reaksi hidrogenasi parsial untuk meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel - partial hydrogenation...
DESCRIPTION
It is for study and reference only...please do not forget to write the source if u cited this document.Full copyright belongs to Institut Teknologi Bandung, IndonesiaTRANSCRIPT
TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2
Semester 1 2010 /2011
Judul REAKSI HIDROGENASI PARSIAL UNTUK MENINGKATKAN
STABILITAS OKSIDASI BIODIESEL
Kelompok B.0910.3.23
Agung Satriyadi Wibowo (13007001)
Laras Wuri Dianningrum (13007075)
Pembimbing
Dr. Tirto Prakoso
Imam Paryanto, M. Sc.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Mei 2011
B.0910.3.23 i
LEMBAR PENGESAHAN
TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2
Semester 1 2010/2011
REAKSI HIDROGENASI PARSIAL UNTUK MENINGKATKAN
STABILITAS OKSIDASI BIODIESEL
Kelompok B.0910.3.23
Agung Satriyadi Wibowo (13007001)
Laras Wuri Dianningrum (13007075)
Catatan
Bandung, Mei 2011
Pembimbing pertama Pembimbing kedua
Dr. Tirto Prakoso Imam Paryanto, M.Sc.
B.0910.3.23 ii
TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2
Reaksi Hidrogenasi Parsial untuk Meningkatkan Stabilitas Oksidasi Biodiesel
Kelompok B.0910.3.23
Agung Satriyadi Wibowo (13007001) dan Laras Wuri Dianningrum (13007075)
Pembimbing
Dr. Tirto Prakoso
Imam Paryanto, M. Sc.
ABSTRAK
Biodiesel adalah solusi alternatif bagi masalah kelangkaan bahan bakar fosil yang
melanda dunia belakangan ini, termasuk Indonesia. Namun, stabilitas oksidasi biodiesel
masih rendah sehingga diperlukan hidrogenasi parsial untuk mengatasinya. Penelitian
ini bertujuan mengetahui pengaruh hidrogenasi parsial terhadap angka iodium dan
komposisi biodiesel. Selain itu, diamati kondisi operasi yang paling optimal
berdasarkan stadard EN 14214.
Penelitian dilakukan menggunakan dua jenis biodiesel, yaitu biodiesel yang berasal dari
olein sawit dan minyak jarak. Hidrogenasi parsial dilakukan selama dua jam untuk
masing-masing run pada pasangan temperatur-tekanan-kecepatan pengadukan yang
bervariasi, yaitu: 80oC-1 atm-500 rpm, 80
oC-3 atm-500 rpm, 120
oC-3 atm-500 rpm, dan
120oC-3 atm-1000 rpm. Katalis yang digunakan adalah Pd/C dan sampel diambil setiap
setengah jam. Purging dilakukan dengan gas H2 sebelum reaksi dan diulangi setiap
setelah pengambilan sampel untuk menghilangkan udara selain H2 dari dalam reaktor.
Hasil analisis menunjukkan bahwa hidrogenasi parsial dapat meningkatkan stabilitas
oksidasi biodiesel jarak dan sawit yang ditunjukkan dengan penurunan angka iodium
dan komposisi asam lemak tidak jenuh. Kondisi operasi yang menunjukkan penurunan
paling tinggi adalah pada temperatur 120oC, tekanan 3 atm, dan kecepatan pengaduk
1000 rpm. Angka iodium biodiesel sawit turun dari 68,28 menjadi 32,30, sedangkan
biodiesel jarak turun dari 97,88 menjadi 79,12. Komposisi asam lemak tidak jenuh turun
hingga 75,49% pada sawit, sedangkan pada jarak turun hingga 36,28%. Kondisi operasi
hidrogenasi yang paling optimal berdasarkan EN 14214 dan SNI untuk jarak adalah
pada suhu 80oC, tekanan 1 atm, dan kecepatan pengadukan 500 rpm. Sedangkan
biodiesel sawit tidak memerlukan hidrogenasi parsial karena telah sesuai dengan
standard yang berlaku.
Kata kunci: stabilitas oksidasi, hidrogenasi parsial, biodiesel
B.0910.3.23 iii
TK-4091 RESEARCH PROJECT 2
Partial Hydrogenation Reaction to Increase Oxidative Stability of Biodiesel
Group B.0910.3.23
Agung Satriyadi Wibowo (13007001) and Laras Wuri Dianningrum (13007075)
Advisor
Dr. Tirto Prakoso
Imam Paryanto, M. Sc.
ABSTRACT
Biodiesel is an alternative solution for scarcity problem of fossil fuels throughout the
world nowadays, including Indonesia. Yet, it’s oxidative stability is still low until
partial hydrogenation is applied to overcome this problem. This research aims to
determine the effect of partial hydrogenation of the quality and physical properties of
biodiesel. In addition, the optimal operation condition based on EN 14214 standard is
also observed.
The research was conducted using two types of biodiesel: biodiesel derived from palm
olein and jathropa oil. Partial hydrogenation is carried out for two hours for each run on
variation of temperature-pressure-stirring rate, namely: 80oC-1 atm-500 rpm, 80
oC-3
atm-500 rpm, 120oC-3 atm-500 rpm, and 120
oC -3 atm-1000 rpm. The catalyst used
was Pd / C and Ampel taken every half hour. Purging is done by H2 gas before reaction
and repeated after sampling to remove air from the reactor in addition to H2.
The result of this research shows that partial hydrogenation can increase oxidative
stability as indicated by the decrease in iodine number and composition of unsaturated
fatty acids. Operation conditions that show the most significant change are 120OC, 3
atm, and 1000 rpm. Iodine value of jatropha oil decrease from 97,88 to 79,12, while
iodine value of palm biodiesel decreased from 68,28 to 32,30. The composition of
unsaturated fatty acid of jatropha biodiesel decrease 36,28%, in other hand unsaturated
fatty acid of palm biodiesel decrease until 75,49%. Optimal operation condition of
hydrogenation based on EN 14214 and SNI for jathropa biodiesel is at 80oC, pressure of
1 atm, and stirring rate at 500 rpm. In the other hand, palm biodiesel does not need
partial hydrogenation because it has already fulfilled the applied standard.
Key words : oxidative stability, partial hidrogenation, biodiesel
B.0910.3.23 iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Swt. yang telah memberikan kemudahan dan kekuatan bagi
penulis sehingga penelitian yang berjudul “Reaksi Hidrogenasi Parsial untuk
Meningkatkan Stabilitas Oksidasi Biodiesel” dapat diselesaikan tepat waktu, yaitu satu
tahun sejak Mata Kuliah TK 4082 Penelitian Teknologi Kimia II dimulai.
Penelitian ini tidak mungkin dapat selesai tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Tirto Prakoso sebagai dosen pembimbing penelitian.
2. Imam Paryanto, M.Sc. sebagai pembimbing kedua dari pihak Balai
Pengembangan dan Penelitian Teknologi (BPPT), Serpong.
3. Prof. Herri Susanto sebagai Kepala Laboratorium Termofluida dan Sistem
Utilitas Teknik Kimia ITB
4. Mbak Yanti, Mbak Meiti, dan semua anggota Laboratorium Termofluida dan
Sistem Utilitas Teknik Kimia ITB.
5. Khailil Amri dan seluruh petugas laboratorium Gedung BRDST, BPPT, Serpong
6. Dan pihak-pihak lain yang tidak bisa disebutkan satu per satu.
Penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan bidang keilmuan
teknik kimia secara luas. Penulis juga meminta maaf apabila ada hal-hal yang kurang
berkenan dalam laporan ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari
pembaca untuk perbaikan laporan ini.
Bandung, 5 April 2011
Penulis
B.0910.3.23 v
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................... i
ABSTRAK .................................................................................................................................... ii
ABSTRACT ................................................................................................................................. iii
KATA PENGANTAR ................................................................................................................. iv
DAFTAR ISI ................................................................................................................................. v
DAFTAR TABEL ....................................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. viii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah............................................................................................................ 4
1.3 Tujuan ............................................................................................................................... 5
1.4 Ruang Lingkup ................................................................................................................. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................................. 6
2.1 Sejarah Biodiesel .............................................................................................................. 6
2.2.1 Olein Sawit ...................................................................................................................... 8
2.2.2 Minyak Jarak (Jatropha curcas sp) ................................................................................. 10
2.4 Parameter – Parameter Uji ............................................................................................. 14
2.4.1 Stabilitas Oksidasi .......................................................................................................... 14
2.4.2 Angka Iodium ................................................................................................................ 16
2.4.3 Standar Baku Mutu Biodiesel ....................................................................................... 17
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ..................................................................................... 19
3.1. Metodologi ....................................................................................................................... 19
3.2. Percobaan ......................................................................................................................... 19
3.2.1. Bahan ............................................................................................................................ 19
3.2.2. Alat ................................................................................................................................ 19
B.0910.3.23 vi
3.2.3. Prosedur ........................................................................................................................ 22
3.2.4. Variasi ........................................................................................................................... 25
3.3. Interpretasi Data ............................................................................................................... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................................... 27
4.1 Komposisi Asam Lemak ................................................................................................... 27
4.1.1 Biodiesel Sawit .............................................................................................................. 28
4.1.2 Biodiesel Jarak ............................................................................................................... 31
4.2 Hasil Uji Angka Iodium .................................................................................................... 36
4.2.1 Uji Angka Iodium Biodiesel Sawit ................................................................................ 37
4.2.2 Uji Angka Iodium Biodiesel Jarak ................................................................................. 40
4.3 Uji Stabilitas Oksidasi ....................................................................................................... 42
4.4 Kondisi Operasi Optimal Hidrogenasi Parsial .................................................................. 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................................... 46
5.1 Kesimpulan ....................................................................................................................... 46
5.2 Saran.................................................................................................................................. 46
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................. 48
LAMPIRAN A METODE ANALISIS STANDAR UNTUK ANGKA IODIUM BIODIESEL
ESTER ALKIL DENGAN METODE WIJS (FBI-A04-03) ....................................................... 50
LAMPIRAN B PENGUJIAN TITIK AWAN (ASTM D 2500-91) ........................................... 55
LAMPIRAN C PENGUJIAN TITIK TUANG (ASTM D 97-87) .............................................. 57
LAMPIRAN D PENGUJIAN STABILITAS OKSIDASI (BS EN 14112:2003) ....................... 60
LAMPIRAN E MATERIAL SAFETY DATA SHEET (MSDS) ............................................... 62
LAMPIRAN F HASIL ANALISIS GC-MS ............................................................................... 71
B.0910.3.23 vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Proyeksi penggunaan energi dunia sampai tahun 2025 ................................................ 1
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Sawit ..................................................................... 9
Tabel 2.3 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Jarak ................................................................... 11
Tabel 2.5 Standar Baku Mutu Biodiesel Berdasarkan EN 14214 ............................................... 17
Tabel 2.6 Standar Baku Mutu Biodiesel Berdasarkan SNI ......................................................... 18
Tabel 3.1 Peralatan uji sifat fisik dan komposisi biodiesel ......................................................... 21
Tabel 3.2 Berbagai kondisi reaksi hidrogenasi ........................................................................... 22
Tabel 3.3 Interpretasi data ........................................................................................................... 25
Tabel 3.3 Interpretasi data (lanjutan) .......................................................................................... 26
Tabel 4.4 Slope setiap run hidrogenasi biodiesel sawit .............................................................. 38
Tabel 4.5 Slope setiap run hidrogenasi biodiesel jarak ............................................................... 40
Tabel 4.6 Hasil uji rancimat ........................................................................................................ 42
B.0910.3.23 viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Biodiesel .................................................................................................................... 6
Gambar 2.2 Kernel sawit .............................................................................................................. 9
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Jarak ................................................................... 11
Gambar 2.4 Berbagai biodiesel berdasarkan kandungan asam lemak jenuh, asam lemak
monounsaturated, dan asam lemak polyunsaturated (*khusus untuk Jathropa, sumber berasal
dari BPPT)................................................................................................................................... 12
Gambar 2.5 Skema hidrogenasi .................................................................................................. 14
Gambar 2.6 Peralatan uji rancimat .............................................................................................. 15
Gambar 3.1 Reaktor hidrogenasi ................................................................................................. 20
Gambar 3.2 Gas Chromatography- Mass Spectrometry di Laboratorium BRDST, BPPT ......... 21
Gambar 3.3 Prosedur uji iodium ................................................................................................. 23
Gambar 3.4 Diagram alir penelitian ............................................................................................ 24
Gambar 3.5 Variasi yang digunakan ........................................................................................... 25
Gambar 4.1 Komposisi asam lemak biodiesel sawit sebelum dan setelah dihidrogenasi ........... 28
Gambar 4.2 Komposisi asam lemak biodiesel sawit pada run 4 setiap 30 menit ........................ 30
Gambar 4.3 Komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel sawit setiap 30 menit (run 4)31
Gambar 4.4 Komposisi asam lemak biodiesel jarak sebelum dan setelah dihidrogenasi ........... 31
Gambar 4.5 Komposisi asam lemak biodiesel jarak pada run 8 setiap 30 menit ........................ 33
Gambar 4.6 Komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel jarak setiap 30 menit (run 8) 34
Gambar 4.7 Kurva komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel sawit pada menit ke-
120 untuk setiap run .................................................................................................................... 35
Gambar 4.8 Kurva komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel jarak pada menit ke-120
untuk setiap run ........................................................................................................................... 36
Gambar 4.9 Hasil Uji Angka Iodium Biodiesel Sawit ................................................................ 37
Gambar 4.10 Hasil uji angka iodium biodiesel jarak .................................................................. 40
B.0910.3.23 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Menurut Dermibas, sebagian besar energi yang dikonsumsi di seluruh dunia berasal dari
bahan bakar fosil seperti petroleum, batu bara, dan gas alam. Bahan bakar ini terbatas
keberadaannya dan telah diprediksi akan habis dalam waktu dekat (Ramos dkk., 2008).
Hal ini menyebabkan berbagai negara, khususnya negara maju berlomba-lomba untuk
mencari dan meneliti bahan bakar baru yang dapat menggantikan fungsi bahan bakar
fosil dari sumber yang dapat diperbarui dan lebih ramah lingkungan. Proyeksi
pengunaan energi dunia dapat dilihat dari tabel berikut
Tabel 1.1 Proyeksi penggunaan energi dunia sampai tahun 2025
(Sumber : http://sugiyono.webs.com/paper/p0201.pdf)
Pada dasawarsa terakhir ini, terdapat minat yang cukup besar dalam bidang biodiesel
(metil ester asam lemak/fatty acid methyl ester atau FAME) karena memiliki sifat yang
mirip dengan bahan bakar mesin diesel (Prakoso, 2009). Biodiesel memiliki banyak
keuntungan dibandingkan bahan bakar fosil, diantaranya adalah emisi yang rendah,
mempunyai efek pelumasan baik, ramah lingkungan karena emisinya hampir tidak
mengandung SO2, juga tarikannya lebih besar untuk rpm (rotation per minute) yang
rendah (Moser dkk., 2007; Vyas dkk., 2008; Canacki dkk., 2001).
