskositas. Kecepatan mengalir juga

tergantung pada bobot jenis maka pengukuran

demikian dinyatakan sebagai viskositas

kinematik. Parameter ini berkaitan dengan

kandungan senyawa gliserida yang

menentukan apakah bahan bakar biodiesel

dapat diaplikasikan dalam bilik pembakaran

mesin diesel atau tidak. Viskositas yang tinggi

menyebabkan bahan bakar teratomisasi

menjadi tetesan yang besar dan momentum

yang tinggi serta memiliki kecenderungan

bertumbukan dengan dinding silinder yang

relatif lebih dingin. Akibatnya pompa

penginjeksi bahan bakar tidak bisa melakukan

pengkabutan yang baik jika disemprot ke

kamar pembakaran (Prihandana et al. 2006).

Kadar Asam Lemak Bebas. Parameter

ini ditentukan pada uji pendahuluan minyak

kelapa sawit (bahan awal) untuk menentukan

tahapan proses pembuatan biodiesel. Asam

lemak bebas merupakan banyaknya asam

lemak yang terdapat dalam 100 g minyak.

Penentuan kadar asam lemak bebas ini

penting karena pada proses transesterifikasi

dapat terjadi reaksi pengikatan asam lemak

bebas dengan basa sebagai katalis membentuk

sabun. Hal tersebut menyebabkan

berkurangnya rendemen metil ester yang

dihasilkan. Asam lemak bebas dihitung

sebagai asam palmitat karena merupakan

golongan asam lemak terbanyak dalam kelapa

minyak sawit.

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat Bahan utama dalam pembuatan biodiesel

adalah minyak kelapa sawit. Peralatan yang

digunakan adalah reaktor sirkulasi, alat kaca,

penangas air, neraca analitik, dan viskometer

Ostwald.

Metode Penelitian Uji Pendahuluan. Karakterisasi minyak

sawit dilakukan meliputi viskositas, bilangan

penyabunan, kadar asam lemak bebas,

densitas, dan kadar air. Metode analisis

selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1.

Penelitian Utama. Pembuatan biodiesel

dilakukan dengan proses transesterifikasi dari

minyak sawit dengan metanol menggunakan

reaktor sirkulasi. Jumlah minyak kelapa sawit

dan metanol yang digunakan adalah pada

nisbah molar 1:6, karena pada perbandingan

ini dapat memberikan konversi yang

maksimum setelah 1 jam (Zandy et al. 2007).

Jumlah KOH yang digunakan sebanyak 1%

dari jumlah minyak kelapa sawit (Yubaidah

2007). Perhitungan jumlah masing-masing

reaktan yang digunakan dapat dilihat pada

Lampiran 2. Tahap pertama dalam pembuatan

biodiesel adalah pemanasan minyak kelapa

sawit dalam reaktor pada suhu yang

ditentukan dan pencampuran metanol dengan

KOH. Ketika suhu yang diinginkan tercapai,

campuran KOH-metanol dimasukkan ke

dalam alat, kemudian pengadukan dimulai dan

pompa dinyalakan sehingga campuran

melewati reaktor sirkulasi. Pengambilan

alikuot dilakukan pada selang waktu menit ke-

1, 5, 10, 15, 20, 30, 60, dan 90.

Pembuatan biodiesel dilakukan pada 3

kondisi suhu, yaitu 50, 60, dan 70 oC. Setelah

menit ke-90, campuran produk dialirkan ke

dalam sebuah tangki pemisahan (settling

tank). Produk yang terbentuk didiamkan

selama 24 jam sehingga membentuk lapisan

gliserol di bagian bawah dan lapisan metil

ester di bagian atas. Gliserol yang terbentuk

dipisahkan dan metil ester di bagian atas

dicuci dengan air hangat bersuhu 80 °C. Air

dan sisa gliserol di bagian bawah kemudian

dibuang. Pencucian diulang 5–6 kali hingga

air buangan jernih. Metil ester dipanaskan

pada suhu 110 °C selama 30 menit atau

sampai tidak terdapat gelembung. Sampel

tersebut kemudian disaring dengan

menggunakan kertas saring. Diagram proses

transesterifikasi secara lengkap dapat dilihat

pada Lampiran 3.

Karakterisasi mutu utama biodiesel yang

dihasilkan meliputi analisis kadar gliserol

total, bebas, dan terikat (AOCS 1993), kadar

metil ester (BSN 2006), bilangan asam

(AOCS 1993), kadar air (BSN 1998), densitas

metode piknometer (Ketaren 1986), serta

metode ostwald (ASTM 1998).

Pengolahan Data Data yang diperoleh pada penelitian ini

diolah menggunakan rancangan acak lengkap

petak terpisah (split plot design), merupakan

bentuk khusus dari rancangan faktorial dengan

kombinasi perlakuan tidak diacak sempurna

pada unit-unit percobaan. Rancangan ini

terdiri dari petak utama dan anak petak, pada

petak utama diterapkan taraf-taraf dari 1 atau

lebih faktor, dibagi menjadi anak petak, yaitu

tempat dikenakannya taraf-taraf dari faktor

lainnya. Faktor yang lebih penting atau

membutuhkan ketepatan yang lebih tinggi

diberikan kepada anak petak (Mattjik &

Sumertajaya 2002). Pada penelitian ini ragam

suhu yang digunakan dalam pembuatan

biodiesel dijadikan sebagai anak petak karena

penelitian difokuskan pada pengaruh suhu,

sedangkan waktu reaksi dijadikan sebagai

sebagai petak utama.

Model linear dari rancangan ini adalah

dengan Yijk adalah nilai pengamatan pada suhu

ke-i, waktu taraf ke-j, dan ulangan ke-k.

merupakan komponen aditif dari rataan, αi

adalah pengaruh utama suhu, dan βj adalah

pengaruh utama waktu. (αβ)ij merupakan

komponen interaksi dari suhu dan waktu,

sedangkan δik adalah komponen acak dari

suhu yang menyebar normal, dan εijk adalah

pengaruh acak dari waktu yang juga menyebar

normal (0, σ2) (Mattjik & Sumertajaya 2002).

Suhu pada anak petak memiliki 3 ragam,

yaitu 50, 60, dan 70 oC. Ragam waktu pada

petak utama adalah menit ke-1, 5, 10, 15, 20,

30, 60, dan 90. Ulangan untuk setiap

parameter pengamatan disesuaikan dengan

prosedur analisis. Pengaruh suhu, waktu, serta

interaksi suhu dan waktu pada tiap parameter

mutu biodiesel dianalisis.

Jika pada hasil pengolahan data terdapat

pengaruh yang signifikan dari parameter yang

diamati, maka analisis dilanjutkan dengan uji

Duncan (Duncan multiple range test). Uji ini

memberikan segugus nilai pembanding yang

nilainya meningkat sejalan dengan jarak

peringkat 2 buah perlakuan yang akan

dibandingkan. Nilai pembanding (RP) ini

dapat dihitung dengan rumus:

dengan r;p;dbg adalah nilai tabel Duncan pada

taraf , jarak peringkat 2 perlakuan p, derajat

bebas galat sebesar dbg, serta KTG adalah

kuadrat tengah galat dan r merupakan ulangan

(Mattjik & Sumertajaya 2002). Diagram alir

pengolahan data terdapat pada Lampiran 4,

sedangkan matriks rancangan percobaan dapat

dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3 Matriks rancangan percobaan

Waktu

(menit) Ulangan

Suhu (oC)

50 60 70

1 1 Y50,1,1 Y60,1,1 Y70,1,1

2 Y50,1,2 Y60,1,2 Y70,1,2

5 1 Y50,5,1 Y60,5,1 Y70,5,1

2 Y50,5,2 Y60,5,2 Y70,5,2

10 1 Y50,10,1 Y60,10,1 Y70,10,1

2 Y50,10,2 Y60,10,2 Y70,10,2

15 1 Y50,15,1 Y60,15,1 Y70,15,1

2 Y50,15,2 Y60,15,2 Y70,15,2

20 1 Y50,20,1 Y60,20,1 Y70,20,1

2 Y50,20,2 Y60,20,2 Y70,20,2

30 1 Y50,30,1 Y60,30,1 Y70,30,1

2 Y50,30,2 Y60,30,2 Y70,30,2

60 1 Y50,60,1 Y60,60,1 Y70,60,1

2 Y50,60,2 Y60,60,2 Y70,60,2

90 1 Y50,90,1 Y60,90,1 Y70,90,1

2 Y50,90,2 Y60,90,2 Y70,90,2

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Minyak Kelapa Sawit Bahan baku utama dalam pembuatan

biodiesel adalah minyak kelapa sawit yang

diperoleh dari PT Royal Industries, Karawang.