B.0910.3.23 2
Biodiesel pada umumnya dibuat dari bahan-bahan pangan seperti jagung dan kedelai
(Amerika Serikat), flaxseed dan Brassica napus (terutama di Eropa), tebu (Brazil),
kelapa sawit (Asia Tenggara), dan jarak pagar, terutama di India1. Indonesia merupakan
salah satu negara yang berpotensi dalam pengembangan sumber daya terbarukan ini
karena lahan dan lokasi geografisnya sangat mendukung pertumbuhan tanaman yang
menjadi bahan baku utama biodiesel, seperti jarak pagar dan kelapa sawit. Saat ini di
Indonesia produksi kepala sawit mencapai 20 juta ton dan potensi pabrik biodiesel yang
mencapai 3 juta kiloliter2. Untuk jarak pagar, Lahan Kering Dataran Rendah Iklim
Kering (LKDRIK) di Indonesia tersedia kurang lebih 6 juta ha. Daerah ini tersebar di
Bali dan NTT seluas 2.616.895 ha, Sumatera 470.801 ha, Jawa 962.720 ha, Sulawesi
1.810.930 ha, Maluku dan Papua 582.815 ha.3
Namun, pengunaan biodiesel memiliki keterbatasan yang berkaitan dengan stabilitas
oksidasi dan cold-flow properties (Moser, dkk., 2007). Cold flow properties berkaitan
dengan menurunnya kinerja biodiesel di udara dingin (misalnya: bahan bakar beku,
deposit air di sistem penyaluran bahan bakar kendaraan, aliran bahan bakar dingin,
pengkabutan, dan peningkatan korosi)4. Sifat biodiesel yang membeku pada suhu di
bawah 20oC menjadi masalah utama di negara-negara empat musim. Namun di
Indonesia, hal tersebut tidak menjadi masalah utama karena iklim dan temperatur di
negara ini rata-rata di atas temperatur tersebut. Perhatian utama kini diberikan kepada
masalah stabilitas oksidasi biodiesel yang rendah sehingga berpengaruh kepada kualitas
penyimpanan biodiesel.
Stabilitas oksidasi berkaitan dengan kandungan dari rantai FAME (Fatty Acid Methyl
Ester). Semakin tinggi kandungan asam lemak tak jenuh, semakin rendah stabilitas
oksidasi biodiesel. Hal ini akan mengakibatkan biodiesel tidak dapat disimpan dalam
waktu yang lama karena harus terhindar dari cahaya dan udara bebas yang menjadi
penyebab utama oksidasi. Hal ini tentu saja sangat sulit dilakukan dalam aplikasi di
1 http://www.bppt.go.id/index.php?option=com_content&view=article&id=601:tingkatkan-
penggunaan-biodiesel-sebagai-bahan-bakar-alternatif&catid=50:teknologi-energi 2 idem.
3 http://www.kamase.org/potensi-kekurangan-dan-kelebihan-jarak-pagar/ (9 November 2006)
4 http://blogodril.blogspot.com/2010/03/biofuel-produksi-biofuel-nasional.html (2 November 2010)
B.0910.3.23 3
kehidupan sehari-hari. Selama ini, kualitas biodiesel mengalami penurunan signifikan
seperti terjadi gumming dan peningkatan angka asam dan viskositas karena stabilitas
oksidasinya yang rendah (Wadumesthrige, dkk., 2009).
Cara yang telah dikembangkan untuk mengatasi fenomena ini adalah dengan
penambahan antioksidan dan hidrogenasi parsial. Penambahan antioksidan dengan kata
lain penambahan zat aditif dan meningkatkan kekhawatiran terhadap sifat fisik bahan
bakar dan proses after treatment (Wadumsthrige, dkk., 2009). Hidrogenasi adalah reaksi
kimia antara molekul hidrogen (H2) dan elemen lain atau suatu senyawa yang berfungsi
untuk memutuskan ikatan rangkap yang ada dalam senyawa tersebut. Ikatan rangkap
yang hilang akan menambah kestabilan senyawa terhadap reaksi oksidasi. Hidrogenasi
parsial diharapkan dapat menghasilkan turunan asam lemak yang hanya memiliki satu
ikatan rangkap (asam oleat) sehingga masih berwujud cair dalam suhu kamar. Hal ini
untuk menghindari biodiesel menjadi padat (lilin) ketika digunakan sebagai bahan
bakar.
Penelitian tentang hidrogenasi parsial biodiesel belum banyak di Indonesia. Beberapa di
antaranya menyatakan bahwa hidrogenasi parsial dapat menjadi solusi untuk
meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel (dalam kasus ini jarak dan sawit). Biodiesel
sawit telah memiliki waktu induksi yang memenuhi standar Amerika ASTM D 6751-
07b (minimal 3 jam), namun belum memenuhi standar Eropa EN-14214 (minimal 6
jam) dan WWFC (World Wide Fuel Centre) yaitu minimal 10 jam (Ramos, dkk., 2008).
Fajar dkk. (2010) menyebutkan bahwa biodiesel sawit memiliki waktu induksi lebih
dari 10 jam. Ramos dkk. (2009) menampilkan data stabilitas oksidasi sawit (UNE-EN
14214) sebesar 4 jam. Biodiesel jarak memiliki waktu induksi yang lebih rendah (2-3
jam) sehingga membutuhkan perlakuan yang sesuai untuk meningkatkan stabilitas
oksidasinya agar layak digunakan sebagai bahan bakar. Dari sumber-sumber tersebut
memang terdapat ketidaksamaan data stabilitas oksidasi tergantung dari cara pembuatan
biodiesel dan metode pengukuran stabilitas oksidasinya. Namun beberapa referensi
tersebut (Fajar, dkk., 2010; Sonthisawate, dkk., 2009; Wadumstherige dkk., 2009)
menyimpulkan bahwa hidrogenasi parsial berhasil meningkatkan stabilitas oksidasi
biodiesel.
B.0910.3.23 4
Fajar dkk. (2010) melakukan penelitian tentang hidrogenasi parsial terhadap biodiesel
biodiesel jarak. Hidrogenasi parsial dilakukan selama setengah jam dengan katalis
platina dan paladium (Pd-Pt). Penelitian tersebut menunjukkan bahwa komposisi asam
lemak tak jenuh menurun. Hal tersebut menyebabkan stabilitas oksidasi biodiesel jarak
bertambah dari 1,68 jam menjadi 15 jam (dengan katalis paladium) dan 21,68 jam
(untuk katalis platina). Sonthisawate, dkk. (2009) menggunakan dua macam katalis
untuk reaksi hidrogenasi, salah satunya Pd-Pt. Reaksi dilaksanakan pada tekanan
atmosferik selama 1 jam dengan temperatur bervariasi, yaitu 40, 80, 100, dan 140oC.
Komposisi biodiesel setelah dihidrogenasi terbukti hanya terdiri dari senyawa asam
lemak jenuh dan monounsaturated acid (senyawa asam lemak tak jenuh dengan ikatan
rangkap satu). Selain itu, hidrogenasi pada temperatur 100oC dan 140
oC meningkatkan
stabilitas oksidasi biodiesel sampai lebih dari 24 jam.
1.2 Rumusan Masalah
Biodiesel sawit dan jarak sebagai bahan bakar alternatif ternyata memiliki stabilitas
oksidasi yang rendah, khususnya biodiesel jarak. Hal ini menyebabkan penggunaan
biodiesel masih terbatas karena kondisi biodiesel yang tidak stabil pada masa
penyimpanan. Salah satu cara yang sudah terbukti dapat meningkatkan stabilitas
oksidasi adalah dengan hidrogenasi parsial. Namun, pengaruh hidrogenasi parsial
terhadap sifat fisik biodiesel sawit dan jarak, seperti angka iodium dan komposisi
senyawa asam lemak, harus diteliti lebih jauh untuk membuktikan bahwa reaksi
hidrogenasi parsial benar-benar berperan dalam peningkatan kualitas biodiesel secara
umum.
Selain itu, keberhasilan reaksi hidrogenasi parsial bergantung dari beberapa faktor,
seperti temperatur, tekanan, dan kecepatan pengadukan. Berdasarkan standard biodiesel
yang dijadikan acuan (EN 14214), kondisi optimal hidrogenasi biodiesel berdasarkan
faktor-faktor tersebut belum diteliti. Informasi ini penting untuk dijadikan acuan untuk
menyelenggarakan reaksi hidrogenasi parsial yang lebih efektif di masa yang akan
datang.
B.0910.3.23 5
1.3 Tujuan
Merujuk kepada hal yang telah dibahas pada bagian rumusan masalah sebelumnya,
tujuan penelitian ini adalah
1. Mengetahui pengaruh hidrogenasi parsial terhadap kualitas dan sifat fisik
biodiesel olein sawit dan minyak jarak, seperti stabilitas oksidasi, angka iodium,
dan komposisi senyawa asam lemak.
2. Menentukan kondisi operasi reaksi hidrogenasi parsial yang optimal untuk
biodiesel sawit dan jarak sesuai EN 14214 dan SNI
1.4 Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian yang dilakukan mencakup beberapa hal sebagai berikut:
1. Biodiesel yang digunakan dalam penelitian berasal dari minyak jarak (Jathropa
curcas l.) dan olein sawit yang telah dibuat sebelumnya. Spesifikasi dan metode
pembuatan kedua jenis biodiesel tersebut bukan merupakan bagian dari
penelitian ini kecuali yang berkaitan dengan karakter bahan baku yang
dianalisis.
2. Sistem pengendali temperatur, tekanan, dan kecepatan pengadukan pada reaktor
hidrogenasi dianggap telah berjalan optimal sehingga ketiga besaran tersebut
dapat dianggap konstan pada nilai yang diinginkan selama reaksi hidrogenasi
berlangsung.
3. Uji stabilitas oksidasi dilakukan dengan bantuan Institut Pertanian Bogor dan
tidak dilakukan langsung oleh penulis.
4. Reaktor hidrogenasi yang merupakan jenis batch diasumsikan telah terpasang
dengan baik setiap run sehingga tidak ada udara yang masuk ke dalam reaktor
selain hidrogen selama reaksi berlangsung.
5. Prosedur yang diterapkan pada analisis GC-MS dianggap yang paling
mempresentasikan hasil pemisahan yang optimal untuk komposisi senyawa
asam lemak yang dikaji
B.0910.3.23 6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Biodiesel
Biodiesel mempunyai pengertian luas yang mencakup seluruh bahan bakar diesel yang
dapat berasal dari aktivitas biologi/hayati seperti minyak, lemak, pati, selulosa,
ganggang dan sebagainya5. Berdasarkan Britannica Encyclopedia, biodiesel adalah
bahan bakar yang terbuat dari bahan baku berupa minyak tumbuhan (seperti minyak
kedelai dan minyak sawit) dan digunakan pada mesin diesel dengan cara
mencampurkannya dengan diesel yang berasal dari bahan bakar fosil.
Gambar 2.1 Biodiesel
(Sumber: http://nocameranointervention.wordpress.com/2009/03/24/palm-oil-grower-
defends-expansion/)
Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan bahan bakar
sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr. Rudolf Christian Karl Diesel (Jerman, 1858-
1913) mengembangkan mesin kompresi pertama yang secara khusus dijalankan dengan
minyak tumbuh-tumbuhan. Mesin diesel atau biasa juga disebut Compression Ignition
Engine yang ditemukannya itu merupakan suatu mesin motor dengan konsep penyalaan
yang diakibatkan oleh kompresi atau penekanan campuran antara bahan bakar dan
5 http://lemigas-proses.com/biodiesel-sebagai-bahan-bakar-alternatif/
B.0910.3.23 7
oksigen di dalam suatu mesin motor pada suatu kondisi tertentu6. Namun kemudian
diketahui bahwa kelemahan bahan bakar ini adalah tidak stabil. Namun, pada awal
dekade 80-an biodiesel mulai diperkenalkan secara luas sebagai bahan bakar alternatif.
Saat itu krisis energi tengah melanda dunia sehingga pencarian terhadap sumber daya
baru mulai digalakkan untuk mengantisipasi kelangkaan bahan bakar fosil (Knothe dkk.,
2005).
Menurut Ramadas, pada dasawarsa terakhir ini terdapat minat yang cukup besar dalam
bidang biodiesel (metil ester asam lemak/fatty acid methyl ester atau FAME) karena
memiliki sifat yang mirip dengan bahan bakar mesin diesel (Prakoso dkk., 2010). Selain
itu perkembangan biodiesel yang cukup pesat di berbagai negara juga dipengaruhi oleh
perkembangan standardisasi proses untuk mendapatkan biodiesel dengan kualitas
terbaik. Beberapa di antaranya adalah ASTM (American Society for Testing and
Materials) D6571 dan Standard Eropa EN 14214 yang dijadikan acuan di negara-negara
Eropa (Knothe, 2005).
Di dunia kini telah ada lebih dari 85 pabrik biodiesel dengan kapasitas 500 - 120.000
ton/tahun. Pada 7 tahun terakhir ini 28 negara telah menguji coba pemakaiannya, 21 di
antaranya kemudian memproduksi biodiesel secara komersial7. Bahan bakar ini
memiliki beberapa keuntungan dibandingkan bahan bakar fosil, diantaranya adalah :
1. Aman, karena memiliki flash point yang tinggi
2. Memiliki bilangan setana yang tinggi
3. Pembakaran sempurna (bebas sulfur dan rendah jumlah bilangan asap)
4. Memiliki efek pelumasan terhadap mesin
5. Rendah kualitas emisinya
6. Ramah lingkungan karena emisinya hampir tidak mengandung SO2
7. Pada putaran per menit yang rendah, tarikan yang dihasilkan lebih besar8 (Moser
dkk., 2007; Vyas dkk., 2008; Canacki dkk., 2001)
6 http://203.130.206.51:8081/usuocw/teknik-kimia/oleo-kimia/handout/handout-7
7 http://biodiesel.biodiesel-itb.com/
8 http://bahasa.biodieselindonesia.com/indexxx.php?view=_biodiesel
B.0910.3.23 8
Selain kelebihan, biodiesel juga masih memiliki sejumlah kekurangan dibandingkan
bahan bakar konvensional, yaitu :
1. Derajat kekentalan (viskositas) minyak nabati adalah sepuluh sampai dua puluh kali
viskositas solar (petrodiesel). Sifat fisik ini merupakan penyebab buruknya atomisasi
dan mengakibatkan pembakaran tidak sempurna. Hal ini dibuktikan oleh Madhot
(1921).
2. Nilai kalori lebih rendah, sedang titik tuang lebih tinggi dibanding minyak solar
(energi fosil), sehingga sedikit lebih boros dibanding solar.
3. Tenaga, torsi dan efisiensi sedikit turun dibanding solar. Sebagai contoh, biodiesel
jenis B30 (30% biodiesel - 70% solar) menurunkan tenaga, torsi dan efisiensi sekitar 3%
dibanding solar.9
4. Biodiesel cenderung tidak tahan terhadap oksidasi oleh udara atmosfer, terutama
yang kandungan asam lemak tidak jenuh
2.2 Bahan Baku
Sejumlah minyak nabati dengan komposisi asam lemak yang bervariasi dapat digunakan
untuk bahan baku pembuatan biodiesel. Percobaan kali ini menggunakan olein sawit
dan minyak jarak sebagai bahan baku biodiesel.