Hasil analisis minyak kelapa sawit dapat

dilihat pada Tabel 4. Kadar asam lemak bebas

pada minyak kelapa sawit diperoleh sebesar

0,32%. Kadar tersebut telah memenuhi SNI-

01-2901-1995 untuk minyak kelapa sawit

mutu II. Kadar air contoh juga cukup kecil

(0,36%), sehingga kemungkinan hidrolisis

trigliserida menjadi asam lemak bebas relatif

rendah.

Tabel 4 Karakteristik minyak kelapa sawit

Parameter Hasil

analisis Standar

Asam lemak

bebas (%)

0,32 maks. 5,00*

Kadar air (%) 0,36 maks. 2,00*

Bilangan

penyabunan

(mg KOH/g)

212,9 199–217**

Viskositas (40 oC) (cSt)

44,38 -

Densitas (40 oC) (kg/m

3)

893,8 -

Keterangan : * BSN (1995)

** Zandy et al. (2007)

Viskositas minyak kelapa sawit (44,38

cSt) jauh lebih besar dibandingkan standar

mutu biodiesel, yaitu 2,3–6,0 cSt. Hal ini

terlihat dari fisik minyak yang lebih kental

dan transesterifikasi diharapkan dapat

menurunkan kekentalan minyak. Nilai

densitas digunakan untuk konversi jumlah

minyak kelapa sawit dari dalam bentuk bobot

ke satuan volume. Bilangan penyabunan

digunakan untuk memperkirakan bobot

molekul minyak kelapa sawit sehingga jumlah

metanol dapat ditentukan. Sebanyak 11 liter

minyak kelapa sawit membutuhkan metanol

sebanyak 3,01 liter pada penggunaan 2 kali

nisbah stoikiometri minyak-metanol 1:6.

Perhitungannya terdapat pada Lampiran 2.

Karakteristik Biodiesel Biodiesel yang dihasilkan secara visual

memiliki warna kuning jernih dan terlihat

encer. Penampakan biodiesel ini berbeda

dengan minyak kelapa sawit yang berwarna

lebih pekat dan terlihat kental. Hasil samping

reaksi transesterifikasi adalah gliserol yang

berwarna cokelat gelap dan lebih kental

dibanding metil ester seta terdapat di lapisan

bagian bawah. Perbandingan secara visual

dapat dilihat pada Gambar 5.

A B C

Gambar 5 Perbandingan antara minyak

kelapa sawit (A), biodiesel kasar

(B), dan metil ester (C).

Biodiesel kasar yang masih mengandung

gliserol dimurnikan. Pencucian dengan air

hangat bertujuan menghilangkan gliserol,

katalis, dan metanol yang masih tersisa. Saat

air kembali jernih pencucian dihentikan

karena diperkirakan lapisan atas adalah

biodiesel murni. Pemanasan kemudian

dilakukan untuk menguapkan air sisa

pencucian. Ketika tidak terdapat gelembung

udara pemanasan dihentikan karena dapat

dipastikan air telah menguap. Penyaringan

dilakukan untuk menghilangkan pengotor

yang masih mungkin terdapat dalam biodiesel.

Parmeter utama dalam penelitian ini

adalah kadar metil ester karena menunjukkan

besarnya perubahan reaktan menjadi

kompleks teraktifkan. Dalam penentuannya

dibutuhkan nilai bilangan asam, bilangan

penyabunan, dan kadar gliserol total. Selain

itu, keberhasilan produksi biodiesel dilihat

dari viskositas karena tujuan transesterifikasi

adalah memperoleh ester dengan kekentalan

yang menyerupai solar. Viskositas sendiri

berkaitan erat dengan densitas. Oleh karena

itu, pengujian sifat fisik dan kimia pada

biodiesel yang telah dimurnikan meliputi

bilangan asam, kadar gliserol bebas, kadar

gliserol terikat, kadar gliserol total, kadar

metil ester, kadar air, densitas, dan viskositas.

Bilangan Asam. Hasil transesterifikasi

minyak kelapa sawit secara umum memiliki

bilangan asam yang rendah dan memenuhi

standar biodiesel berdasarkan SNI 04-7182-

2006 (0,80 mg KOH/g). Perolehan bilangan

asam yang rendah ini dikarenakan

karakteristik minyak kelapa sawit yang

digunakan sudah cukup baik dengan kadar

asam lemak bebas yang kecil (0,32%). Nilai

bilangan asam pada contoh biodiesel ini

secara umum mengalami penurunan dengan

bertambahnya waktu reaksi pada semua

kisaran suhu seperti terlihat pada Gambar 6.

Pada suhu yang lebih tinggi bilangan asam

juga menunjukkan nilai yang lebih kecil.

Gambar 6 Hubungan antara waktu (menit)

dan bilangan asam (mg

KOH/g).

keterangan: maks. bilangan asam

(BSN 2006)

Uji statistika RAL petak terpisah pada

Lampiran 5 menunjukkan minimal terdapat 1

suhu, 1 waktu, serta 1 interaksi antara suhu

dan waktu yang berpengaruh secara signifikan

pada bilangan asam (Pr <0,05).

Pengelompokan pada uji Duncan dapat dilihat

pada Tabel 5.

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

Tabel 5 Bilangan asam biodiesel (mg KOH/g)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 0,56a 0,55

a,b 0,54

a,b 0,55

1

5 0,52b,c

0,50c,d

0,50d,e

0,512

10 0,50c,d

0,47e,f

0,44g 0,47

3

15 0,48d,e

0,42g 0,39

h 0,43

4

20 0,45f,g

0,37h,i

0,36i,j

0,395

30 0,37h,i

0,36h,i

0,35i,j

0,366

60 0,33j,k

0,33j,k

0,31k 0,32

7

90 0,31k 0,31

k 0,31

k 0,31

8

Rerata

suhu 0,44

x 0,41

y 0.40

z

a - k Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Bilangan asam terkecil diperoleh pada

suhu 70 oC dan menit ke-90, yaitu suhu

tertinggi dengan waktu reaksi terlama. Hal ini

terjadi karena asam lemak bebas ataupun

asam-asam mineral semakin banyak yang

bereaksi dengan KOH dan membentuk sabun

dengan semakin lamanya waktu reaksi. Sabun

yang dihasilkan akan terpisah dan terbuang

pada proses pencucian metil ester dengan air

hangat. Bilangan asam juga semakin kecil

dengan peningkatan suhu karena panas dapat

mempercepat reaksi yang terjadi.

Interaksi antara waktu dan suhu pada uji

Duncan menunjukkan bahwa bilangan asam

memiliki nilai yang sama setelah menit ke-15

pada suhu 70 oC, menit ke-20 pada suhu 60

oC, dan menit ke-30 pada suhu 50

oC. Hal ini

membuktikan bahwa jumlah asam-asam bebas

dalam biodiesel sama pada suhu yang berbeda

setelah waktu tertentu. Sebelumnya bilangan

asam memiliki nilai yang lebih rendah pada

waktu yang lebih cepat dengan suhu yang

lebih tinggi.

Kadar Gliserol. Gliserol bebas yang

terdapat di dalam contoh biodiesel adalah

sisa-sisa pencucian pada tahap pemurnian atau

hasil samping hidrolisis ester karena terdapat

air. Pencucian biodiesel tidak bisa dilakukan

dengan jumlah air dan waktu yang sama. Hal

ini disebabkan oleh jumlah air hangat untuk

pencucian biodiesel kasar kemungkinan

berbeda untuk tiap contoh, tergantung

kejernihan air buangan tersebut. Walaupun

dengan jumlah yang berbeda, kejernihan air

bisa menjadi petunjuk hilangnya gliserol

bebas.