2.2.1 Olein Sawit
Olein merupakan produk turunan dari CPO. Semua komponen buah sawit dapat
dimanfaatkan secara maksimal. Buah sawit memiliki daging dan biji sawit (kernel),
dimana daging sawit dapat diolah menjadi CPO (crude palm oil) sedangkan buah sawit
diolah menjadi PK (kernel palm). Ekstraksi CPO rata-rata 20% sedangan PK 2.5%.
Sementara itu cangkang biji sawit dapat dipergunakan sebagai bahan bakar ketel uap.
Sawit banyak digunakan sebagai bahan baku biodiesel karena produksinya yang
melimpah.
9 http://biodiesel.biodiesel-itb.com
B.0910.3.23 9
Gambar 2.2 Kernel sawit
(Sumber : http://www.fooducate.com/blog/tag/saturated-fat/)
Pengukuran stabilitas oksidasi biodiesel sawit menghasilkan waktu induksi sekitar 10
jam. Stabilitas oksidasi dipengaruhi oleh komposisi asam lemak tak jenuh. Komposisi
asam lemak pada biodiesel sawit dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Sawit
Asam Lemak Komposisi (%)
C12:0 Laurat 0,2
C14:0 Miristat 0,5
C16:0 Palmitat 43,4
C16:1 Palmitoleat 0,1
C18:0 Stearat 4,6
C18:1 Oleat 41,9
C18:2 Linoleat 8,6
C18:3 Linolenat 0,3
C20:0 Arachidat 0,3
C22:0 Behenat 0,1
(Sumber: Fajar, dkk., 2010)
B.0910.3.23 10
Hidrogenasi parsial akan meningkatkan komposisi asam lemak jenuh dan menurunkan
asam lemak tak jenuh (asam linoleat dan asam linolenat).
2.2.2 Minyak Jarak (Jatropha curcas sp)
Minyak jarak pagar (Jatropha curcas) dipilih sebagai bahan baku biodiesel karena : (a)
sifat fisika-kimia nya sesuai dengan sifat bahan baku untuk memproduksi biodiesel, (b)
minyak jarak tidak termasuk minyak pangan, (c) tanaman jarak dapat tumbuh baik di
lahan kering/kritis sehingga berpotensi mengubah lahan kritis menjadi lahan yang
produktif (Cornelia, 2000).
Gambar 2.3 Tanaman jarak
(Sumber: http://majarimagazine.com/2009/06/potensi-pengembangan-biodiesel-di-
indonesia/)
Biodiesel jarak memiliki nilai stabilitas oksidasi yang rendah. Pengukuran stabilitas
oksidasi pada biodiesel jarak menghasilkan waktu induksi di bawah 6 jam. Oleh karena
itu, hidrogenasi parsial diperlukan untuk meningkatkan stabilitas oksidasi dari biodiesel
jarak. Stabilitas oksidasi dipengaruhi oleh kandungan asam lemak tak jenuh pada
biodiesel. Komposisi asam lemak pada biodiesel jarak dapat dilihat pada tabel 2.2
B.0910.3.23 11
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Jarak
(Sumber: Fajar, dkk., 2010)
Data sifat fisik biodiesel sawit dan jarak dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.3 Komposisi Asam Lemak Biodiesel Jarak
Ramos, dkk. (2008) mengungkapkan hubungan antara angka iodium dan cold flow
properties, dengan komposisi asam lemak jenuh dan asam lemak bebas yang dimiliki
oleh beberapa biodiesel nabati. Warna hijau adalah daerah optimal di mana biodiesel
tersebut memenuhi Standard Eropa EN 14214, warna kuning menandakan biodiesel
tersebut memiliki angka setana dan angka iodium yang tinggi, dan warna biru
menunjukkan cold flow properties yang bagus. Stabilitas oksidasi yang baik berada di
daerah kuning karena sifat ini berkebalikan dengan cold flow properties. Semakin tinggi
Asam Lemak Komposisi (%)
C12:0 Laurat -
C14:0 Miristat -
C16:0 Palmitat 12,7
C16:1 Palmitoleat 0,7
C18:0 Stearat 5,5
C18:1 Oleat 39,1
C18:2 Linoleat 41,6
C18:3 Linolenat 0,2
C20:0 Arachidat 0,2
C22:0 Behenat -
Sifat Fisik Biodiesel sawit Biodiesel jarak Referensi
Angka iodium
(mg iodium/g)
93-106 57 Achten, dkk., 2008;
Ramos, dkk., 2008;
Stabilitas
oksidasi
4 jam 1,7 jam Ramos, dkk., 2008;
Fajar, dkk., 2010
B.0910.3.23 12
stabilitas oksidasi berarti semakin banyak senyawa asam lemak jenuh sehingga
menurunkan cold flow properties.
Gambar 2.4 Berbagai biodiesel berdasarkan kandungan asam lemak jenuh, asam lemak
monounsaturated, dan asam lemak polyunsaturated (*khusus untuk Jathropa, sumber
berasal dari BPPT)
Biodiesel sawit berada pada daerah kuning, yang berarti telah memiliki angka iodium
dan angka setana yang tinggi. Namun masih belum memenuhi standard EN 14214.
Sebaliknya, biodiesel yang berasal dari jarak terbukti telah memiliki cold flow
properties yang bagus, tetapi tidak memiliki stabilitas oksidasi yang cukup untuk
memenuhi standard EN 14214.
2.3 Hidrogenasi Parsial
Hidrogenasi merupakan salah satu alternatif untuk meningkatkan kestabilan oksidasi
dari biodiesel, selain penambahan antioksidan. Hidrogenasi memiliki prinsip yang
sederhana dan cenderung lebih ekonomis dibandingkan metode yang lain. Prinsipnya
adalah memutus ikatan rangkap dari asam lemak tak jenuh sehingga menurunkan reaksi
Jathropa*
B.0910.3.23 13
oksidasi yang terjadi. 10
Hidrogenasi parsial mengubah asam lemak tak jenuh menjadi asam lemak jenuh yang
mempunyai rantai lurus dan sifat fisik yang berbeda. Selama reaksi hidrogenasi parsial
berlangsung, beberapa molekul asam lemak tak jenuh yang berkonfigurasi cis
mengalami penyusunan ulang menjadi trans yang bentuknya lebih linear dan lebih stabil
secara termodinamika.
Fajar dkk. (2010) melakukan penelitian tentang hidrogenasi parsial terhadap biodiesel
biodiesel jarak. Hidrogenasi parsial dilakukan selama setengah jam dengan katalis
platina dan palladium. Hasil penelitian tersebut dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.4 Komposisi asam lemak bebas pada biodiesel jarak sebelum dan sesudah
hidrogenasi parsial
Asam Lemak Komposisi sebelum
hidrogenasi (%)
Komposisi Setelah
Hidrogenasi (%)
Katalis Pd Katalis Pt
C12:0 0,03 0,04 0,03
C14:0 0,07 0,07 0,07
C16:0 14,19 14,23 14,19
C16:1 0,85 0,80 0,79
C17:0 0,09 0,10 0,10
C18:0 6,71 13,84 17,10
C18:1 39,91 69,56 55,76
C18:2 37,04 0,71 11,04
C18:3 0,18 0,00 0,02
C20:0 0,20 0,21 0,21
C20:1 0,07 0,07 0,11
C22:0 0,03 0,03 0,03
C24:0 0,04 0,04 0,04
Hasil percobaan tersebut menunjukkan bahwa setelah dilakukan hidrogenasi parsial,
komposisi asam lemak tak jenuh pada biodiesel jarak menurun. Hal tersebut akan
10
http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/558hydrogenation.html
B.0910.3.23 14
meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel jarak tersebut. Hidrogenasi parsial pada
percobaan di atas meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel dari 1,68 jam menjadi 15
jam (dengan katalis paladium) dan 21,68 jam (dengan katalis platina).
Skema hidrogenasi pada biodiesel yang umum dapat dilihat sebagai berikut.
Asam linoleat
Asam linolenat
Asam isolinoleat Asam isooleat
Asam stearat
Asam oleat
Gambar 2.5 Skema hidrogenasi
Katalis yang biasa digunakan untuk reaksi hidrogenasi parsial adalah katalis platina atau
katalis paladium. Percobaan ini menggunakan paladium karena harganya lebih murah
ketimbang platina. Katalis ini berwarna hitam karena diberi penyangga berupa karbon.
Katalis ini tidak akan cepat mengalami degradasi ketika digunakan sebagai katalis
hidrogenasi parsial. Katalis juga tidak perlu diganti ketika terjadi pergantian biodiesel
sawit ke biodiesel jarak yang akan dilakukan hidrogenasi parsial. Tetapi, katalis tersebut
perlu direndam dahulu dalam biodiesel yang akan dihidrogenasi parsial.
2.4 Parameter – Parameter Uji
Parameter – parameter uji percobaan ini adalah stabilitas oksidasi dan angka iodium.
2.4.1 Stabilitas Oksidasi
Stabilitas oksidasi adalah salah satu karakteristik penting biodiesel terutama saat
penyimpanan dalam selang waktu yang lama. Stabilitas oksidasi berkaitan dengan
ketahanan biodiesel tersebut dari degradasi yang disebabkan reaksi oksidasi. Faktor
yang mempengaruhi stabilitas oksidasi diantaranya adalah kehadiran udara, panas,
B.0910.3.23 15
logam tertentu, dan antioksidan. Beberapa studi kasus telah dilakukan untuk meneliti
pengaruh reaksi oksidasi terhadap karakteristik biodiesel dan hasilnya menunjukkan
bahwa nilai viskositas, nilai peroksida, dan nilai densitas biodiesel meningkat,
sedangkan panas pembakarannya menjadi berkurang.
Tes induksi Rancimat merupakan tes yang secara luas diterapkan untuk mengukur
kestabilan oksidasi biodiesel. Mekanismenya adalah dengan melewatkan gelembung-
gelelmbung udara pada biodiesel yang telah dipanaskan sampai 110oC. Jumlah rantai
pendek yang berada pada distilat adalah indikator langsung stabilitas oksidasi dari
biodiesel. Tes Rancimat untuk 90 hari penyimpanan juga menunjukkan adanya
kenaikan viskositas, nilai peroksida, dan asam lemak bebas pada biodiesel (Knothe,
2005). Hasil pengukuran ini dinyatakan dalam waktu induksi (induction period), yaitu
waktu yang dibutuhkan sejak pengukuran pertama dimulai sampai proses terbentuknya
32 produk oksidasi mengalami peningkatan (Prakoso, dkk., 2009).
Gambar 2.6 Peralatan uji rancimat
(Sumber:http://www.albemarle.com/Products_and_services/Polymer_additives/Antioxi
dants/Fuel/Biodiesel/_Technical_papers/ALB%20Biodiesel%20Solutions%20200607.p
df)
Pada umumnya, minyak nabati yang dihasilkan dilindungi dari oksidasi oleh kehadiran
antioksidan yang terjadi secara alami (misalnya, tocopherol) sehingga memiliki
stabilitas oksidasi yang tinggi. Namun, proses pembuatan biodiesel di industri
menghilangkan antioksidan alami, menyisakan biodiesel yang tidak terlindung dari
degradasi oksidasi.
B.0910.3.23 16
Stabilitas oksidasi berkaitan erat dengan proses oksidasi yang dialami biodiesel.
Mekanisme oksidasi dibagi menjadi dua, yaitu autooksidasi dan fotooksidasi. Kecepatan
oksidasi dapat sangat bervariasi. Oksidasi didukung oleh kehadiran cahaya, materi
tambahan seperti metal, radikal alami, dan jumlah ikatan rangkap yang dimiliki asam
lemak. Oksidasi berpengaruh terutama pada pemutusan komponen biodiesel menjadi
rantai-rantai asam lemak yang lebih pendek. Oksidasi juga membentuk suatu polimer
(gums) yang tidak larut satu sama lain. Hal ini dapat menyebabkan kegagalan pada
mesin.
Mekanisme oksidasi yang umum diawali dengan penyerangan ikatan rangkap molekul
FAME oleh radikal. Hal ini dipengaruhi oleh panas, cahaya dan faktor pendukung
lainnya. Radikal akan bereaksi dengan oksigen atmosferik membentuk radikal peroksi,
kemudian dilanjutkan dengan proses autooksidasi (autokatalitik). Radikal peroksi sangat
reaktif dan konsentrasinya bertambah secara eksponensial terhadap waktu.11
Dalam minyak nabati, oksidasi dapat mengarah pada pembentukan spesies dengan berat
molekul besar. Selain itu, pengotor berupa logam transisi Grup IV memiliki
kemampuan untuk mengkatalisis autoksidasi radikal bebas dari asam lemak tak jenuh
metil ester. Molekul-molekul ini mengandung bis-allylic hidrogen yang sangat reaktif
yang dapat membentuk radikal bebas. Radikal bebas ini kemudian bereaksi dengan
oksigen untuk membentuk hidroperoksida. Logam katalitik berfungsi mempercepat
dekomposisi hidroperoksida sehingga mempercepat laju autoksidasi. Stabilitas biodiesel
dapat ditingkatkan dengan penambahan antioksidan dan reaksi hidrogenasi.
2.4.2 Angka Iodium
Angka iodium adalah ukuran empirik banyaknya ikatan rangkap di dalam asam-asam
lemak penyusun biodiesel dan dinyatakan dalam sentigram iodium yang diabsorpsi per
gram contoh biodiesel. Satu mol iodium terabsorpsi setara dengan satu mol ikatan
rangkap (dua). Semakin tinggi angka iodium menunjukkan bahwa di dalam sampel
11
http://www.aclinstruments.com/en/fields-of-application/technical-goods/fuels/biodiesel/
B.0910.3.23 17
biodiesel tersebut terdapat ikatan rangkap dalam jumlah yang besar pula. Angka iodium
diharapkan semakin kecil setelah dilakukan hidrogenasi parsial pada biodiesel.
2.4.3 Standar Baku Mutu Biodiesel
Hidrogenasi parsial diharapkan dapat meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel
sehingga mencapai standar baku mutu yang ditetapkan. Standar baku mutu yang
ditetapkan untuk stabilitas oksidasi adalah 3 jam menurut standar Amerika (ASTM D
6751-07b), 6 jam untuk standar Eropa (EN 14214), dan 10 jam untuk standar WWFC
(World Wide Fuel Charter) (Fajar, dkk. 2010). Sedangkan SNI tidak menetapkan
standar untuk stabilitas oksidasi. Namun, ada parameter – parameter lain yang harus
dipenuhi sebagai standar baku mutu biodiesel. Parameter – parameter tersebut berbeda –
beda tergantung pembuat standar tersebut. Tabel 2.4 dan 2.5 menunjukkan standar baku
mutu biodiesel sesuai standar SNI dan stadar EN 14214.
Tabel 2.5 Standar Baku Mutu Biodiesel Berdasarkan EN 14214
(Sumber : http://www.oiltek.com.my/palm_biodiesel.html)
B.0910.3.23 18
Tabel 2.6 Standar Baku Mutu Biodiesel Berdasarkan SNI
No. Parameter Satuan Nilai
1 Titik nyala (mangkok
tertutup)
°C min. 100
2 Titik kabut °C maks. 18
3 Kadar ester alkil %-massa min. 96,5
4 Angka iodium %-massa
(g I2/100 g KOH)
maks. 115
B.0910.3.23 19
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Metodologi
Percobaan ini terdiri dari reaksi hidrogenasi parsial dan analisis sifat – sifat fisik dan
komposisi asam lemak. Perinciannya adalah sebagai berikut :
1. Uji angka iodium dan komposisi biodiesel sebelum reaksi hidrogenasi parsial
dimulai.
2. Pencampuran biodiesel dengan katalis dalam reaktor sambil diumpankan gas H2.
3. Uji angka iodium, stabilitas oksidasi, dan komposisi biodiesel setiap 30 menit dan
setelah reaksi selesai.
3.2. Percobaan
3.2.1. Bahan
Bahan – bahan kimia yang dipakai pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Biodiesel
Biodiesel yang digunakan pada penelitian ini berasal dari jarak dan minyak sawit.
2. Katalis
Katalis yang digunakan pada proses hidrogenasi adalah Pd/C.
3. Gas hidrogen
Gas hidrogen yang digunakan pada proses hidrogenasi adalah hidrogen high purity.
4. Reagen untuk uji iodium
Reagen–reagen yang dipakai pada penelitian ini untuk uji–uji sifat fisik biodiesel
antara lain larutan wijs, kalium iodida, kloroform, kalium dikromat, natrium
tiosulfat pure analyst, aseton, heksan, dan aquades.
3.2.2. Alat
Alat – alat yang dipakai pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
B.0910.3.23 20
1. Reaktor hidrogenasi
Reaktor ini terdiri dari sebuah silinder utama yang memiliki diameter 11 cm dan tinggi
8,25 cm. Reaktor ini memiliki kapasitas 500 mL biodiesel. Di sekelilling silinder
dipasang jaket pelindung agar panas yang dihasilkan reaksi tidak keluar ke lingkungan.
Pressure gauge dan termometer digunakan untuk mengukur tekanan dan temperatur
operasi. Pengatur temperatur dan kecepatan pengadukan memiliki jenis PID controller
sehingga besar penyimpangan nilai temperatur dan kecepatan pengadukan dapat
diminimalisasi.
Gas hidrogen dialirkan melalui selang dari bagian atas reaktor. Selain itu terdapat selang
keluaran untuk purging gas. Sejumlah tertentu katalis Pd/C diletakkan dalam keranjang
kecil yang dipasang pada bagian atas reaktor. Gambar peralatan reaksi hidrogenasi
dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Reaktor hidrogenasi
B.0910.3.23 21
2. Peralatan Uji Sifat Fisik dan Komposisi Biodiesel
Tabel 3.1 Peralatan uji sifat fisik dan komposisi biodiesel
Uji Peralatan
Angka Iodium labu Erlenmeyer bertutup dengan volume 500
mL, labu takar bertutup dengan volume 1000
mL, pipet ukur dengan volume 5, 20, 25, dan
50 mL, neraca analitik dengan ketelitian 0,05
gram, magnetic stirrer, kertas saring, gelas
piala, dan pengukur waktu.
Komposisi senyawa asam
lemak jenuh dan tidak jenuh
GC-MS menggunakan detektor FID (Flame
Ionization Detector) dan kolom jenis Rtx-50 (30m
x 0.25 mm x 0.25 µm). Tipe dan temperatur injeksi
masing-masing adalah split dan 250oC. Gas
hidrogen berfungsi sebagai gas pembawa dengan
laju 73 ml/menit dan tekanan sebesar 11 kPa.
Temperatur oven pada awalnya dijaga pada suhu
80oC selama 3 menit, kemudian suhu berubah
sebesar 8oC/menit sampai 230
oC. Terakhir, suhu
oven dinaikkan sebesar 5oC/menit selama 25
menit. Suhu MS 250oC.
Gambar 3.2 Gas Chromatography- Mass Spectrometry di Laboratorium BRDST, BPPT
B.0910.3.23 22
3.2.3. Prosedur
Prosedur penelitian ini secara umum dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap hidrogenasi
parsial dan tahap analisis komposisi dan sifat fisik biodiesel.
1. Hidrogenasi Parsial
Sejumlah 400 mL (356 g) biodiesel dicampurkan dengan 14 gr katalis Pd/C di dalam
reaktor. Reaktor kemudian ditutup sekaligus dipasang pengaduk. Gas hidrogen dengan
tekanan 2-3 atm dialirkan sebagai purging gas untuk mendorong udara yang ada di
dalam reaktor. Hal tersebut dilakukan agar tidak ada lagi gas oksigen di dalam reaktor.
Adanya gas oksigen akan membuat terjadinya reaksi oksidasi di dalam reaktor yang
akan menurunkan stabilitas oksidasi biodiesel. Setelah 3-5 menit, gas hidrogen ditutup
dan semua valve dipastikan telah tertutup rapat. Reaktor diaduk dengan kecepatan
konstan sambil dipanaskan hingga temperatur di dalam reaktor diamati konstan (lihat
Tabel 3.2). Gas hidrogen lalu dialirkan ke dalam reaktor, sehingga akan terjadi reaksi
hidrogenasi. Setiap selesai pengambilan sampel (tiap 30 menit), dilakukan purge dengan
gas hidrogen untuk membersihkan sisa gas atau udara dari dalam reaktor.
Tabel 3.2 Berbagai kondisi reaksi hidrogenasi
Temperatur
(oC)
Tekanan
(atm)
Kecepatan pengadukan
(rpm)
80 1 500
120 1 500
120 3 500
120 3 1000
2. Analisis dan Uji-Uji
Analisis komposisi asam lemak dilakukan dengan menggunakan gas chromatography-
mass spectrometry. Sekitar 5 µm sampel biodiesel diinjeksikan ke dalam GC-MS untuk
dianalisis komponen-komponen yang terkandung di dalamnya. Lama waktu dari injeksi
sampai hasil pembacaan GC-MS diatur selama 1 jam.
B.0910.3.23 23
Analisis sifat fisik biodiesel digunakan untuk mengetahui sifat fisik biodiesel. Analisis
yang dilakukan adalah :
1. Uji angka iodium
Uji ini dilakukan untuk menentukan banyaknya ikatan rangkap dua yang
terkandung dalam sampel biodiesel. Uji ini menggunakan metode FBI-A04-03
(Metode Wijs).
0.13-0.15 gr
biodiesel15 mL khloroform25 mL reagen Wijs
Pengadukan
20 mL KI 150 mL aquades
Penyimpanan di
tempat gelap
(1 jam)
Pencampuran
Titrasi dengan
Natrium tiosulfat
Angka
iodium
Gambar 3.3 Prosedur uji iodium
B.0910.3.23 24
2. Uji stabilitas oksidasi
Uji ini dilakukan untuk menentukan besarnya nilai stabilitas oksidasi suatu
biodiesel. Uji ini akan dilakukan di Institut Pertanian Bogor berdasarkan BS EN
14112:2003 (Metode Rancimat).
Diagram alir penelitian secara umum adalah sebagai berikut.
Biodiesel sawit/jarak
Uji angka iodium, Uji
stabilitas oksidasi,Uji
Komposisi asam
lemak
Hidrogenasi
parsial
Angka iodium, stabilitas oksidasi,
komposisi asam lemak sampel
awal
30 mL
sampel setiap
30 menit
selama 2 jam
Uji angka iodium, Uji
stabilitas oksidasi,Uji
Komposisi asam
lemak
Angka iodium, stabilitas oksidasi,
komposisi asam lemak sampel
Biodiesel
terhidrogenasi
Gambar 3.4 Diagram alir penelitian
B.0910.3.23 25
3.2.4. Variasi
Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
Gambar 3.5 Variasi yang digunakan
3.3. Interpretasi Data
Interpretasi data pada penelitian ini disajikan pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Interpretasi data
Minyak nabati
olein sawit
jarak pagar
Tekanan gas H2
1 dan 3 atm
Temperatur reaksi hidrogenasi parsial
80oC dan 120oC
Kecepatan Pengadukan
500 rpm dan 1000
rpm
Data Pengolahan Data Hasil
Angka iodium Angka iodium, AI (%-b) =
W
C)N 12,69(B
Angka iodium berguna
untuk mengetahui
banyaknya ikatan rangkap
(asam lemak tidak jenuh)
yang dimiliki biodiesel.
Stabilitas oksidasi Waktu induksi Waktu induksi
menunjukkan berapa lama
biodiesel dapat bertahan
sebelum terjadi reaksi
oksidasi.
B.0910.3.23 26
Tabel 3.3 Interpretasi data (lanjutan)
Analisis
komposisi FA
Puncak-puncak yang terbaca dari GC-MS
dianalisis berdasarkan waktu retensi dan
dicocokkan dengan referensi puncak yang ada.
Komposisi asam lemak
tidak jenuh seharusnya
menurun, diiringi oleh
peningkatan komposisi
asam oleat dan asam lemak
jenuh. Diharapkan tercapai
kondisi di mana komposisi
asam oleat maksimum.
B.0910.3.23 27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Komposisi Asam Lemak
Fokus dari hasil penelitian ini adalah pengamatan terhadap penurunan jumlah asam
lemak tidak jenuh (FFA) karena reaksi hidrogenasi. Seperti yang telah disebutkan pada
tinjauan pustaka, penurunan komposisi FFA yang memiliki ikatan rangkap menjadi
faktor utama dalam peningkatan stabilitas oksidasi biodiesel karena senyawa ini sangat
mudah teroksidasi. Sebagai konsekuensi dari hidrogenasi, maka rasio senyawa asam
lemak jenuh (saturated acid) terhadap FFA akan meningkat. Batasan yang diinginkan
adalah biodiesel yang terbebas dari senyawa polyunsaturated acid agar stabilitas
oksidasinya relatif lebih tinggi namun tidak sampai membuat biodiesel menjadi padat.
Identifikasi senyawa asam lemak menggunakan GC-MS dengan metode yang diatur
agar pembacaan senyawa asam lemak pada rentang asam stearat sampai asam linolenat
dapat optimal. Pada kenyataannya, hasil analisis GC-MS merupakan puncak-puncak
yang tajam dan memiliki waktu retensi yang khas untuk setiap senyawa asam lemak.
Namun, tidak semua puncak-puncak tersebut dapat terpisahkan dengan baik sehingga
interpretasi data yang dilakukan mengandalkan dua sumber, yaitu data library yang
berasal dari database GC-MS dan juga menggunakan kesesuaian trend dengan data
waktu retensi keseluruhan.
Data library yang dimiliki oleh alat tersebut menyediakan informasi seperti waktu
retensi, similarity index (SI), nama molekul, dan berat molekul relatif. Puncak-puncak
yang diamati untuk setiap run bersifat selektif, yaitu hanya puncak-puncak yang
memiliki luas area di atas 0,1% yang diperhitungkan.
Dua jenis biodiesel yang berbeda, olein sawit dan jarak, dianalisis komposisi senyawa
asam lemaknya pada saat sebelum hidrogenasi (t = 0) dan saat reaksi hidrogenasi
berakhir (t = 2 jam) agar perubahan komposisi yang terlihat dapat diamati dengan jelas.
Untuk run 4 dan run 8, analisis GC-MS dilakukan pada setiap sampel (setiap 30 menit)
B.0910.3.23 28
karena secara teori kedua run ini yang menunjukkan perubahan komposisi asam lemak
paling besar.
4.1.1 Biodiesel Sawit
Hasil interpretasi pembacaan GC-MS untuk biodiesel sawit pada run 1, 2, 3, dan 4 pada
waktu 2 jam setelah dihidrogenasi adalah sebagai berikut.
Gambar 4.1 Komposisi asam lemak biodiesel sawit sebelum dan setelah dihidrogenasi
Sawit memang sebagian besar terdiri dari asam lemak jenuh dan monounsaturated acid
sehingga memiliki stabilitas oksidasi awal yang lebih tinggi dibandingkan jarak. Secara
umum dapat terlihat komposisi polyunsaturated acid dari biodiesel sawit sebelum
dihidrogenasi sudah tidak ada. Senyawa monounsaturated acid yang teramati
menujukkan penurunan yang makin besar dengan pertambahan temperatur, tekanan, dan
kecepatan pengadukan. Sesuai dengan sifat reaksi hidrogenasi, komposisi senyawa
asam lemak jenuh akan semakin meningkat sebagai hasil putusnya ikatan rangkap dari
senyawa-senyawa asam lemak bebas.
Untuk mengamati pengaruh perubahan temperatur terhadap efektivitas hidrogenasi, run
1 dan run 2 dapat dijadikan sebagai acuan. Kedua run ini dilakukan pada tekanan 1 atm
dan kecepatan pengadukan 500 rpm. Temperatur reaksi run 1 adalah 80oC, sedangkan
15.85% 22.21%31.14%
85.17% 91.84%
83.65% 77.79%68.86%
14.83% 8.16%
biodiesel sawit run 1 run 2 run 3 run 4
saturated monounsaturated
B.0910.3.23 29
run 2 adalah 120oC. Hasil run 1 menunjukkan bahwa perubahan komposisi yang ada
tidak terlalu signifikan, rata-rata perubahan yang terjadi sekitar 5,8%. Namun, ketika
temperatur dinaikkan menjadi 120oC, kenaikan senyawa asam lemak jenuh menjadi
lebih besar, yaitu tiga kali lipat. Hal ini menunjukkan kenaikan temperatur berpengaruh
terhadap efektivitas reaksi yang terjadi. Temperatur yang semakin tinggi akan
menyebabkan laju reaksi hidrogenasi meningkat sehingga jumlah senyawa asam lemak
yang berubah menjadi senyawa jenuh menjadi jauh lebih banyak.
Untuk mengamati pengaruh perubahan tekanan terhadap efektivitas hidrogenasi, run 2
dan run 3 dapat dijadikan sebagai acuan. Kedua run ini dilakukan pada temperatur
120oC dan kecepatan pengadukan 500 rpm. Tekanan reaksi run 2 adalah 1 atm,
sedangkan run 3 adalah 3 atm. Hasil run 2 menunjukkan bahwa perubahan komposisi
asam lemak sangat signifikan: asam lemak jenuh meningkat sekitar 15% sebagai hasil
perubahan senyawa monounsaturated acid. Bahkan, ketika tekanan dinaikkan menjadi 3
atm, kenaikan senyawa asam lemak jenuh lebih besar (69,32%) sebagai akibat hasil
hidrogenasi asam lemak bebas. Kenaikan ini hampir lima kali dari reaksi yang
tekanannya hanya 1 atm. Tekanan yang makin meningkat terbukti menghasilkan jumlah
senyawa yang terhidrogenasi menjadi lebih banyak.