Pada Gambar 7 tidak terlihat pengaruh

waktu atau suhu pada kadar gliserol bebas,

karena bentuk kurva yang naik turun.

Terdapat beberapa contoh biodiesel dengan

kadar gliserol bebas yang cukup besar karena

proses pemisahan dan pencucian yang kurang

baik.


dan kadar gliserol bebas (%).

keterangan: maks. gliserol bebas (BSN 2006)

Uji RAL petak terpisah pada kadar gliserol

bebas pada Lampiran 6 menunjukkan bahwa

minimal terdapat 1 suhu, 1 waktu, serta 1

interaksi antara suhu dan waktu yang

memberikan respons berbeda pada kadar

gliserol bebas. Hal ini ditunjukkan oleh nilai

Pr (0,0001) yang lebih kecil dibanding nilai α

(0,05). Uji Duncan menunjukkan kadar

gliserol bebas terbesar diperoleh pada suhu 60 oC dan waktu 15 menit, serta ketika interaksi

antara suhu dan waktu pada suhu 60 oC menit

ke-10 dan suhu 50 oC menit ke-15 seperti

dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6 Kadar gliserol bebas biodiesel (%)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 0,022b 0,019

c 0,009

g 0,017

2

5 0,008g,h

0,015d 0,008

g,h 0,011

4

10 0,001j 0,023

a 0,007

h 0,011

4

15 0,024a 0,018

c 0,018

c 0,020

1

20 0,008g,h

0,013e 0,008

g,h 0,010

5

30 0,009g 0,007

h 0,015

d 0,011

4

60 0,007h 0,011

f 0,005

i 0,007

6

90 0,007h 0,022

a,b 0,014

d,e 0,015

3

Rerata

suhu 0,011

y 0,016

x 0,011

y

a - j Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 6 Pengaruh waktu berbeda x,y Pengaruh suhu berbeda

Pengaruh suhu pada kadar gliserol bebas

tidak begitu terlihat karena nilainya sama pada

suhu 50 dan 70 oC. Hasil uji menunjukkan

tidak adanya hubungan yang linear dari suhu

atau waktu pada kadar gliserol bebas karena

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

perolehan nilai terbesar bukan dengan

semakin lama reaksi atau semakin tingginya

suhu. Kadar gliserol bebas dapat dikatakan

seragam, karena secara umum interaksi antara

suhu dan waktu pada kadar gliserol bebas

biodiesel menunjukkan nilai yang sama.

Perolehan gliserol bebas yang berbeda secara

nyata hanya pada suhu 50 oC menit ke-10, 60

oC menit ke-60, dan 70

oC menit ke-60.

Gliserol terikat, yaitu mono-, di-, dan

trigliserida yang masih terdapat dalam produk

biodiesel. Nilai ini mengalami penurunan

dengan semakin tingginya suhu pada waktu

yang sama dan semakil lamanya waktu reaksi

pada suhu yang sama seperti terlihat pada

Gambar 8.


dan kadar gliserol terikat (%).

Analisis RAL petak terpisah (Lampiran 7)

menunjukkan pengaruh yang signifikan dari

suhu, waktu, serta interaksi suhu dan waktu

pada kadar gliserol terikat contoh biodiesel.

Hal ini dibuktikan dengan perolehan nilai Pr

<0,05. Uji Duncan pada pengaruh suhu dan

waktu dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7 Kadar gliserol terikat biodiesel (%)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 0,49 a 0,47

b 0,45

d 0,47

1

5 0,46 c 0,38

e 0,36

f 0,40

2

10 0,36 f 0,27

h 0,27

i 0,30

3

15 0,29 g 0,24

j 0,21

m 0,25

4

20 0,27 i 0,22

l 0,19

o 0,23

5

30 0,23 k 0,22

l 0,18

r 0,21

6

60 0,22 l 0,20

n 0,19

p 0,21

7

90 0,20 o 0,18

q 0,18

r 0,19

8

Rerata

suhu 0,31

x 0,27

y 0,25

z

a - r Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Kadar gliserol terikat terkecil diperoleh

pada suhu 70 oC serta menit ke-90. Interaksi

antara waktu dan suhu dengan perolehan

gliserol terikat terkecil pada suhu 70 oC menit

ke-30 dan 90. Penurunan nilai kadar gliserol

terikat menunjukkan bahwa jumlah mono-, di-

, dan trigliserida dalam produk biodiesel yang

dihasilkan semakin kecil. Hal ini terjadi

karena peningkatan suhu menyebabkan reaksi

transesterifikasi berlangsung lebih cepat,

sebagai akibat meningkatnya energi kinetik

reaktan, sehingga tumbukan antar reaktan

lebih sering dan efektif. Waktu reaksi yang

semakin lama juga akan menyebabkan

trigliserida pada minyak makin banyak yang

terkonversi menjadi metil ester. Hal ini

disebabkan oleh jumlah trigliserida dalam

contoh yang berkurang dan bereaksi dengan

metanol membentuk asam lemak metil ester.

Gliserol total semakin rendah dengan

lamanya waktu reaksi dan peningkatan suhu

seperti terlihat pada Gambar 9. Hal ini terjadi

karena jumlah gliserol terikat dalam contoh

biodiesel yang semakin mengecil.


dan kadar gliserol total (%).

keterangan: maks. gliserol total (BSN 2006)


menunjukkan pengaruh yang signifikan dari

suhu, waktu, serta interaksi suhu dan waktu

pada kadar gliserol total contoh biodiesel. Hal

ini dibuktikan dengan perolehan nilai Pr

(0,0001) yang lebih kecil dibanding nilai α

(0,05). Uji Duncan pada pengaruh suhu dan

waktu menunjukkan gliserol total terkecil

diperoleh pada suhu 70 oC serta menit ke-90.

Interaksi antara waktu dan suhu dengan

perolehan gliserol total terkecil setelah menit

ke-30 pada suhu 70 oC. Pengelompokan uji

Duncan pada kadar gliserol total dapat dilihat

pada Tabel 8.

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

Tabel 8 Kadar gliserol total biodiesel (%)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 0,51 a 0,48

b 0,46

d 0,48

1

5 0,47 c 0,40

e 0,37

f 0,41

2

10 0,36 g 0,30

i 0,27

j 0,31

3

15 0,32 h 0,26

k 0,23

n 0,27

4

20 0,27 j 0,23

m 0,20

q 0,24

5

30 0,24 l 0,23

n 0,20

r 0,22

6

60 0,23 n 0,22

o 0,19

r,s 0,21

7

90 0,20 q 0,21

p 0,19

s 0,20

8

Rerata

suhu 0,33

x 0,29

y 0,26

z

a - s Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Beberapa contoh biodiesel memiliki kadar

gliserol total yang tinggi, yaitu melewati batas

maksimum untuk gliseol total SNI 04-7182-

2006 (0,24%). Kadar gliserol total memenuhi

standar dimulai pada menit ke-30, 20, dan 15

untuk suhu 50, 60, dan 70 oC secara berurutan.

Hal ini terjadi karena pada awal reaksi masih

banyak trigliserida dalam minyak kelapa sawit

yang belum terkonversi menjadi metil ester.

Konversi tersebut memenuhi standar pada

waktu reaksi yang lebih cepat namun dengan

kondisi suhu yang lebih tinggi.

Kadar Metil Ester. Biodiesel yang

dihasilkan berupa metil ester karena dalam

reaksi transesterifikasi menngunakan metanol.

Kadar metil ester tidak dapat langsung

ditentukan, tapi dihitung melalui perolehan

bilangan penyabunan, bilangan asam, dan

kadar gliserol total sehingga analisis

penentuan bilangan penyabunan juga

dilakukan. Gambar 10 menunjukkan adanya

pengaruh suhu dan waktu pada kadar metil

ester.


dan kadar metil ester (%).