Hal yang sama dapat diamati dengan adanya perubahan kecepatan pengadukan dari 500
rpm (run 3) menjadi 1000 rpm (run 4). Kedua biodiesel sawit dihidrogenasi pada
tekanan 3 atm dan temperatur 120oC. Berbeda dengan pengaruh kenaikan tekanan,
kenaikan jumlah senyawa asam lemak jenuh tidak terlalu signifikan. Perubahan
komposisi hanya sekitar 6-7%. Tetapi pada run 3 dan 4, jumlah senyawa asam lemak
yang terhidrogenasi adalah yang paling banyak dibandingkan run-run sebelumnya.
Senyawa monosaturated acid kini di bawah 15% dan senyawa asam lemak jenuh
mencapai titik tertinggi pada run 4, yaitu 91,84%. Sedikit lagi salah satu kondisi operasi
(tekanan, temperatur, maupun kecepatan pengadukan) dinaikkan, biodiesel sawit dapat
memadat karena sudah hampir sepenuhnya terdiri dari senyawa karbon jenuh.
Pada run 4 (120oC, 3 atm, dan 1000 rpm), pengaruh lama reaksi hidrogenasi terhadap
perubahan komposisi senyawa asam lemak diamati setiap 30 menit. Pada Gambar 4.2
B.0910.3.23 30
dapat disimpulkan bahwa perubahan komposisi asam lemak sangat signifikan hanya
dalam waktu 120 menit (2 jam). Pada menit ke-120, biodiesel sawit telah sebagian besar
terdiri dari senyawa asam lemak jenuh (91,84%) dan hanya sebagian kecil asam lemak
bebas. Pada kondisi ini reaksi hidrogenasi sebaiknya tidak diteruskan lebih jauh karena
dapat menyebabkan biodiesel menjadi padat dan tidak bisa memenuhi spesifikasi bahan
bakar yang baik.
Gambar 4.2 Komposisi asam lemak biodiesel sawit pada run 4 setiap 30 menit
Khusus untuk komposisi asam stearat (C 18:0), oleat (C 18:1), dan linoleat (C 18:2),
perubahan komposisinya dapat diamati pada gambar 4.3. Senyawa rangkap lainya, yaitu
asam linolenat (C 18:3) tidak terdapat sejak awal karena bahan baku yang digunakan
berasal dari minyak sawit yang sudah disuling sehingga relatif telah bersih dari asam
lemak bebas dengan rangkap tinggi. Dapat diamati bahwa oleat mengalami penurunan
jumlah yang signifikan dan digantikan dengan peningkatan jumlah stearat. Kenaikan
stearat tidak drastis karena kebanyakan penambahan justru terjadi pada senyawa asam
palmitat (C 16:0). Pada analisis pembacaan GC-MS, memang stearat tidak dapat
dideteksi keberadaannya pada menit ke-30 sampai ke-90. Peningkatan yang drastis
terhadap stearat baru ada pada menit ke-120.
15.85%31.40%
41.16%
62.52%
91.84%
83.65%68.60%
58.84%
37.48%
8.16%
biodiesel sawit 30 menit 60 menit 90 menit 120 menit
saturated monounsaturated
B.0910.3.23 31
Gambar 4.3 Komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel sawit setiap 30 menit
(run 4)
4.1.2 Biodiesel Jarak
Hasil interpretasi pembacaan GC-MS untuk biodiesel jarak pada run 5, 6, 7, dan 8
selama 2 jam setelah dihidrogenasi adalah sebagai berikut.
Gambar 4.4 Komposisi asam lemak biodiesel jarak sebelum dan setelah dihidrogenasi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 30 60 90 120 150
Frak
si m
assa
Waktu (menit)
C 18:0
C 18:1
C 18:2
21.66% 24.89% 29.85%38.50%
57.94%
48.91%55.90% 50.30%
53.62%
42.06%29.43%
19.33% 19.84%7.88%
0.00%
biodiesel jarak run 5 run 6 run 7 run 8
saturated monounsaturated polyunsaturated
B.0910.3.23 32
Biodiesel jarak yang belum terhidrogenasi memiliki komposisi asam lemak bebas yang
tinggi, yaitu sekitar 70% dari total senyawa asam lemak. Variasi hidrogenasi dilakukan
dengan prosedur yang sama dengan yang dilakukan pada biodiesel sawit. Reaksi
hidrogenasi dilakukan selama 2 jam dengan hasil yang dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Seiring dengan peningkatan temperatur, tekanan, dan kecepatan pengaduk, senyawa
polyunsaturated acid dapat direduksi sampai mencapai 0% pada run 8. Secara umum,
semua variasi kondisi operasi hidrogenasi yang diterapkan pada percobaan ini
menunjukkan bahwa komposisi senyawa asam lemak bebas dapat berkurang sehingga
pada akhirnya dapat meningkatkan stabilitas oksidasi biodiesel jarak.
Untuk mengkaji parameter operasi yang paling berpengaruh, dilakukan pengamatan
terhadap run 5-6, run 6-7, serta run 7-8. Kenaikan temperatur dari 80oC menjadi 120
oC
berhasil meningkatkan perubahan komposisi senyawa asam lemak jenuh, namun tidak
besar (sekitar 5%). Senyawa monounsaturated acid mengalami peningkatan sebesar 7%
pada run 5 dan menurun jumlahnya pada run 6. Hal ini disebabkan reaksi hidrogenasi
yang juga memutus ikatan rangkap pada senyawa ini sehingga jumlah senyawa asam
lemak jenuh semakin bertambah menjadi 29,85%.
Kenaikan tekanan dari 1 atm menjadi 3 atm meningkatkan perubahan asam lemak jenuh
sebesar 8,65%, sedangkan senyawa monounsaturated acid mengalami peningkatan
sekitar 3%. Perubahan yang cukup drastis terjadi pada senyawa polyunsaturated acid.
Kenaikan tekanan menyebabkan pengurangan asam ini bertambah sekitar 12%.
Kenaikan kecepatan pengadukan secara otomatis akan berpengaruh terhadap kontak
antara gas H2 dengan biodiesel dalam reaktor. Hal ini menyebabkan energi aktivasi
reaksi menjadi lebih cepat dicapai sehingga meningkatkan perolehan reaksi hidrogenasi.
Pada run 7 masih terdapat sekitar 7,88% senyawa polyunsaturated acid, namun ketika
kecepatan pengadukan dinaikkan dua kalinya, senyawa ini tidak lagi terdapat pada
biodiesel jarak hasil run 8. Pada run 8, seluruh asam lemak hanya terdiri dari
monounsaturated acid dan asam lemak jenuh dengan komposisi masing-masing 42,06%
dan 57,94%. Komposisi asam lemak berubah sebesar 11,56 dan 19,44%. Hal ini
B.0910.3.23 33
membuktikan bahwa peningkatan kecepatan pengaduk akan meningkatkan perolehan
reaksi hidrogenasi karena pengadukan menciptakan gaya yang mendispersikan gas H2
secara lebih merata ke seluruh permukaan biodiesel.
Gambar 4.5 Komposisi asam lemak biodiesel jarak pada run 8 setiap 30 menit
Sampel biodiesel jarak setiap 30 menit diamati perubahan komposisinya untuk
mengetahui bagaimana pengaruh lama reaksi hidrogenasi terhap komposisi asam lemak.
Untuk analisis dengan GC-MS, hanya run 8 saja yang diamati karena berdasarkan teori
akan menghasilkan perubahan yang paling signifikan. Hasilnya pada Gambar 4.4
menunjukkan bahwa komposisi asam lemak jenuh mengalami peningkatan sebagai hasil
penambahan dari senyawa asam lemak tidak jenuh yang ikatan rangkapnya telah
terputus selama reaksi. Urutannya adalah penurunan senyawa polyunsaturated acid
dengan berubah menjadi senyawa monounsaturated acid terlebih dahulu, tetapi ternyata
sebagian telah berubah menjadi senyawa asam lemak jenuh sehingga komposisinya juga
meningkat. Dari 30 menit pertama, senyawa asam lemak jenuh terus mengalami
peningkatan walaupun belum semua senyawa polyunsaturated acid habis. Secara teori,
seharusnya hidrogenasi akan menyerang senyawa dengan ikatan yang rangkapnya lebih
banyak, tetapi dapat dilihat bahwa terjadi fluktuasi jumlah senyawa monounsaturated
acid walaupun senyawa polyunsaturated acid belum habis. Pada 30 menit pertama,
19.88% 25.61% 29.50%
48.46%57.94%
46.19%
55.76% 50.69%
45.08%
42.06%33.93%
18.63% 19.82%6.47%
0.00%
biodiesel jarak 30 menit 60 menit 90 menit 120 menit
saturated acid monounsaturated acid polyunsaturated acid
B.0910.3.23 34
sebagian besar senyawa poly- akan berubah menjadi mono-, tetapi setelah itu senyawa
monounsaturated acid juga menjadi sasaran pemutusan ikatan oleh hidrogen sehingga
jumlahnya terus berkurang sampai menit ke-120. Pada selang waktu 90 dan 120 menit,
senyawa polyunsaturated acid terus mengalami penurunan sampai mencapai 0,00%
pada waktu 120 menit hidrogenasi.
Gambar 4.6 Komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel jarak setiap 30 menit
(run 8)
Pada Gambar 4.6 dapat disimpulkan bahwa kecenderungan komposisi asam stearat
selalu meningkat. Hal ini sesuai teori bahwa hidrogenasi akan berakhir pada senyawa
jenuh di mana tidak ada lagi ikatan rangkap yang dapat diputus oleh hidrogen. Oleat
pada awalnya mengalami kenaikan karena hasil pemutusan ikatan dari linoleat, tetapi
kemudian menurun dan berubah menjadi stearat. Komposisi senyawa linoleat sempat
naik di menit ke-60, walaupun sebenarnya kemungkinannya kecil sekali karena
seharusnya komposisinya seharusnya terus menurun dari awal hidrogenasi.
Kemungkinan hal ini dapat terjadi karena ketidaksempurnaan pemisahan dan adanya
senyawa-senyawa pengotor yang ikut terdeteksi di dalam rentang pembacaan GC-MS.
Ketidaksempurnaan pemisahan menjadi mungkin melihat presentase area yang
sebenarnya tidak berbeda jauh antara menit 30 dan 60 (19,03% dan 20,35%), sedangkan
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 30 60 90 120 150
Frak
si m
assa
Waktu ( menit)
C18:0
C18:1
C 18:2
B.0910.3.23 35
keberadaan senyawa pengotor yang waktu retensinya berdekatan menyebabkan
pembacaan GC-MS untuk linoleat menjadi kurang akurat karena bisa saja senyawa
pengotor tersebut sebenarnya merupakan senyawa yang sama. Ditambah lagi dengan
tidak adanya senyawa referensi yang digunakan sebagai acuan awal pembacaan GC-
MS.
Dengan meninjau perubahan komposisi dari kedua jenis biodiesel tersebut, dapat
disimpulkan bahwa tekanan merupakan parameter paling dominan dibandingkan kedua
parameter lainnya pada biodiesel sawit. Hal ini diperkuat dari gambar 4.7 di mana
kemiringan kurva oleat dan stearat yang paling drastis adalah antara run 2 dan 3, yaitu
ketika tekanan operasinya berubah tiga kalinya.
Gambar 4.7 Kurva komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel sawit pada
menit ke-120 untuk setiap run
Pada biodiesel jarak, parameter operasi yang paling dominan tidak sejelas yang
ditunjukkan oleh sawit. Hal itu terlihat pada Gambar 4.8. Komposisi oleat dan linoleat
cenderung fluktuatif sehingga dasar yang lebih tepat adalah dari sebelumnya yang
melihat perubahan komposisi lebih secara umum, yaitu perubahan asam lemak jenuh,
monounsaturated acid, dan polyunsaturated acid. Dari Gambar 4.4, perubahan
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5
Frak
si m
assa
Run
C 18:0
C 18:1
C 18:2
B.0910.3.23 36
komposisi total asam lemak menunjukkan kecepatan pengadukan merupakan faktor
yang paling dominan karena menghasilkan perubahan komposisi total sebesar 38,8%.
Gambar 4.8 Kurva komposisi asam stearat, oleat, dan linoleat biodiesel jarak pada menit
ke-120 untuk setiap run
4.2 Hasil Uji Angka Iodium
Angka iodium dihitung menggunakan prosedur dan reagen wijs (standar FBI-A04-03).
Angka iodium adalah ukuran empirik banyaknya ikatan rangkap di dalam asam-asam
lemak penyusun biodiesel dan dinyatakan dalam sentigram iodium yang diabsorpsi per
gram contoh biodiesel. Satu mol iodium terabsorpsi setara dengan satu mol ikatan
rangkap. Dalam menghitung angka iodium dilakukan proses titrasi oleh natrium
tiosulfat. Angka iodium contoh biodiesel dapat dihitung dengan rumus :
Angka iodium, AI (%-b) = W
C)N 12,69(B
dengan :
C = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi contoh, ml.
B = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi blangko, ml.
N = normalitas eksak larutan natrium tiosulfat.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
4 5 6 7 8 9
Frak
si m
assa
run
C 18:0
C 18:1
C 18:2
B.0910.3.23 37
W = berat eksak contoh biodiesel yang ditimbang untuk analisis, g.
Contoh biodiesel sawit dan jarak dihitung angka iodiumnya sebagai nilai awal yang
akan dibandingkan dengan angka iodium biodiesel yang sama setelah dilakukan reaksi
hidrogenasi parsial. Biodiesel yang telah dilakukan reaksi hidrogenasi parsial selama
120 menit dihitung angka iodiumnya setiap 30 menit.
4.2.1 Uji Angka Iodium Biodiesel Sawit
Hasil uji angka iodium biodiesel sawit dapat dilihat pada gambar 4.5
Gambar 4.9 Hasil Uji Angka Iodium Biodiesel Sawit
Gambar 4.9 menunjukkan bahwa hidrogenasi parsial dapat menurunkan angka iodium
biodiesel sawit. Sampel biodiesel yang diuji memiliki angka iodium awal sebesar 68,28.
Penurunan angka iodium bervariasi tergantung kondisi operasi setiap run. Hal tersebut
akan berdampak kepada meningkatnya nilai stabilitas oksidasi biodiesel sawit. Gambar
4.5 juga menunjukkan bahwa run 4 memiliki penuruan yang paling tajam diikuti oleh
run 3, run 2, dan run 1. Slope dari keempat garis mempertegas hasil tersebut. Slope
untuk keempat run dapat dilihat pada tabel 4.4. Semakin besar nilai slope maka
penurunan angka iodium akan semakin tajam. Hal tersebut menunjukkan penurunan
angka iodium yang semakin besar untuk selang waktu yang sama. Keempat garis pada
Gambar 4.9 menunjukkan variasi dari tiga parameter uji yaitu temperatur, tekanan, dan
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
65.00
70.00
0 20 40 60 80 100 120 140
Run 1 (80 C,1 atm, 500 rpm)
Run 2 (120 C, 1 atm, 500 rpm)
Run 3 (120 C, 3 atm, 500 rpm)
Run 4 (120 C, 3 atm, 1000 rpm)
B.0910.3.23 38
kecepatan pengadukan.