Pada Gambar 10 dapat dilihat peningkatan

kadar metil ester terjadi dengan semakin

tingginya suhu pada waktu reaksi yang sama.

Konversi yang semakin besar juga didapat

dengan semakin lamanya waktu reaksi.

Peningkatan yang tajam terlihat pada awal

reaksi dan beranjak landai atau cenderung

stabil pada waktu transesterifikasi yang lebih

lama.

Pada suhu 50 oC kurva terlihat tidak

selandai suhu 60 dan 70 oC karena proses

terbentuknya metil esternya lebih lama

dibanding suhu yang lebih tinggi. Oleh karena

itu, perolehan metil ester akan cenderung

stabil pada waktu yang lebih lama. Hal ini

mengindikasikan pada tahap awal reaksi

kecenderungan tumbukan antara ion

metoksida molekul trigliserida lebih besar

sehingga laju pembentukan metil ester terjadi

dengan cepat. Peningkatan suhu akan

meningkatkan energi kinetik reaktan-reaktan

untuk mengatasi energi aktivasi. Hal ini sesuai

dengan hukum Arrhenius yang menyatakan

bahwa laju reaksi sebanding dengan suhu

reaksi, ketika suhu reaksi semakin tinggi,

konstanta laju reaksi (k) semakin besar,

sehingga laju reaksi juga semakin besar.

Peningkatan kadar metil ester terjadi

karena tumbukan antar-reaktan semakin

sering terjadi dengan semakin lamanya reaksi,

sehingga produk yang terbentuk semakin

bertambah. Pada saat tertentu jumlah metil

ester cenderung tetap karena salah satu

reaktan telah habis bereaksi, kemungkinan

adalah trigliserida, karena metanol disediakan

dalam keadaan berlebih.

Metil ester yang terdapat dalam biodiesel

memiliki kisaran yang cukup besar, yaitu

98,64–99,43%. Perolehan ini berada di atas

standar biodiesel SNI-7182-2006 (96,50%).

Rendemen metil ester yang tinggi pada

pembuatan biodiesel dapat disimpulkan

karena berasal dari bahan baku dengan

karakteristik yang baik, yaitu nilai bilangan

asam minyak kelapa sawit yang rendah

(0,32%).

Dalam skala laboratorium, produksi metil

ester dengan rendemen tertinggi diperoleh

pada suhu 60 oC setelah 1 jam menggunakan

katalis basa (Vicente et al. 2004, Meher et al.

2006, Hazkil 2008). Pembentukan metil ester

pada penelitian ini lebih cepat dibandingkan

penelitian sebelumnya. Hal ini disebabkan

oleh penggunaan reaktor sirkulasi yang telah

dirancang khusus agar interaksi antarmolekul

lebih sering dengan adanya static mixer yang

dilewati oleh campuran reaktan. Dalam static

mixer reaktan dicampur dengan mekanisme

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

(1) pemecahan, (2) pemutaran, (3)

pembalikan, dan (4) pengadukan aliran.

Keadaan ini menyebabkan laju reaksi

transesterifikasi yang lebih tinggi dibanding

dengan mekanisme pengadukan konvensional

yang hanya mengandalkan pemutaran aliran.

Penyebab lain adalah adanya proses

pemurnian mengakibatkan biodiesel tidak lagi

atau hanya sedikit mengandung air dan

gliserol. Metanol yang digunakan dalam

kondisi berlebih (2 kali stoikiometri) dan

katalis KOH juga bekerja dengan baik dalam

mempercepat laju transesterifikasi (Zandy et

al. 2007).


menunjukkan setidaknya terdapat 1 suhu, 1

waktu, dan 1 interaksi antara suhu dan waktu

yang berpengaruh secara signifikan pada

kadar metil ester (Pr <0,05). Pengelompokan

uji Duncan pada Tabel 9 menunjukkan bahwa

waktu pembuatan biodiesel terbaik adalah

pada menit ke-90 dan suhu 70 oC. Pencapaian

rendemen metil ester yang sama terjadi pada

suhu 70 oC menit ke-10 dan suhu 60

oC menit

ke-15. Pada suhu 60 dan 70 oC perolehan

metil ester menit ke-20 sama dengan menit

ke-30, sedangkan pada suhu 50 oC perolehan

rendemen metil ester di menit ke-60 sama

dengan suhu 70 oC menit ke-15, dan pada

suhu 50 oC menit ke-90 rendemennya sama

dengan suhu 60 oC menit ke-90.

Tabel 9 Kadar metil ester biodiesel (%)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 98,64s 98,65

r 98,68

q 98,65

1

5 98,74p 98,85

o 98,99

m 98,86

2

10 98,91n 99,09

k 99,19

i 99,06

3 15 99,05

l 99,19

i 99,40

e,f 99,21

4

20 99,16j 99,28

g 99,39

c 99,28

5

30 99,24h 99,29

g 99,43

c 99,32

6

60 99,31f 99,33

e 99,41

a 99,35

7

90 99,38d 99,38

d 99,42

b 99,39

8

Rerata

suhu 99,05

x 99,13

y 99,24

z

a - s Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Kadar Air. Biodiesel yang dihasilkan

secara umum memiliki kadar air yang kecil

dan memenuhi SNI-04-7182-2006 (0,05%),

kecuali beberapa contoh dengan nilai yang

melewati garis batas maksimum seperti

terlihat pada Gambar 11. Suhu dan waktu

tidak berpengaruh pada kadar air karena

bentuk kurva yang naik turun. Lama waktu

pemanasan tidak bisa ditentukan karena

pemanasan dihentikan saat contoh sudah tidak

terlihat memiliki gelembung udara. Oleh

karena itu tiap contoh biodiesel memiliki

waktu pemanasan yang berbeda-beda. Nilai

kadar air yang agak besar terjadi karena

pemanasan contoh setelah dicuci mungkin

dilakukan kurang lama sehingga air sisa

pencucian masih terdapat dalam contoh. Hal

ini tidak berkaitan dengan kualitas bahan baku

atau biodiesel yang diproduksi, tapi lebih pada

pemrosesan tahap akhir (purifikasi) yang

kurang baik.


dan kadar air (%).

keterangan: maks. kadar air (BSN 2006)

Uji statistika RAL petak terpisah pada

kadar air pada Lampiran 10 menunjukkan

bahwa setidaknya terdapat 1 interaksi antara

suhu dan waktu yang memberikan respon

berbeda pada kadar air. Hal ini ditunjukkan

oleh nilai Pr (0,0001) yang lebih kecil

dibanding nilai α (0,05), namun pengaruh

suhu pada kadar air tidak signifikan (Pr

>0,05). Pengelompokan uji Duncan sebagai

uji lanjut dapat dilihat pada Tabel 10.

Tabel 10 Kadar air biodiesel (%)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 0,043d,e,f,g,h

0,043c,d,e,f,g

0,038g,h,i,j

0,0422,3

5 0,037i,j

0,047b,c,d,e,f

0,044c,d,e,f,g

0 ,042

2

10 0,040g,h,i

0,051a,b

0,047b,c,d,e,f

0 ,046

1

15 0,048b,c,d

0,048b,c

0,042f,g,h

0 ,046

1

20 0,055a 0,038

h,i,j 0,048

b,c,d 0

,047

1

30 0,038h,i,j

0,043d,e,f,g,h

0,036i,j

0,0393,4

60 0,046b,c,d,e,f

0,035i,j

0,034j 0,039

4

90 0,042e,f,g,h

0,047b,c,d,e

0,050b 0,046

1

Rerata

suhu 0,044

x 0,044

x,y 0,042

y

a - j Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 4 Pengaruh waktu berbeda x,y Pengaruh suhu berbeda

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

Pengaruh suhu dan waktu pada kadar air

tidak berbeda nyata karena termasuk dalam 1

kelompok yang sama. Interaksi antara suhu

dan waktu tidak berpengaruh pada kadar air

karena semua interaksi memiliki nilai rataan

yang sama. Jadi dapat disimpulkan bahwa

kadar air pada contoh biodiesel seragam.

Densitas. Biodiesel yang dihasilkan secara

umum memenuhi kisaran densitas SNI-04-

7182-2006, yaitu 850,0–890,0 kg/m3, kecuali

beberapa contoh pada menit-menit awal reaksi

berlangsung seperti terlihat pada Gambar 12.

Nilai densitas biodiesel mengalami penurunan

dengan semakin tingginya suhu dan lamanya

waktu reaksi.


dan densitas (kg/m3).

keterangan: kisaran densitas (BSN 2006)

Analisis RAL petak terpisah (Lampiran

11) menunjukkan pengaruh yang signifikan

dari suhu, waktu, serta interaksi suhu dan

waktu pada densitas contoh biodiesel . Hal ini

dibuktikan dengan perolehan nilai Pr (<0,05).

Pengelompokan berdasarkan uji Duncan dapat


Tabel 11 Densitas biodiesel (40 oC) (kg/m

3)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 892,0 a 891,7

a 891,3

b 891,7

1

5 889,2 c 885,5

d 880,8

e 885,2

2

10 876,1 f 868,6

h 862,8

j 869,2

3

15 871,4 g 856,1

k 855,4

l,m 860,9

4

20 864,6 i 855,4

l,m 853,7

n 857,9

5

30 855,5 l 855,1

m 853,5

n,o 854,7

6

60 853,7 n 853,3

o 852,9

p 853,3

7

90 853,3 o 852,8

p 850,9

q 852,3

8

Rerata

suhu 869,5

x 864,8

y 862,7

z

a - q Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Uji Duncan pada pengaruh suhu dan

pengaruh waktu menunjukkan densitas

terbesar pada suhu 50 oC serta menit ke-1.

Interaksi antara waktu dan suhu dengan

densitas terbesar adalah menit ke-1 pada suhu

50 oC juga. Nilai densitas pada menit ke-1

tidak memenuhi standar SNI-04-7182-2006.

Hal ini karena waktu yang pendek

menyebabkan reaktan yang terkonversi masih

sedikit. Dengan demikian, proporsi trigliserida

yang berbobot molekul besar dalam produk

lebih banyak dibanding metil ester dengan

bobot molekul lebih kecil.

Viskositas. Biodiesel harus memiliki

kisaran viskositas 2,30–6,00 cSt pada suhu 40 oC (BSN 2006), dan biodiesel yang dihasilkan

memiliki viskositas yang beragam pada

berbagai macam waktu dan suhu seperti pada

Gambar 13. Beberapa contoh memiliki

viskositas yang besar, terutama pada awal

reaksi, sehingga nilainya tidak memenuhi

standar biodiesel. Namun, nilai viskositas

biodiesel mengalami penurunan dengan

semakin lamanya waktu reaksi dan semakin

meningkatnya suhu.


dan viskositas (cSt).

keterangan: kisaran viskositas (BSN 2006)

Uji RAL petak terpisah pada Lampiran 12

menunjukkan setidaknya terdapat 1 suhu, 1

waktu, dan 1 interaksi antara suhu dengan

waktu yang memberikan pengaruh pada

viskositas contoh biodiesel. Hal ini dibuktikan

dengan perolehan nilai Pr (0,0001) yang lebih

kecil dibanding nilai α (0,05). Uji Duncan

pada pengaruh suhu dan pengaruh waktu

menunjukkan viskositas terbesar dan terkecil

secara berturut-turut adalah pada suhu 50 oC

dan menit ke-1 serta suhu 70 oC dan menit ke-

90. Interaksi antara waktu dan suhu dengan

perolehan viskositas terbesar adalah menit ke-

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

: 50 oC

: 60 oC

: 70 oC

1 pada suhu 50 oC dan nilai ini sama setelah

menit ke-15 pada suhu 70 oC, menit ke-20

pada suhu 60 oC, dan menit ke-30 pada suhu

50 oC.Pengelompokan hasil uji Duncan dapat


Tabel 12 Viskositas biodiesel pada 40 oC (cSt)

Waktu

(menit)

Suhu (oC) Rerata

waktu 50 60 70

1 40,66 a 38,18

b 37,38

c 38,74

1

5 23,36 d 20,51

e 19,13

f 21,00

2

10 14,16 g 11,17

h 10,51

i 11,95

3

15 7,45 j 6,28

k 5,91

l 6,55

4

20 6,13 k 5,91

l 5,77

l,m,n 5,94

5

30 5,84 l,m

5,84 l,m

5,91 l 5,86

6

60 5,69 m,n

5,48 o,p

5,62 n,o

5,607

90 5,40 p 5,33

p 5,33

p 5,35

8

Rerata

suhu 13,59

x 12,34

y 11,94

z

a - p Interaksi suhu dan waktu berbeda 1 - 8 Pengaruh waktu berbeda x,y,z Pengaruh suhu berbeda

Nilai viskositas memenuhi standar SNI 04-

7182-2006 dimulai pada menit ke-15, 20, 30

pada suhu 70, 60, dan 50 oC secara berturut-

turut. Perolehan ini menunjukkan bahwa pada

waktu yang lama, biodiesel akan lebih encer

pada semua kisaran suhu, karena semakin

banyak minyak kelapa sawit yang bereaksi

dengan metanol. Nilai viskositas tinggi pada

menit ke-1 dan suhu 50 oC karena waktu yang

pendek dan suhu yang rendah menyebabkan

trigliserida masih banyak yang belum

terkonversi menjadi metil ester.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan Hasil penelitian menunjukkan bahwa

peningkatan suhu pada proses transesterifikasi

dari minyak kelapa sawit menggunakan

reaktor sirkulasi dapat meningkatkan kualitas

biodiesel secara umum. Hal ini dapat dilihat

dari peningkatan kadar metil ester. Beberapa

parameter yang diharapkan berkurang juga

mengalami penurunan, yaitu bilangan asam,

kadar gliserol total, kadar gliserol terikat,

densitas, dan viskositas.

Berdasarkan hasil pengolahan data,

kondisi optimum reaktor sirkulasi untuk

menghasilkan biodiesel yang memenuhi

beberapa parameter mutu biodiesel SNI 04-

7182-2006 dengan waktu tercepat adalah

menit ke-15 untuk suhu 70 oC, menit ke-20

untuk suhu 60 oC, dan menit ke-30 untuk suhu

50 oC.

Saran Kinetika reaksi metil ester yang terbentuk

dengan menggunakan reaktor sirkulasi perlu

di lakukan dengan variasi suhu yang lebih

rendah (kurang dari 50 oC) untuk mengetahui

efisiensi reaktor dari segi energi yang

dibutuhkan untuk memulai reaksi. Percobaan

perlakuan variasi jenis bahan baku

(feedstock), kecepatan alir reaktan, nisbah

stoikiometri, dan konsentrasi katalis yang

berbeda juga perlu dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Alamsyah R, Tambunan AH, Priyanto YA,

Kusdiana D. 2008. Desain dan uji teknis

reaktor transesterifikasi dengan sistem

static mixer. Disampaikan pada: Seminar

Nasional Teknologi Pertanian. Perteta

Cabang Yogyakarta, 28 Nov 2008.

[ASTM] American Standard Technical

Material. 1998. Standard Test Method of

Petroleum Products. Philadelphia:

ASTM.

[AOCS] American Oil Chemist’ Society.

1993. Official Method and Recommended

Practices of The American Oil Chemist’

Society. Washington: AOCS Pr.

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1995.

Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil).

Standar Nasional Indonesia (SNI) 01-

2901-1995. Jakarta: BSN.


Cara Uji Minyak dan Lemak. Standar

Nasional Indonesia (SNI) 01-3555-1998.

Jakarta: BSN.


Biodiesel. Standar Nasional Indonesia

(SNI) 04-7182-2006. Jakarta: BSN.

Hambali E, Mudjalipah S, Tambunan AH,

Pattiwiri AW, Hendroko R. 2008.

Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia

Pustaka.

Hazkil. 2008. Pengaruh suhu dan waktu

esterifikasi - Transesterifikasi pada

pembuatan biodiesel dari minyak jelantah

[skripsi]. Bogor: Fakultas Agribisnis dan

Teknologi Pangan, Universitas Djuanda.