Tabel 4.4 Slope setiap run hidrogenasi biodiesel sawit
Run ke- Slope
Run 1 -0,043
Run 2 -0,099
Run 3 -0,173
Run 4 -0,223
Tabel 4.4 menunjukkan bahwa run 4 yang beroperasi pada tekanan 3 atm, temperatur
120 OC, dan kecepatan pengaduk 1000 rpm menghasilkan penurunan angka iodium
yang paling signifikan untuk rentang waktu yang sama. Tanda negatif pada tabel 4.4
bukan menunjukkan besar dari slope, melainkan menunjukkan bahwa setiap run
menghasilkan garis yang menurun. Oleh karena itu, tabel 4.4 dapat diartikan
menghasilkan slope run 4 adalah yang paling besar diikuti oleh run 3, run 2, dan run 1.
Tabel 4.4 juga menunjukkan perbedaan slope terbesar adalah antara run 2 dan run 3.
Hal tersebut menunjukkan variasi kedua run menghasilkan perbedaan angka iodium
yang terbesar. Seperti telah disebutkan sebelumnya, variasi yang diberikan pada run 2
dan run 3 adalah tekanan. Hal tersebut menunjukkan bahwa tekanan adalah parameter
yang paling berpengaruh pada reaksi hidrogenasi parsial biodiesel.
Pengaruh temperatur terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada run 1 (garis
biru) dan run 2 (garis merah). Temperatur yang digunakan pada run 1 adalah 80 OC
sedangkan untuk run 2 adalah 120OC. Dengan membandingkan kedua run tersebut dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur operasi, maka akan semakin besar pula
penurunan angka iodium biodiesel sawit. Run 1 menurunkan angka iodium dari 68,28
menjadi 61,31 sedangkan run 2 menurunkan angka iodium menjadi 61,24. Dari kedua
run tersebut terlihat bahwa pengaruh temperatur terhadap reaksi hidrogenasi parsial
tidak menghasilkan perbedaan penurunan angka iodium yang signifikan.
Pengaruh tekanan terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada run 2 (garis
B.0910.3.23 39
merah) dan run 3 (garis hijau). Tekanan yang digunakan pada run 2 adalah 1 atm
sedangkan untuk run 3 adalah 3 atm. Dengan membandingkan kedua run tersebut dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi tekanan operasi, maka akan semakin besar pula
penurunan angka iodium biodiesel sawit. Run 2 menurunkan angka iodium dari 68,28
menjadi 61,24 sedangkan run 3 menurunkan angka iodium menjadi 41,43. Dari kedua
run tersebut terlihat bahwa pengaruh tekanan terhadap reaksi hidrogenasi parsial
menghasilkan perbedaan penurunan angka iodium yang signifikan.
Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada
run 3 (garis hijau) dan run 4 (garis ungu). Kecepatan pengadukan yang digunakan pada
run 3 adalah 500 rpm sedangkan untuk run 4 adalah 1000 rpm. Dengan membandingkan
kedua run tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan,
maka akan semakin besar pula penurunan angka iodium biodiesel sawit. Run 3
menurunkan angka iodium dari 68,28 menjadi 41,43 sedangkan run 4 menurunkan
angka iodium menjadi 32,30. Dari kedua run tersebut terlihat bahwa pengaruh
kecepatan pengadukan terhadap reaksi hidrogenasi parsial menghasilkan perbedaan
penurunan angka iodium yang cukup besar namun tidak sebesar penurunan angka
iodium oleh pengaruh tekanan.
Dari hasil uji angka iodium, dapat disimpulkan bahwa tekanan adalah parameter yang
paling berpengaruh terhadap reaksi hidrogenasi parsial biodiesel sawit. Hal tersebut
dapat terjadi karena reaksi yang berlangsung adalah reaksi dengan fasa gas dan cair.
Pengaruh tekanan terutama berlaku untuk reaksi pada fasa gas. Untuk reaksi fasa gas,
tekanan parsial dari komponen akan berpengaruh terhadap reaksi.
B.0910.3.23 40
4.2.2 Uji Angka Iodium Biodiesel Jarak
Gambar 4.10 Hasil uji angka iodium biodiesel jarak
Gambar 4.10 menunjukkan bahwa hidrogenasi parsial dapat menurunkan angka iodium
biodiesel jarak. Sampel biodiesel yang diuji memiliki angka iodium awal sebesar 97.88.
Penurunan angka iodium bervariasi tergantung kondisi operasi setiap run. Hal tersebut
akan berdampak kepada meningkatnya nilai stabilitas oksidasi biodiesel sawit. Gambar
4.10 juga menunjukkan bahwa run 4 memiliki penuruan yang paling tajam diikuti oleh
run 3, run 2, dan run 1. Slope dari keempat garis mempertegas hasil tersebut. Slope
untuk keempat run dapat dilihat pada tabel 4.5. Semakin besar nilai slope maka
penurunan angka iodium akan semakin tajam. Hal tersebut menunjukkan penurunan
angka iodium yang semakin besar untuk selang waktu yang sama. Keempat garis pada
Gambar 4.10 menunjukkan variasi dari tiga parameter uji yaitu temperatur, tekanan, dan
kecepatan pengadukan.
Tabel 4.5 Slope setiap run hidrogenasi biodiesel jarak
Run ke- Slope
Run 5 -0,111
Run 6 -0,121
Run 7 -0,281
Run 8 -0,367
75.00
80.00
85.00
90.00
95.00
100.00
0 20 40 60 80 100 120 140
Run 5 (80 C, 1 atm, 500 rpm)
Run 6 (120 C, 1 atm, 500 rpm)
Run 7 (120 C, 3 atm, 500 rpm)
Run 8 (120 C, 3 atm, 1000 rpm)
B.0910.3.23 41
Tabel 4.5 menunjukkan bahwa run 8 yang beroperasi pada tekanan 3 atm, temperatur
120 OC, dan kecepatan pengaduk 1000 rpm menghasilkan penurunan angka iodium
yang paling signifikan untuk rentang waktu yang sama. Tanda negatif pada tabel 4.5
bukan menunjukkan besar dari slope, melainkan menunjukkan bahwa setiap run
menghasilkan garis yang menurun. Oleh karena itu, tabel 4.5 dapat diartikan
menghasilkan slope run 8 adalah yang paling besar diikuti oleh run 7, run 6, dan run 5.
Tabel 4.5 juga menunjukkan perbedaan slope terbesar adalah antara run 6 dan run 7.
Hal tersebut menunjukkan variasi kedua run menghasilkan perbedaan angka iodium
yang terbesar. Seperti telah disebutkan sebelumnya, variasi yang diberikan pada run 6
dan run 7 adalah tekanan. Hal tersebut menunjukkan bahwa tekanan adalah parameter
yang paling berpengaruh pada reaksi hidrogenasi parsial biodiesel.
Pengaruh temperatur terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada run 1 (garis
biru) dan run 2 (garis merah). Temperatur yang digunakan pada run 1 adalah 80 OC
sedangkan untuk run 2 adalah 120OC. Dengan membandingkan kedua run tersebut dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur operasi, maka akan semakin besar pula
penurunan angka iodium biodiesel sawit. Run 1 menurunkan angka iodium dari 97,88
menjadi 81,08 sedangkan run 2 menurunkan angka iodium menjadi 80,54.
Pengaruh tekanan terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada run 2 (garis
merah) dan run 3 (garis hijau). Tekanan yang digunakan pada run 2 adalah 1 atm
sedangkan untuk run 3 adalah 3 atm. Dengan membandingkan kedua run tersebut dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi tekanan operasi, maka akan semakin besar pula
penurunan angka iodium biodiesel jarak. Run 2 menurunkan angka iodium dari 97,88
menjadi 80,54 sedangkan run 3 menurunkan angka iodium menjadi 79,48.
Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap reaksi hidrogenasi parsial dapat dilihat pada
run 3 dan run 4. Kecepatan pengadukan yang digunakan pada run 3 adalah 500 rpm
sedangkan untuk run 4 adalah 1000 rpm. Dengan membandingkan kedua run tersebut
dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan, maka akan semakin
besar pula penurunan angka iodium biodiesel jarak. Run 3 menurunkan angka iodium
dari 97,88 menjadi 79,48 sedangkan run 4 menurunkan angka iodium menjadi 79,12.
B.0910.3.23 42
Secara umum, pengaruh setiap parameter terhadap penurunan angka iodium biodiesel
jarak tidak jauh berbeda. Namun jika kita lihat dari hasil uji angka iodium secara
kuantitatif, maka dapat dilihat bahwa tekanan menghasilkan penurunan angka iodium
yang paling besar. Hal tersebut dapat terjadi karena reaksi yang berlangsung adalah
reaksi dengan fasa gas dan cair. Pengaruh tekanan terutama berlaku untuk reaksi pada
fasa gas. Untuk reaksi fasa gas, tekanan parsial dari komponen akan berpengaruh
terhadap reaksi.
4.3 Uji Stabilitas Oksidasi
Uji ini dilakukan oleh pihak Institut Pertanian Bogor menggunakan metode Rancimat.
Tetapi hasil yang diperlihatkan ternyata masih belum sesuai dengan analisis komposisi
dan asam lemak yang dilakukan oleh penulis. Kecenderungan umum menunjukkan
semakin lama reaksi hidrogenasi justru menurunkan stabilitas oksidasi. Hal ini tidak
sesuai dengan teori dan referensi. Dari awal waktu induksi yang diperoleh sudah sangat
kecil dan tidak adanya pengujian stabilitas oksidasi untuk bahan baku membuat hasil uji
yang ditampilkan di sini jadi kurang bisa dipertanggungjawabkan. Karena memang
penulis sama sekali tidak terlibat selama proses pengujian, maka hasil ini ditampilkan
sebagai bahan evaluasi dan tidak dibahas lebih lanjut.
Tabel 4.6 Hasil uji rancimat
No Sampel Waktu induksi
(Jam)
1 Run 1 30' 0,97
2 Run 1 60' 0,58
3 Run 1 90' 0,18
4 Run 2 30’ 1,19
5 Run 2 60’ 0,49
6 Run 2 90' 0,18
7 Run 3 30' 1,02
8 Run 3 60' 1,38
9 Run 3 90' 0,49
10 Run 4 30' 1,14
11 Run 4 60' 0,73
12 Run 4 90' 0,37
13 Run 5 30' 0,32
14 Run 5 60' Tidak Terukur
B.0910.3.23 43
Tabel 4.6 Hasil uji rancimat (lanjutan)
15 Run 5 90' Tidak Terukur
16 Run 6 30' 0,18
17 Run 6 60' 0,35
18 Run 6 90' 0,31
19 Run 7 30' 0,18
20 Run 7 60' 0,18
21 Run 7 90' 2,02
22 Run 8 30' 0,41
23 Run 8 60' 0,76
24 Run 8 90' 0,45
4.4 Kondisi Operasi Optimal Hidrogenasi Parsial
Dengan menggunakan variasi temperatur, tekanan, dan kecepatan pengadukan, dan
waktu reaksi hidrogenasi, penelitian ini bermaksud menemukan kombinasi kondisi
operasi yang paling optimal berdasarkan standard EN 14214 dan standard nasional.
Diagram segitiga untuk biodiesel sawit dan jarak sebelum dan sesudah hidrogenasi parsial
selama dua jam dapat dilihat pada gambar 4.11.
Warna kuning pada gambar 4.11 menunjukkan kondisi dimana biodiesel memiliki nilai
stabilitas oksidasi yang tinggi, namun CFP yang tidak terlalu baik. Warna biru
menunjukkan biodiesel memiliki nilai CFP yang tinggi, namun stabilitas oksidasi yang
B.0910.3.23 44
sebaliknya. Warna hijau menunjukkan daerah dimana biodiesel memiliki nilai stabilitas
oksidasi dan CFP yang optimal menurut standar EN 14214. Namun, standar di
Indonesia mensyaratkan nilai CFP yang tidak terlalu tinggi karena temperatur Indonesia
yang beriklim tropis cenderung lebih panas daripada negara – negara di Eropa, sehingga
masalah plugging akibat memadatnya biodiesel karena temperatur rendah tidak akan
terjadi di Indonesia. Oleh karena itu, posisi di daerah sekitar perbatasan daerah kuning
dan hijau masih memenuhi syarat biodiesel tersebut memiliki kualitas yang baik.
Biodiesel sawit yang digunakan terlihat sebenarnya sudah berada di daerah hijau. Hal
tersebut dapat terjadi karena bahan baku biodiesel yang digunakan adalah minyak sawit
yang sudah terlebih dahulu dipisahkan kandungan stearinnya sehingga biodiesel yang
digunakan memiliki kandungan asam lemak tak jenuh yang rendah. Khusus untuk
bahan baku sawit ini tidak dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kondisi optimal
hidrogenasi karena tidak dibutuhkan pada kasus ini.
Gambar 4.11 menunjukkan bahwa biodiesel jarak sebelum hidrogenasi parsial berada pada
daerah biru. Hal tersebut menunjukkan bahwa biodiesel masih memiliki nilai stabilitas oksidasi
yang rendah. Oleh karena itu biodiesel jarak perlu ditingkatkan nilai stabilitas oksidasinya
menggunakan reaksi hidrogenasi parsial. Kondisi operasi run 5,6,7, dan 8 tidak membuat posisi
biodiesel jarak berada pada daerah hijau. Hal tersebut dapat terjadi karena waktu reaksi yang
terlalu lama. Diperkirakan biodiesel jarak sempat berada pada daerah hijau, namun kemudian
turun ke daerah kuning setelah 2 jam reaksi. Kondisi operasi run 5,6, dan 7 menghasilkan
biodiesel dengan kandungan monounsaturated di atas 50 % dan kandungan polysaturated di
bawah 20%. Nilai tersebut dirasakan merupakan nilai yang optimal untuk standar biodiesel di
Indonesia. Nilai tersebut akan menghasilkan nilai stabilitas oksidasi yang tinggi, namun nilai
CFP yang lebih rendah. Seperti disebutkan sebelumnya, nilai CFP tidak ada di standar SNI
karena suasana tropis di Indonesia menyebabkan temperatur yang cenderung hangat sepanjang
tahun. Hal tersebut menyebabkan masalah plugging karena temperatur rendah tidak akan
terjadi di Indonesia. Kondisi operasi run 8 menghasilkan kandungan monounsaturated
di bawah 50 % dan habisnya kandungan polyunsaturated. Hal tersebut menunjukkan
bahwa lebih dari 50% asam lemak biodiesel telah menjadi jenuh. Dengan demikian,
kondisi biodiesel sudah mulai memadat. Oleh karena itu, kondisi operasi run 4 tidak
disarankan untuk biodiesel jarak.