Hui YH. 1996. Bailey’s Industrial Oil and Fat

Products: Edible Oil and Fat Products

Proceesing Technology. Volume ke-2. Ed

ke-5. New York: J Wiley.

Ismail. 2008. Uji kinerja dan analisis energi

reaktor tipe static mixer untuk produksi

biodiesel secara katalitik [skripsi]. Bogor:

Fakultas Teknologi Pertanian, IPB.

Ketaren. 1986. Minyak dan Lemak Pangan.

Jakarta: UI Pr.

Mao V, Konar SK, Boocock DGB. 2004. The

pseudo-single-phase base-catalyzed

transmethylation of soybean oil. J Am Oil

Chem Soc 81:803-808.

Mattjik AA, Sumertajaya IM. 2002.

Perancangan Percobaan dengan Aplikasi

SAS dan Minitab. Volume ke-1. Bogor:

IPB Pr.

Meher LC, Sager DV, Naik SN. 2006.

Technical aspects of biodiesel production

by transesterification – A review.

Renewable and Sustainable Energy

Reviews 10:248-268.

Poedjiadi A. 1994. Dasar-dasar Biokimia.

Jakarta: UI Pr.

Prihandana R, Hendroko R. 2008. Energi

Hijau, Pilihan Bijak Menuju Negeri

Mandiri Energi. Jakarta: Penebar

Swadaya.

Prihandana R, Hendroko R, Nuramin. 2006.

Menghasilkan Biodiesel Murah,

Mengatasi Polusi dan Kelangkaan BBM.

Jakarta: Agromedia Pustaka.

Soerawidjaja TH. 2006. Fondasi-fondasi

ilmiah dan keteknikan dari teknologi

pembuatan biodiesel. Disampaikan pada:

seminar nasional ”Biodiesel sebagai

Energi Alternatif Masa Depan”. UGM

Yogyakarta, 15 Apr 2006.

Srivastava A, Prasad R. 1999. Trigliserides-

based diesel fuels. Renewable and

Sustainable Energy Reviews 4:111-133.

Susilo. 2006. Biodiesel. Surabaya: Trubus

Agrisarana.

Swern D. 1982. Bailey’s Industrial Oil and

Fat Products. Volume ke-2. Ed ke-4. New

York: J Wiley.

Vicente G, Martinez M, Aracil J. 2004.

Integrated biodiesel production: A

comparison of different homogeneous

catalyst systems. Bioresource Technology

92:297-305.

Walisiewicz M. 2005. Energi Alternatif.

Palupi DS, penerjemah. Jakarta: Erlangga.

Terjemahan dari: Essential Science

Alternative Energy.

Winarno FG. 1997. Kimia Pangan dan Gizi.

Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Yubaidah S. 2007. Petunjuk Sintesa Biodiesel:

Transesterifikasi Esterifikasi. Tangerang:

BTMP-BPP Teknologi Serpong.

Zandy A, Destianna M, Nazef, Puspasari F.

2007. Intensifikasi proses produksi

biodiesel [makalah]. Bandung: ITB.

Lampiran 1 Metode analisis contoh minyak kelapa sawit dan biodiesel

1. Bilangan Asam (AOCS Cd 3d-63)

Standarsisasi larutan KOH 0,1 N beralkohol dilakukan dengan cara sebanyak 5 mL HCl 0,1 N

dipipet ke dalam labu Erlenmeyer yang telah berisi 100 mL akuades, kemudian ditambahkan 0,50

mL indikator fenolftalein. Larutan dititrasi dengan KOH beralkohol sampai terbentuk warna merah

muda. Volume titran yang dibutuhkan dicatat.

Sebanyak 20 g contoh ditimbang didalam sebuah labu Erlenmeyer dan ditambahkan 100 mL

campuran pelarut etanol dan toluen dengan perbandingan volume 1:1, campuran ini sebelumnya

ditambahkan indikator fenolftalein dan dinetralkan dengan larutan KOH beralkohol. Dalam

keadaan teraduk kuat, larutan dititrasi dengan KOH 0,1 N beralkohol yang telah distandardisasi

sampai terbentuk warna merah muda yang tetap bertahan selama 15 detik. Volume titran yang

dibutuhkan dicatat. Bilangan asam dihitung sebagai:

dengan pengertian:

V : volume KOH yang dibutuhkan (mL)

N : normalitas larutan HCl (N)

M : bobot contoh (g)

56,1 : bobot molekul KOH (g/mol)

2. Bilangan Penyabunan (AOCS Cd 3-25)

Standardisasi larutan HCl 0,5 N dilakukan dengan cara sebanyak 0,75 g boraks ditimbang

dalam kaca arloji, kemudian dipindahkan ke dalam labu Erlenmeyer 250 mL, dan dilarutkan

dengan akuades. Sebanyak tiga tetes indikator merah metil ditambahkan ke dalam larutan. Larutan

dititrasi dengan HCl 0,5 N hingga warna larutan berubah menjadi merah muda.

Sebanyak 5 g contoh ditimbang dalam sebuah labu Erlenmeyer asah dan ditambahkan dengan

50 mL larutan KOH 0,5 N beralkohol. Labu Erlenmeyer dihubungkan dengan kondensor dan

didihkan perlahan tapi mantap sampai contoh tersabunkan semua (kurang lebih 1 jam), yaitu

ketika larutan sudah jernih dan homogen, jika belum waktu penyabunan diperpanjang.

Labu dilepas dari kondensor setelah cukup dingin, kemudian ditambahkan 1mL indikator

fenolftalein dan dititrasi dengan HCl 0,5 N yang telah distandardisasi sampai warna merah muda

persis sirna. Volume titran yang dipakai dicatat. Penetapan blangko dilakukan dengan perlakuan

yang sama tanpa menambahkan contoh biodiesel. Bilangan penyabunan dihitung sebagai:

dengan pengertian:

V : selisih volume HCl pada titrasi blangko dan titrasi contoh (mL)

N : normalitas larutan HCl (N)


56,1 : bobot molekul KOH (g/mol)

3. Kadar Gliserol Total, Bebas, dan Terikat (AOCS Ca 14-56)

Standardisasi Na2S2O3 0,01 N dilakukan dengan cara sebanyak 5 mL larutan kalium dikromat

dipipet ke dalam labu Erlenmeyer, kemudian ditambahkan1 mL HCl pekat dan 2 mL larutan KI,

kemudian diaduk. Larutan didiamkan selama 5 menit dalam ruangan gelap, kemudian ditambah

100 mL akuades dan dititrasi dengan Na2S2O3 0,01 N sampai warna kuning hampir hilang.

Sebanyak 1 mL indikator pati ditambahkan dan titrasi diteruskan perlahan sampai warna biru

sirna. Volume titran yang terpakai dicatat.

Kadar gliserol total ditentukan dengan cara sebanyak 10 g contoh biodiesel ditimbang dalam

labu Erlenmeyer asah dan ditambahkan 100 mL KOH 0,5 N beralkohol. Labu disambungkan

dengan kondensor dan larutan dididihkan perlahan selama 30 menit. Setelah itu, kondensor

dilepaskan dari labu Erlenmeyer, larutan dipindahkan ke dalam labu takar 1 L yang telah berisi 91

mL kloroform dan 25 mL asam asetat glasial. Sebanyak 500 mL akuades ditambahkan, kemudian

Lanjutan Lampiran1

labu ditutup rapat dan dikocok kuat selama 1 menit, dan ditera dengan akuades. Larutan didiamkan

sampai terbentuk dua lapisan.

Sebanyak 100 mL lapisan bagian atas dipipet ke dalam labu Erlenmeyer yang telah berisi 6 mL

larutan asam periodat, kemudian dikocok dan didiamkan selama 30 menit di ruang gelap.

Sebanyak 3 mL KI ditambahkan ke dalam campuran dan dibiarkan selama 1 menit di ruang gelap.

Larutan dititrasi dengan Na2S2O3 0,01 N sampai warna kuning hampir hilang. Sebanyak 1 mL

indikator pati ditambahkan dan titrasi diteruskan perlahan sampai warna biru sirna. Volume titran

yang terpakai dicatat.

Penetapan blangko dilakukan dengan cara sebanyak 50 mL akuades dipipet ke dalam labu

Erlenmeyer yang telah berisi 6 mL asam periodat, kemudian ditambahkan 3 mL KI dan didiamkan

selama 1 menit diruang gelap. Blangko dititrasi dengan cara yang sama dengan analisis contoh.

Kadar gliserol bebas ditentukan dengan cara sebanyak 10 g contoh biodiesel ditimbang dalam

gelas piala, kemudian dilarutkan dengan 91 mL kloroform dalam labu takar 1 L. Sebanyak 500 mL

akuades ditambahkan ke dalam labu takar, kemudian ditutup rapat dan dikocok kuat selama 1

menit. Larutan ditera dengan akuades dan didiamkan sampai terbentuk dua lapisan.

Sebanyak 300 mL lapisan bagian atas dipipet ke dalam labu Erlenmeyer yang telah berisi 2 mL

larutan asam periodat, kemudian dikocok dan didiamkan selama 30 menit di ruang gelap.

Sebanyak 2 mL KI ditambahkan ke dalam campuran dan dibiarkan selama 1 menit di ruang gelap.

Larutan dititrasi dengan Na2S2O3 0,01 N sampai warna kuning hampir hilang. Sebanyak 1,00 mL

indikator pati ditambahkan ke dalam larutan dan titrasi diteruskan perlahan sampai warna biru

sirna. Volume titran yang terpakai dicatat.

Penetapan blangko dilakukan dengan cara sebanyak 100 mL akuades dipipet ke dalam labu

Erlenmeyer yang telah berisi 2 mL asam periodat, kemudian ditambahkan 2 mL KI dan didiamkan

selama 1 menit diruang gelap. Blangko dititrasi dengan cara yang sama dengan analisis contoh.

Kadar gliserol dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

dengan keterangan:

GT : kadar gliserol total (% b)

GB : kadar gliserol bebas (% b/v)

Gtr : kadar gliserol terikat (% b/v)


V : selisih volume Na2S2O3 pada titrasi blangko dan titrasi contoh (L)

N : normalitas larutan Na2S2O3 (N)

23,03 : bobot ekivalen gliserol (g/ekv)

4. Kadar Metil Ester (SNI 04-7128-2006)

Metil ester dalam contoh biodiesel dapat ditentukan melalui perhitungan setelah diperoleh

kadar gliserol total, bilangan penyabunan, dan bilangan asam. Kadar metil ester dihitung dengan

rumus:

dengan keterangan:

bs : bilangan penyabunan (mg KOH/g contoh)

ba : bilangan asam (mg KOH/g contoh)

GT : kadar gliserol total (%-b)

Lanjutan Lampiran 1

5. Kadar Air (SNI-01-3555-1998)

Botol timbang yang berisi pasir laut kering dipanaskan dalam oven pada suhu 105 oC selama 1

jam, kemudian didinginkan dalam deksikator selama ½ jam dan ditimbang serta dicatat bobotnya.

Sampel ditimbang sebanyak 5 g pada botol timbang dan dipanaskan dalam oven pada suhu 105 oC

selama 1 jam, kemudian didinginkan dalam deksikator selama ½ jam dan ditimbang serta dicatat

bobotnya. Proses pemanasan dan penimbangan diulang sampai diperoleh bobot tetap. Kadar air

dapat dihitung dengan rumus:

dengan keterangan :

Mc : Bobot contoh (g)

Ma : Bobot air (g)

6. Densitas Metode Piknometer (Ketaren 1986)

Piknometer 25 mL yang bersih dan kering ditimbang bobotnya, kemudian diisi dengan akuades

yang didinginkan pada suhu 20–23 oC hingga penuh dan tidak terbentuk gelembung udara. Setelah

ditutup, piknometer direndam dalam wadah berisi air dengan suhu 25 oC dan dibiarkan sampai

suhu konstan (kurang lebih 30 menit). Piknometer diangkat, dikeringkan bagian luarnya, dan

ditimbang. Piknometer dibersihkan dan dikeringkan kembali untuk mengukur densitas minyak

dengan cara yang sama seperti perlakuan pada akuades. Densitas dihitung sebagai:

dengan pengertian:

ρ25 o

C : densitas pada suhu 25 oC (g/cm

3)

ρ40 o

C : densitas pada suhu 40 oC (g/cm

3)

Mi : bobot piknometer yang berisi minyak (g)

Mk : bobot piknometer kosong (g)

V25 o

C : volume air pada suhu 25 oC (cm

3)

7. Viskositas Metode Ostwald (ASTM D445)

Viskometer Ostwald dicelupkan ke dalam gelas piala yang berisi akuades diatas penangas air

bersuhu 40 oC. Asam oleat sebagai standar dengan suhu yang sama dimasukkan ke dalam

viskometer. Waktu alir akuades diukur menggunakan stopwatch. Hal yang sama dilakukan untuk

contoh biodiesel. Viskositas dihitung dengan cara:

dengan pengertian:

V : viskositas kinematik (cSt)

k : konstanta kapiler (mm2/s

2)

t : waktu alir contoh (s)

8. Kadar Asam Lemak Bebas (SNI 01-2901-1995)

Standardisasi NaOH 0,1 N dilakukan dengan cara sebanyak 10 mL larutan oksalat dipipet ke

dalam labu Erlenmeyer dan ditambahkan beberapa tetes indikator fenolftalein. Larutan dititrasi

dengan NaOH sampai warna merah jambu muncul dan titrasi dihentikan. Volume NaOH yang

dibutuhkan dicatat.

Sebanyak 5 g contoh ditimbang didalam sebuah labu Erlenmeyer dan ditambah 50 mL etanol

95% netral. Etanol 95% netral diperoleh dengan cara ditetesi indikator fenolftalein, kemudian

dititrasi dengan larutan standar NaOH 0,1 N sampai terbentuk warna merah muda. Beberpa tetes

Lanjutan Lampiran 1

indikator fenolftalein ditambahkan ke dalam campuran dan larutan dititrasi dengan NaOH 0,1 N

sampai terbentuk warna merah muda yang tetap bertahan selama 15 detik. Volume titran yang

dibutuhkan dicatat. Titrasi blangko dilakukan dengan cara yang sama seperti prosedur diatas tanpa

menambahkan contoh. Asam lemak bebas dapat ditentukan dengan rumus:

dengan pengertian:

V : selisih volume NaOH antara contoh dan blangko (L)

N : normalitas NaOH yang digunakan (N)

256 : bobot molekul asam palmitat (g/mol)


Lampiran 2 Perhitungan jumlah reaktan pada transesterifikasi

1. Perhitungan Jumlah Metanol

Bilangan penyabunan = 212,87 mg KOH/g minyak

Densitas = 893,77 kg/m3

Volume minyak = 11 L

Nisbah stoikiometri = 2 kali

2. Perhitungan Jumlah KOH

Jumlah KOH = 1% dari bobot minyak

Bobot minyak = 9,8315 kg

Bobot KOH = 0,01 × 9,8315 kg

Uji pendahuluan

Pemanasan

(T1 = 50 oC, T2 = 60

oC, T3 = 70

oC)