B.0910.3.23 45
Seperti telah disebutkan sebelumnya, biodiesel sawit telah berada pada daerah hijau
tanpa perlu dilakukan reaksi hidrogenasi parsial. Oleh karena itu, biodiesel sawit tidak
disarankan untuk dilakukan reaksi hidrogenasi parsial karena membutuhkan peralatan
tambahan yang akan menambah biaya produksi. Namun, perlu perlu menjadi catatan
tentang bahan baku pembuatan biodiesel sawit. Sawit yang telah berada pada daerah
hijau dibuat dari olein sawit yang sudah tidak memiliki kandungan polyunsaturated.
Sedangkan untuk biodiesel sawit yang dibuat dari crude palm oil masih perlu dilakukan
penelitian untuk mengetahui daerah biodiesel sawit tersebut pada diagram segitiga.
Setelah diketahui posisinya pada diagram segitiga, dapat diketahui apakah perlu
dilakukan hidrogenasi parsial.
Kondisi operasi yang disarankan untuk biodiesel jarak adalah kondisi operasi run 5 (80
OC, 1 atm, dan 500 rpm), run 6 (120
OC, 1 atm, 500 rpm), dan run 7 (120
OC, 2 atm, 500
rpm). Run 5 memerlukan kebutuhan energi yang paling rendah dibandingkan dengan
run 6 dan run 7. Run 5 memerlukan temperatur yang lebih rendah daripada run 6 dan
memerlukan tekanan yang lebih rendah daripada run 7. Oleh karena itu, kondisi operasi
yang disarankan untuk biodiesel jarak adalah kondisi operasi run 5. Waktu reaksi
hidrogenasi parsial yang paling baik untuk jarak adalah kurang dari 2 jam.
B.0910.3.23 46
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian ini adalah:
1. Hidrogenasi parsial terbukti dapat menaikkan stabilitas oksidasi biodiesel jarak
dan sawit. Hal tersebut dibuktikan dengan menurunnya angka iodium dan
komposisi polyunsaturated dan monounsaturated setiap run dari penelitian ini.
2. Kondisi operasi yang disarankan untuk biodiesel sawit dan jarak adalah
temperatur 80 OC, tekanan 1 atm, dan kecepatan pengadukan 500 rpm selama 2
jam. Kondisi operasi tersebut akan menghasilkan :
Angka iodium biodiesel sawit : 61,24
Kandungan saturated biodiesel sawit : 22,21 %
Kandungan monounsaturated biodiesel sawit : 77,79 %
Angka iodium biodiesel jarak : 81,08
Kandungan saturated biodiesel jarak : 24,89 %
Kandungan monounsaturated biodiesel jarak : 55,90 %
Kandungan polyunsaturated biodiesel jarak : 19,33 %
5.2 Saran
Saran untuk perkembangan penelitian ini selanjutnya adalah:
1. Metode pengujian GC-MS sebaiknya dicari dan diuji yang paling optimal dan
cocok dengan bahan baku biodiesel agar hasil yang didapat lebih akurat dan
dapat dipertanggungjawabkan.
2. Sebaiknya dilakukan pengujian dan analisis GC-MS referensi untuk tiap
senyawa asam lemak agar dapat menjadi acuan dalam pembacaan hasil senyawa
asam lemak yang bervariasi.
B.0910.3.23 47
3. Prosedur reaksi hidrogenasi yang paling sesuai sebaiknya diuji dan diperbarui
terus –menerus agar hasilnya dapat lebih optimal.
4. Faktor penyimpanan sampel biodiesel harus mendapat perhatian utama
disebabkan biodiesel yang sangat sensitif terhadap cahaya dan udara. Oksidasi
yang terjadi dapat menurunkan kualitas biodiesel di tengah masa-masa
penelitian yang berlangsung lama.
5. Setiap uji dan analisis yang merupakan bagian dari penelitian sebaiknya
dilakukan langsung oleh penulis untuk meminimalisasi kesimpang siuran
informasi dan mempermudah pembahasan dan evaluasi jika terjadi kesalahan.
6. Untuk penelitian berikutnya, lebih baik mulai difokuskan pada pencarian kondisi
operasi yang paling optimal untuk reaksi hidrogenasi parsial biodiesel
B.0910.3.23 48
DAFTAR PUSTAKA
1. ACL Instruments,
http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/images/558cistranslino.gif, 2008-2011.
2. ASTM D 97-87, “Standard Test Method for Pour Point of Petroleum Oils”.
3. ASTM D 2500-91, “Standard Test Method for Cloud Point of Petroleum Product”.
4. Canakci, M; Van Gerpen, J., “Biodiesel Production from Oils and Fats with High
Free Fatty Acids”, ASAE Vol. 44 (6), 1429-1436.
5. Cornelia, Melanie, “Telaah Tentang Kemungkinan Memproduksi Biodiesel dari
Minyak Jarak Pagar Sebagai Bahan Pengganti Automotive Diesel Oil”, Laporan
Penelitian S2 Teknik Kimia, Politeknik Sriwijaya, 2000.
6. Fajar, R.; Yubaidah, S.; Ma’ruf, M., “Strategi Formulasi Biodiesel Jatropha untuk
Memenuhi Spesifikasi WWFC 2009: Teknik Blending dengan Biodiesel Sawit dan
Rekayasa Kimia (Partial Hydrogenation)”, Seminar Nasional Thermofluid 2010.
7. FBI-A04-03, “Metode Analisis Standar untuk Angka Iodium Biodiesel Alkil Ester
dengan Metode Wijs”.
8. Knothe, Gerhard; Van Gerpen, J.; Krahl, Jurgen. 2005. The Biodiesel Handbook.
Champaign, Illinois: AOCS Press.
9. Knothe, Gerhard, “Depedence of Biodiesel Fuel Properties on The Structure of
Fatty Acid Alkyl Esters”, Fuel Processing Technology 86 2005, 1059-1070.
10. Moser, Bryan R.; Haas, Michael J.; Winkler, Jill K.; Jackson, Michael A.; Erhan,
Sevim J.; List, Gary R.,”Evaluation of Partially Hydrogenated Methyl Esters of
Soybean Oil as Biodiesel”, Eur. J. Lipid. Sci. Technol. 109 2007, 17-24.
11. Prakoso, Tirto, “Esterifikasi Palm Fatty Acid Distillate”, Proposal Hibah Penelitian
Strategis Nasional DIKTI, 2010.
12. Pravitasari, Anita, “Potensi Pengembangan Biodiesel di Indonesia”,
http://majarimagazine.com/2009/06/potensi-pengembangan-biodiesel-di-indonesia/
, 2009.
13. Ramos, Maria Jesus; Fernandes, Carmen Maria; Casas, Abraham; Rodriguez,
Lourdes; Perez, Angel, “Influence of Acid Composition of Raw Materials on
Biodiesel Properties”, Bioresource Technology 100 2008, 261-268.
14. Sonthisawate, T.; Suemanotham, A.; Yoshimura, Y.; Makoto, T.; Abe, Y.,
“Upgrading of Biodiesel Fuel Quality by Partial Hydrogenation Process” ,
Biodiversity and Their Sustainability Use.
15. Sugiyono, Agus, “Penggunaan Energi dan Pemanasan Global: Prospek bagi
Indonesia”, http://sugiyono.webs.com/paper/p0201.pdf, 2001.
16. Vyas, Amish P.; Subrahmanyan N.; Patel, Payal A., “Production of Biodiesel
Throuh Transesterification of Jatropha Oil Using KNO3/Al2O3 Solid Catalyst”,
Fuel 88 2009, 625-628.
17. Wadumesthrige, Kapila; Salley, Steven O.; Ng, K.Y. Simon, “Effects of Partial
Hydrogenation on the Fuel Properties of Fatty Acid Methyl Esters”, Fuel
Processing Technology 90 2009,1292-1299.
18. YRA, “Tingkatkan Penggunaan Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Alternatif”,
http://www.bppt.go.id/index.php?option=com_content&view=article&id=601:ting
katkan-penggunaan-biodiesel-sebagai-bahan-bakar-alternatif&catid=50:teknologi-
energi, 2010.
B.0910.3.23 49
19. http://lemigas-proses.com/biodiesel-sebagai-bahan-bakar-alternatif/ 20. _______, “Sejarah Pengembangan Biodiesel di Dunia”, http://biodiesel.biodiesel-
itb.com/, 2004-2005.
B.0910.3.23 50
LAMPIRAN A
METODE ANALISIS STANDAR UNTUK ANGKA IODIUM BIODIESEL
ESTER ALKIL DENGAN METODE WIJS (FBI-A04-03)
Definisi
Dokumen Metode Analisis Standar ini menguraikan prosedur untuk menentukan angka
iodium biodiesel ester alkil dengan prosedur dan reagen Wijs. Angka iodium adalah
ukuran empirik banyaknya ikatan rangkap (dua) di dalam (asam-asam lemak penyusun)
biodiesel dan dinyatakan dalam sentigram iodium yang diabsorpsi per gram contoh
biodiesel (%-b iodium terabsorpsi). Satu mol iodium terabsorpsi setara dengan satu mol
ikatan rangkap (dua).
Lingkup
Dapat diterapkan untuk biodiesel yang berupa ester alkil (metil, etil, isopropil, dsj.) dari
asam-asam lemak.
Peralatan
1. Labu iodium – bisa berupa botol atau labu Erlenmeyer bermulut besar dan bertutup
gelas serta berkapasitas 500 ml.
2. Labu-labu takar 1000 ml bertutup gelas, untuk menyiapkan larutan-larutan standar.
3. Pipet seukuran 25 ml untuk memasok larutan Wijs.
4. Pipet 20 ml dengan skala 1 ml, untuk memasok larutan KI 10 %.
5. Pipet 2 – 5 ml dengan skala 1 ml, untuk memasok larutan pati.
6. Pipet 50 ml dengan skala 1 ml untuk memasok akuades.
7. Neraca analitik berketelitian 0,0001 gram.
8. Pelat pengaduk magnetik dengan batang pengaduknya.
9. Kertas saring – Whatman no. 41H atau yang setara.
10. Gelas piala 50 ml.
11. Pengukur waktu (timer).
B.0910.3.23 51
Reagen-reagen
1. Larutan/reagen Wijs (lihat Catatan peringatan dan catatan no. 1).
2. Kalium iodida (KI) – mutu reagen atau p.a. (pro analysis).
3. Karbon tetrakhlorida – mutu reagen (lihat Catatan peringatan). Kenihilan zat-zat
dapat teroksidasi di dalam reagen ini harus diverifikasi dengan mengocok 10 ml
reagen dengan 1 ml larutan jenuh kalium dikhromat dan 2 ml asam sulfat pekat : tak
ada perebakan warna hijau. Jika tidak tersedia, karbon tetrakhlorida boleh diganti
dengan campuran 50 %-v sikloheksan mutu reagen dan 50 %-v asam asetat glasial
mutu reagen (lihat Catatan peringatan).
4. Larutan indikator pati – segar (lihat Catatan no. 2) atau baru disiapkan. Buat pasta
dari 1 gram pati alami yang larut (lihat Catatan no. 3) dan sejumlah kecil akuades.
Tambahkan ke 100 ml akuades yang sedang mendidih dan diaduk. Kepekaannya
harus diuji sebagai berikut : Masukkan 5 ml larutan pati ke dalam 100 ml akuades
dan tambahkan 0,05 ml larutan 0,1 N KI yang masih segar (baru dibuat) serta satu
tetes larutan khlor (dibuat dengan mengencerkan 1 ml larutan natrium hipokhlorit
[NaOCl] 5 %-b, yang tersedia di perdagangan, menjadi 1000 ml). Larutan harus
menjadi berwarna biru pekat dan bisa dilunturkan dengan penambahan 0,05 ml
larutan natrium tiosulfat 0,1 N.
5. Kalium dikhromat – mutu reagen. Sebelum digunakan harus digerus halus dan
dikeringkan pada 105 – 110 oC sampai berberat konstan.
6. Natrium tiosulfat (Na2S2O3.5H2O) – mutu reagen.
Larutan-larutan
1. Larutan kalium iodida (KI) – 100 g/l (larutan 10 %) dibuat dengan melarutkan 100
gram KI ke dalam akuades, disusul dengan pengenceran hingga bervolume 1 liter.
Larutan ini tak boleh kena cahaya.
2. Larutan indikator pati – disiapkan/dibuat dan diuji seperti diuraikan pada no. 4 dalam
bagian “Reagen-reagen”. Asam salisilat (1,25 g/l) boleh dibubuhkan untuk
mengawetkan patinya. Jika sedang tak digunakan, larutan ini harus disimpan di
dalam ruang bertemperatur 4 – 10 oC. Jika disimpan pada kondisi ini, larutan
biasanya stabil selama 2 – 3 minggu. Larutan indikator yang baru harus dibuat jika
B.0910.3.23 52
titik akhir titrasi tidak lagi tajam, atau jika larutan indikator pati gagal dalam uji
kepekaan yang telah diuraikan pada no. 4 dalam bagian “Reagen-reagen”.
3. Larutan natrium tiosulfat 0,1 N. – Dibuat dengan melarutkan 24,8 gram
Na2S2O3.5H2O ke dalam akuades dan kemudian diencerkan sampai 1 liter. Larutan
ini harus distandarkan sebagai berikut : Pipet 25 ml larutan kalium dikhromat standar
(lihat no. 4 di bawah) ke dalam gelas piala 400 ml. Tambahkan 5 ml HCl pekat, 10
ml larutan KI (lihat no. 1 di atas) dan aduk baik-baik dengan batang pengaduk atau
pengaduk magnetik. Kemudian, biarkan tak teraduk selama 5 menit dan selanjutnya
tambahkan 100 ml akuades. Titrasi dengan larutan natrium tiosulfat sambil terus
diaduk, sampai warna kuning hampir hilang. Tambahkan 1 – 2 ml larutan pati dan
teruskan titrasi pelahan-lahan sampai warna biru persis sirna. Maka :
titrasipada dihabiskan yang OSNa lar. ml
2,5OSNa lar. Normalitas
322
322
4. Larutan standar 0,1 N kalium dikhromat – dibuat dengan melarutkan 4,9035 gram
kalium dikhromat kering dan tergerus halus ke dalam akuades di dalam labu takar 1
liter dan kemudian mengencerkannya sampai garis batas-takar pada 25 oC.
5. Larutan/reagen Wijs; lihat no. 1 dalam bagian “Reagen-reagen”.
Prosedur analisis
1. Timbang 0,13 – 0,15 ± 0,001 gram contoh biodiesel ester alkil ke dalam labu iodium.
2. Tambahkan 15 ml larutan karbon tetrakhlorida (atau 20 ml camp. 50 %-v
sikloheksan – 50 %-v asam asetat) dan kocok-putar labu untuk menjamin contoh
larut sempurna ke dalam pelarut.
3. Tambahkan 25 ml reagen Wijs dengan pipet seukuran dan tutup labu. Kocok-putar
labu agar isinya tercampur sempurna dan kemudian segera simpan di tempat gelap
bertemperatur 25 5 oC selama 1 jam.
4. Sesudah perioda penyimpanan usai, ambil kembali labu, dan tambahkan 20 ml
larutan KI serta kemudian 150 ml akuades.
B.0910.3.23 53
5. Sambil selalu diaduk baik-baik, titrasi isi labu dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N
yang sudah distandarkan (diketahui normalitas eksaknya) sampai warna coklat
iodium hampir hilang. Setelah ini tercapai, tambahkan 2 ml larutan indikator pati dan
teruskan titrasi sampai warna biru kompleks iodium – pati persis sirna. Catat volume
titran yang dihabiskan untuk titrasi.
6. Bersamaan dengan analisis di atas, lakukan analisis blanko (tanpa contoh biodiesel,
jadi hanya langkah 2 s/d 4).
Perhitungan
Angka iodium contoh biodiesel dapat dihitung dengan rumus :
Angka iodium, AI (%-b) = W
C)N 12,69(B
dengan :
C = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi contoh, ml.
B = volume larutan natrium tiosulfat yang habis dalam titrasi blangko, ml.
N = normalitas eksak larutan natrium tiosulfat.
W = berat eksak contoh biodiesel yang ditimbang untuk analisis, g.
Catatan peringatan
Larutan Wijs bisa membakar-parah kulit dan uapnya bisa merusak paru-paru serta mata.
Penggunaan lemari asam sangat disarankan. Larutan Wijs tanpa karbon tetrakhlorida
bisa diperoleh dari pemasok-pemasok bahan-bahan kimia laboratorium.
Karbon tetrakhlorida diketahui bersifat karsinogen. Zat ini toksik jika terhisap ,
termakan/terminum serta terabsorpsi ke dalam kulit, serta berdaya narkotik. Zat ini tidak
boleh digunakan untuk menyingkirkan api; pada temperatur tinggi akan terdekomposisi
menghasilkan fosgen (bahan kimia berbahaya). Angka ambang kehadirannya di udara
tempat kerja adalah 10 ppm-v. Karena ini, penanganannya harus dilakukan di dalam
lemari asam.
Asam khlorida (HCl) pekat adalah asam kuat dan akan menyebabkan kulit terbakar.
B.0910.3.23 54
Uapnya menyebabkan peracunan jika terhirup dan terhisap serta menimbulkan iritasi
kuat pada mata dan kulit. Jas dan sarung tangan pelindung harus dipakai ketika bekerja
dengan asam ini. Penanganannya disarankan dilakukan dalam lemari asam yang
beroperasi dengan benar. Pada pengenceran, asam harus selalu yang ditambahkan ke
air/akuades dan bukan sebaliknya.
Asam asetat murni (glasial) adalah zat yang cukup toksik jika terhisap atau terminum.
Zat ini menimbulkan iritasi kuat pada kulit dan jaringan tubuh. Angka ambang
kehadirannya di udara tempat kerja adalah 10 ppm-v.
Catatan bernomor
1. Yang disarankan untuk digunakan adalah “pati kentang untuk iodometri”, karena pati
ini menimbulkan warna biru pekat jika berada bersama ion iodonium. “Pati larut” saja
tak disarankan karena bisa tak membangkitkan warna biru pekat yang konsisten
ketika berkontak dengan ion iodonium. Reagen-reagen berikut diketahui cocok :
“Soluble starch for iodometry”, Fisher S516-100; “Soluble potato starch, Sigma S-
2630; “Soluble potato starch for iodometry”, J.T. Baker 4006-04.
2. Pada temperatur kamar, tenggang waktu antara penyiapan contoh-contoh dan
pentitrasiannya tak boleh lebih dari 1,5 jam.
B.0910.3.23 55
LAMPIRAN B
PENGUJIAN TITIK AWAN
(ASTM D 2500-91)
Alat:
1. Tabung sampel ukuran diameter luar 33,2 – 34,8 mm, tinggi 115 – 125 mm.
ketebalan tidak boleh lebih dari 1,6 mm.
2. Termometer dengan rentang suhu
High cloud and pour -38 sampai +50 OC
Low cloud and pour -80 sampai +20 OC
3. Cork, untuk mengatur posisi tabung sampel.
4. Jacket, dari bahan metal atau gelas, kedap air, bagian dasar rata, dengan ukuran
tinggi115 mm, diameter dalam 44,2 – 45,8 mm. Jacket harus disangga dengan
penyangga yang kuat untuk menghindari getaran dari cooling bath.
5. Disk, dengan tebal 6 mm, diletakkan pada dasar jacket untuk menyangga tabung
sampel.
6. Gasket, bentuk cincin dengan ketebalan 5 mm, untuk memantapkan posisi
tabung sampel dalam jacket. Tujuan pemasangan gasket adalah untuk mencegah
tabung sampel menyentuh dinding jacket.
7. Cooling bath, untuk mendinginkan sampel. Temperatur bath dipertahankan
dengan menggunakan pendingin sebagai berikut :
Air dan es untuk temperatur 10 OC
Es dan kristal NaCl untuk temperatur -12 OC
Es dan kristal CaCl2 untuk temperatur -26 OC
Aseton, metanol atau etanol yang didinginkan dengan campuran es –
garam sampai -12 O
C, dan dengan CO2 padat (es kering) untuk mencapai
temperatur yang diinginkan (sampai -57 O
C)
Prosedur:
B.0910.3.23 56
1. Kondisikan sampel pada temperatur minimal 14 OC di atas titik awan yang
diperkirakan. Buang uap air yang tersisa dengan cara penyaringan dengan kertas
saring sampai sampel benar – benar kering.
2. Tuangkan sampel ke dalam tabung sampel.
3. Tutup tabung dengan cork (dengan termometer), dengan posisi temperatur
menyentuh dasar dan sejajar dengan tabung sampel.
4. Letakkan disk di dasar jacket, lalu letakkan jacket dalam medium pendingin
minimal 10 menit sebelum pengujian. Disk, gasket dan bagian dalam jacket
harus dikeringkan sebelum digunakan. Gasket diletakkan 250 mm dari dasar
jacket lalu masukkan botol sampel ke dalam jacket.
5. Pertahankan suhu pendingin pada temperatur -1 sampai 2 OC.
6. Pada setiap perubahan temperatur thermometer 1 OC, keluarkan tabung sampel
dari jacket dengan cepat, amati apakah terbentuk awan kristal, lalu kembalikan
ke dalam jacket. Langkah ini harus dilakukan dalam waktu 3 detik. Apabila
awan kristal belum terbentuk sampai suhu 10 OC, pindahkan jacket dan tabung
sampel ke dalam pendingin kedua, dan seterusnya dengan rentang temperatur
sebagai berikut:
Tabel E.1. Temperatur pendingin dan rentang temperatur sampel
No Temperatur pendingin (OC) Rentang temperatur sampel (
OC)
1 -1 sampai 2 Sampai 10
2 -18 sampai -15 10 sampai -7
3 -35 sampai -32 -7 sampai -24
4 -52 sampai -49 -24 sampai -41
5 -69 sampai -66 -41 sampai -58
7. Titik awan adalah temperatur pada saat terbentuk awan kristal pada bagian dasar
tabung sampel, dengan pendekatan temperatur sebesar 1 OC.
B.0910.3.23 57
LAMPIRAN C
PENGUJIAN TITIK TUANG
(ASTM D 97-87)
Alat:
1. Tabung sampel, berbentuk silinder, bagian dasar rata, diameter 33,5 mm, dan
tinggi 115 – 125 mm.
2. Termometer dengan rentang suhu
i. High cloud and pour -38 sampai +50 OC
ii. Low cloud and pour -80 sampai +20 OC
iii. Melting point +32 sampai +127 OC
3. Cork, untuk mengatur posisi tabung sampel.
4. Jacket, dari bahan metal atau gelas, kedap air, bagian dasar rata, dengan ukuran
tinggi115 mm, diameter dalam 44,2 – 45,8 mm. Jacket harus disangga dengan
penyangga yang kuat untuk menghindari getaran dari cooling bath.
5. Disk, dengan tebal 6 mm, diletakkan pada dasar jacket untuk menyangga tabung
sampel.
6. Gasket, bentuk cincin dengan ketebalan 5 mm, untuk memantapkan posisi
tabung sampel dalam jacket. Tujuan pemasangan gasket adalah untuk mencegah
tabung sampel menyentuh dinding jacket.
7. Cooling bath, untuk mendinginkan sampel. Temperatur bath dipertahankan
dengan menggunakan pendingin sebagai berikut :
8. Air dan es untuk temperatur 10 OC
9. Es dan kristal NaCl untuk temperatur -12 OC
10. Es dan kristal CaCl2 untuk temperatur -26 OC
11. Aseton, metanol atau etanol yang didinginkan dengan campuran es – garam
sampai -12 O
C, dan dengan CO2 padat (es kering) untuk mencapai temperatur
yang diinginkan (sampai -57 O
C)
B.0910.3.23 58
Prosedur:
1. Masukkan sampel minyak ke dalam tabung sampel. Sebelumnya, panaskan
minyak dalam water bath sehingga cukup cair untuk dituangkan ke dalam
tabung sampel. Apabila sebelumnya sampel telah dipanaskan pada temperatur di
atas 45 OC, maka diamkan sampel pada temperatur ruang selama 24 jam
sebelum pengujian.
2. Tutup tabung dengan cork (dan termometer). Posisi termometer ko-aksial
dengan tabung sampel, dan termometer terendam dalam sampel, dengan
kapilernya terletak 3 mm di bawah permukaan sampel.
3. Pengujian titik tuang :
4. Apabila titik tuang sampel di atas -33 OC, panaskan sampel tanpa pengadukan 9
OC di atas perkiraan titik tuang, minimal sampai 45
OC, di dalam water bath
yang dipertahankan pada suhu 12 OC di atas titik tuang (minimal 48
OC).
Pindahkan tabung sampel ke dalam water bath yang dipertahankan pada suhu 24
OC dan mulai amati titik tuang.
5. Apabila titik tuang sampel di bawah -33 OC, panaskan sampel tanpa pengadukan
sampai suhu 45 OC, di dalam water bath yang dipertahankan pada suhu 48
OC,
dan dinginkan sampai 15 OC dalam air yang dipertahankan pada suhu 6
OC
6. Keringkan disk, gasket, dan bagian dalam jacket. Letakkan disk pada dasar
jacket, dan gasket di sekeliling tabung sampel sekitar 25 mm dari dasar.
Masukkan tabung sampel ke dalam jacket.
7. Dinginkan sampel hingga terbentuk cairan kental, jaga agar sampel tidak
terganggu oleh pergeseran termometer.
8. Lakukan pengamatan pada rentang suhu 3 OC. Pengamatan mulai dilakukan
pada suhu 9 OC di atas perkiraan titik tuang.
9. Setiap 3 OC, keluarkan tabung sampel dari dalam jacket, bersihkan uap air yang
menempel pada dinding tabung, miringkan tabung dan perhatikan apakah terjadi
pergerakan sampel dalam tabung. Prosedur ini harus dilakukan dalam waktu 3
detik.
10. Apabila sampel tidak berhenti mengalir pada suhu 27 OC, pindahkan tabung
sampel ke dalam bath yang memiliki suhu lebih rendah, dengan rentang sebagai
berikut:
B.0910.3.23 59
Tabel F.1. Suhu sampel dan bath
Suhu sampel (OC) Suhu bath (
OC)
+27 OC 0
OC
+9 OC -18
OC
-6 OC -33
OC
-24 OC -51
OC
-42 OC -69
OC
11. Pada saat sampel dalam tabung mulai tidak mengalir, letakkan tabung pada
posisi horizontal selama 5 detik, dan amati dengan teliti. Apabila terjadi
pergerakan sampel, kembalikan tabung ke dalam jacket, dan teruskan pengujian.
12. Lanjutkan pengujian sampai sampel dalam tabung tidak mengalami pergerakan
ketika diletakkan pada posisi horizontal selama 5 detik. Pada saat itu, suhu yang
terbaca pada thermometer merupakan titik tuang sampel.
B.0910.3.23 60
LAMPIRAN D
PENGUJIAN STABILITAS OKSIDASI
(BS EN 14112:2003)
Alat:
1. Filter udara.
2. Pompa udara dengan pengatur laju alir.
3. Vessel.
4. Measurement cell.
5. Elektroda.
6. Measuring and recording apparatus.
7. Thyristor and contact thermometer.
8. Heating block.
Peralatan uji stabilitas oksidasi
Prosedur:
Tabung reaksi berisi 3 gram sampel ditaruh di bagian heating block dengan temperatur
ditetapkan pada 110 OC. Gas murni dialirkan melewati sampel dengan laju alir sebesar
10 L/hr. Uap yang dihasilkan dialirkan ke dalam labu yang berisi 50 mL air dan sebuah
elektroda untuk menghitung konduktivitas. Elektroda dihubungkan dengan Measuring
and recording apparatus. Hal ini mengindikasikan akhir dari induction period ketika
B.0910.3.23 61
konduktivitas meningkat secara signifikan. Hal ini disebabkan oleh disosiasi dari asam
karboksilat yang dihasilkan selama proses oksidasi dan diabsorpsi oleh air. Perubahan
konduktivitas direkam secara simultan untuk mengetahui induction period dan hasilnya
ditunjukkan secara otomatis oleh alat tersebut setiap jamnya.
B.0910.3.23 62
LAMPIRAN E
MATERIAL SAFETY DATA SHEET (MSDS)
E.1 Hidrogen
B.0910.3.23 63
B.0910.3.23 64
E.2 Metanol
B.0910.3.23 65
B.0910.3.23 66
B.0910.3.23 67
B.0910.3.23 68
B.0910.3.23 69
E.3 Biodiesel
B.0910.3.23 70
B.0910.3.23 71
LAMPIRAN F
HASIL ANALISIS GC-MS
Gambar F.1 Hasil analisis GC Biodiesel sawit
B.0910.3.23 72
Gambar F.2 Hasil analisis GC biodiesel jarak
B.0910.3.23 73
Gambar F.3 Hasil analisis GC run 1
B.0910.3.23 74
Gambar F.4 Hasil analisis GC run 2
B.0910.3.23 75
Gambar F.5 Hasil analisis GC run 3
B.0910.3.23 76
Gambar F.6 Hasil analisis GC run 4
B.0910.3.23 77
Gambar F.7 Hasil analisis GC run 5
B.0910.3.23 78
Gambar F.8 Hasil analisis GC run 6
B.0910.3.23 79
Gambar F.9 Hasil analisis GC run 7
B.0910.3.23 80
Gambar F.10 Hasil analisis GC run 8
B.0910.3.23 81
Gambar F.11 Hasil analisis GC run 4 30 menit
B.0910.3.23 82
Gambar F.12 Hasil analisis GC run 4 60 menit
B.0910.3.23 83
Gambar F.12 Hasil analisis GC run 4 90 menit
B.0910.3.23 84
Gambar F.13 Hasil analisis GC run 8 30 menit
B.0910.3.23 85
Gambar F.14 Hasil analisis GC run 8 60 menit
B.0910.3.23 86
Gambar F.15 Hasil analisis GC run 8 60 menit