Lampiran 3 Diagram proses transesterifikasi

Bahan baku

ALB < 5%

Produk

Waktu pengambilan sampel

t1 = 1 menit t4 = 20 menit




Analisis

1. Bilangan asam

2. Kadar metil ester

3. Densitas

4. Viskositas

5. Kadar air

6. Kadar Gliserol

Pencampuran

Metanol KOH

Transesterifikasi

Separasi

Metil ester kasar Gliserol kasar

Pencucian

Pemanasan

T = 110 oC, t = 30 menit

Penyaringan

Metil ester

Minyak kelapa sawit

Lampiran 4 Diagran alir pengolahan data

hipotesis

hipotesis

Data analisis

Uji F

Uji lanjut Duncan

H0 : α1 = α2 = … = 0

H1 : paling sedikit ada satu i

dengan αi ≠ 0

RAL petak terpisah

H0 : diterima

H0 : ditolak

H0 : Iyi. - y.jI = Rp

H1 : Iyi. - y.jI > Rp

Lampiran 5 Hasil pengolahan data bilangan asam biodiesel

BILANGAN ASAM

The GLM Procedure

Class Level Information

Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2

Number of Observations Read 48

Number of Observations Used 48

Dependent Variable: respon

Sum of

Source DF Squares Mean Square F Value Pr > F

Model 31 0,34517937 0,01113482 63,53 <,0001

Error 16 0,00280423 0,00017526

Corrected Total 47 0,34798360

R-Square Coeff Var Root MSE respon Mean

0,991941 3,167604 0,013239 0,417942

Source DF Type I SS Mean Square F Value Pr > F

suhu 2 0,01454151 0,00727075 41,48 <,0001

waktu 7 0,32003160 0,04571880 260,86 <,0001

r(waktu) 8 0,00072101 0,00009013 0,51 0,8287

suhu*waktu 14 0,00988525 0,00070609 4,03 0,0047

Source DF Type III SS Mean Square F Value Pr > F

suhu 2 0,01454151 0,00727075 41,48 <,0001

waktu 7 0,32003160 0,04571880 260,86 <,0001

r(waktu) 8 0,00072101 0,00009013 0,51 0,8287

suhu*waktu 14 0,00988525 0,00070609 4,03 0,0047

Tests of Hypotheses Using the Type III MS for r(waktu) as an Error Term


waktu 7 0,32003160 0,04571880 507,27 <,0001

Lampiran 6 Hasil pengolahan data kadar gliserol bebas biodiesel

GLISEROL BEBAS

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 0,00190854 0,00006157 119,40 <,0001

Error 16 0,00000825 0,00000052



0,995696 5,750313 0,000718 0,012488


suhu 2 0,00031982 0,00015991 310,13 <,0001

waktu 7 0,00072527 0,00010361 200,94 <,0001

r(waktu) 8 0,00000328 0,00000041 0,80 0,6150

suhu*waktu 14 0,00086018 0,00006144 119,16 <,0001


suhu 2 0,00031982 0,00015991 310,13 <,0001

waktu 7 0,00072527 0,00010361 200,94 <,0001

r(waktu) 8 0,00000328 0,00000041 0,80 0,6150

suhu*waktu 14 0,00086018 0,00006144 119,16 <,0001



waktu 7 0,00072527 0,00010361 252,71 <,0001

Lampiran 7 Hasil pengolahan data kadar gliserol terikat biodiesel

GLISEROL TERIKAT

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 0,47479040 0,01531582 6910,69 <,0001

Error 16 0,00003546 0,00000222



0,999925 0,529891 0,001489 0,280946


suhu 2 0,03135017 0,01567508 7072,80 <,0001

waktu 7 0,43432355 0,06204622 27996,0 <,0001

r(waktu) 8 0,00002212 0,00000277 1,25 0,3349

suhu*waktu 14 0,00909456 0,00064961 293,11 <,0001


suhu 2 0,03135017 0,01567508 7072,80 <,0001

waktu 7 0,43432355 0,06204622 27996,0 <,0001

r(waktu) 8 0,00002212 0,00000277 1,25 0,3349

suhu*waktu 14 0,00909456 0,00064961 293,11 <,0001



waktu 7 0,43432355 0,06204622 22439,9 <,0001

Lampiran 8 Hasil pengolahan data kadar gliserol total biodiesel GLISEROL TOTAL

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 0,48307898 0,01558319 9745,84 <,0001

Error 16 0,00002558 0,00000160



0,999947 0,430908 0,001264 0,293450


suhu 2 0,03064527 0,01532264 9582,89 <,0001

waktu 7 0,44439400 0,06348486 39703,9 <,0001

r(waktu) 8 0,00001235 0,00000154 0,97 0,4951

suhu*waktu 14 0,00802736 0,00057338 358,60 <,0001


suhu 2 0,03064527 0,01532264 9582,89 <,0001

waktu 7 0,44439400 0,06348486 39703,9 <,0001

r(waktu) 8 0,00001235 0,00000154 0,97 0,4951

suhu*waktu 14 0,00802736 0,00057338 358,60 <,0001



waktu 7 0,44439400 0,06348486 41134,9 <,0001

Lampiran 9 Hasil pengolahan data kadar metil ester biodiesel

KADAR METIL ESTER

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 3,20909913 0,10351933 2522,38 <,0001

Error 16 0,00065665 0,00004104



0,999795 0,006462 0,006406 99,13691


suhu 2 0,24285015 0,12142508 2958,67 <,0001

waktu 7 2,89010967 0,41287281 10060,2 <,0001

r(waktu) 8 0,00007447 0,00000931 0,23 0,9803

suhu*waktu 14 0,07606484 0,00543320 132,39 <,0001


suhu 2 0,24285015 0,12142508 2958,67 <,0001

waktu 7 2,89010967 0,41287281 10060,2 <,0001

r(waktu) 8 0,00007447 0,00000931 0,23 0,9803

suhu*waktu 14 0,07606484 0,00543320 132,39 <,0001



waktu 7 2,89010967 0,41287281 44354,2 <,0001

Lampiran 10 Hasil pengolahan data kadar air biodiesel

KADAR AIR

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 0,00141060 0,00004550 9,38 <,0001

Error 16 0,00007766 0,00000485



0,947820 5,075236 0,002203 0,043408


suhu 2 0,00003151 0,00001576 3,25 0,0656

waktu 7 0,00049978 0,00007140 14,71 <,0001

r(waktu) 8 0,00003223 0,00000403 0,83 0,5892

suhu*waktu 14 0,00084708 0,00006051 12,47 <,0001


suhu 2 0,00003151 0,00001576 3,25 0,0656

waktu 7 0,00049978 0,00007140 14,71 <,0001

r(waktu) 8 0,00003223 0,00000403 0,83 0,5892

suhu*waktu 14 0,00084708 0,00006051 12,47 <,0001



waktu 7 0,00049978 0,00007140 17,72 0,0003

Lampiran 11 Hasil pengolahan data densitas biodiesel

DENSITAS

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 2 1 2




Sum of


Model 31 10351,89190 333,93200 16211,3 <,0001

Error 16 0,32958 0,02060



0,999968 0,016580 0,143523 865,6526


suhu 2 384,605936 192,302968 9335,68 <,0001

waktu 7 9629,639250 1375,662750 66783,9 <,0001

r(waktu) 8 0,209409 0,026176 1,27 0,3241

suhu*waktu 14 337,437303 24,102665 1170,11 <,0001


suhu 2 384,605936 192,302968 9335,68 <,0001

waktu 7 9629,639250 1375,662750 66783,9 <,0001

r(waktu) 8 0,209409 0,026176 1,27 0,3241

suhu*waktu 14 337,437303 24,102665 1170,11 <,0001



waktu 7 9629,639250 1375,662750 52554,1 <,0001

Lampiran 12 Hasil pengolahan data viskositas biodiesel

VISKOSITAS

The GLM Procedure


Class Levels Values

suhu 3 50 60 70

waktu 8 1 5 10 15 20 30 60 90

r 3 1 2 3




Sum of


Model 39 8912,195619 228,517836 22132,6 <,0001

Error 32 0,330398 0,010325



0,999963 0,804978 0,101612 12,62292


suhu 2 35,316615 17,658308 1710,26 <,0001

waktu 7 8839,635955 1262,805136 122306 <,0001

r(waktu) 16 0,149212 0,009326 0,90 0,5725

suhu*waktu 14 37,093837 2,649560 256,62 <,0001


suhu 2 35,316615 17,658308 1710,26 <,0001

waktu 7 8839,635956 1262,805137 122306 <,0001

r(waktu) 16 0,149212 0,009326 0,90 0,5725

suhu*waktu 14 37,093837 2,649560 256,62 <,0001



waktu 7 8839,635956 1262,805137 135411 <,0001

pengaruh suhu dan waktu terhadap kualitasbiodiesel

Documents