SINTESIS BIODIESEL (METIL ESTER) DARI MINYAK BIJI

PEPAYA HASIL EKSTRAKSI

1. Citra Kusumadewi (Ketua)

2. Bayu Ardiansah (Anggota 1)

3. Tri Seto Putra Hermawan (Anggota 2)

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Indonesia

2012

1

ABSTRAK

Semakin terbatasnya bahan bakar diesel di dunia menyebabkan adanya kenaikan

harga bahan bakar sehingga berakibat juga pada kesejahteraan masyarakat.

Penggunaan bahan bakar alternatif sangat diperlukan untuk menggantikan peran

bahan bakar diesel yang berasal dari fosil, minyak nabati berpotensi sangat baik

sebagai bahan bakar alternatif. Salah satu sumber minyak nabati yang dapat

digunakan sebagai bahan bakar alternatif ini adalah minyak biji pepaya. Penulisan

Science Project ini bertujuan untuk menghasilkan biodiesel dengan bahan baku

minyak biji papaya melalui reaksi transesterifikasi dengan reagen metanol dan

katalis KOH. Biji pepaya memiliki kadar lemak total lebih dari 60% berat kering

dan terdapat dalam bentuk triasil gliserol. Di dalam biji pepaya juga terkandung

Free Fatty Acid ( FFA) yang tidak terlalu tinggi sehingga tidak terlalu mengurangi

rendemen biodiesel yang dihasilkan. Penelitian ini meliputi pengepresan biji

papaya, ekstraksi, dan proses transesterifikasi. Optimasi reaksi transesterifikasi

dilakukan dengan mencari kondisi optimum perbandingan rasio mol methanol –

minyak dimana dipilih methanol sebagai reagen berlebih, penambahan katalis

basa, dan pengambilan hasil reaksi (biodiesel) setiap 20 menit untuk menggeser

kesetimbangan ke arah hasil reaksi. Pengujian mutu terhadap biodiesel hasil

sintesis dilakukan dengan beberapa standar (spesifikasi) diantaranya angka setana,

titik nyala, titik tuang dan viskositas.

Kata kunci : minyak biji papaya, transesterifikasi, Free Fatty Acid, angka setana, titik nyala, titik tuang, viskositas.

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kelangkaan bahan bakar mesin yang terjadi di dunia mengakibatkan

kenaikan harga bahan bakar itu sendiri, terutama di Indonesia. Peningkatan harga

ini menimbulkan dampak bagi kesejahteraan masyarakat. Berbagai solusi telah

dilaksanakan, termasuk mengganti bahan bakar dengan bahan bakar alternatif

yang dibuat dari minyak nabati. Minyak nabati sangat berpotensi sebagai bahan

bakar alternatif pengganti minyak bumi. Sumber minyak nabati yang biasanya

digunakan adalah biji dan inti biji dari kelapa sawit, kacang-kacangan, dan

berbagai macam buah, seperti pepaya, rambutan, dan sirsak.

Berdasarkan penetapan kuota BBM Bersubsidi yang telah ditetapkan oleh

BPH Migas dalam Surat Keputusan BPH Migas No. 001/PSO/BPH

Migas/KOM/2012 tentang Penetapan Kuota Volume Jenis Bahan Bakar Minyak

Tertentu Per Kabupaten/Kota Yang Didistribusikan Oleh PT. PERTAMINA

(PERSERO) Tahun 2012, kuota bahan bakar diesel untuk kota Pagaralam pada 1

januari – 13 mei 2012 adalah 2.810 KL, namun ternyata realisasinya melebihi

target kuota, yaitu sebesar 3.075 KL, jika hal ini terus terjadi, jumlah stok bahan

bakar diesel akan semakin berkurang, sedangkan kebutuhan masyarakat akan

bahan bakar ini semakin meningkat.

Dengan keadaan seperti ini, penggunaan bahan bakar alternatif sangat

diperlukan. Biodiesel merupakan alternatif untuk bahan bakar diesel golongan D-

2, mengandung metil ester dari minyak tumbuhan dan disebut bahan bakar ramah

lingkungan karena komposisinya berupa karbon sebesar 77%, hidrogen 12%, dan

oksigen 11%, dan sejumlah kecil nitrogen dan belerang. Biodiesel diharapkan

dapat mengurangi kadar karbon dioksida di udara dan berguna untuk menghindari

ketergantungan terhadap minyak bumi impor.

3

Minyak tumbuhan memiliki viskositas yang tinggi, volatilitas rendah dan

sifat alir pada suhu rendah tidak begitu baik sehingga mengakibatkan efek buruk

pada mesin. Salah satu cara untuk meningkatkan kualitas bahan bakar trigliserida

adalah suatu reaksi transesterifikasi dengan alkohol membentuk suatu ester

monoalkil dari asam lemak rantai panjang, dikenal dengan nama biodiesel.

Minyak tumbuhan memiliki beberapa kelebihan yaitu mudah diperbarui. Bahan

bakar ini mudah terbiodegradasi, tidak toksik, dan tingkat emisi rendah, dan

kandungan belerangpun rendah.

Biji pepaya adalah salah satu sumber nabati yang dapat dimanfaatkan

sebagai bahan pembuat biodiesel. Biji pepaya memiliki kandungan minyak/ lemak

yang tinggi yaitu lebih dari 60 % dari berat keringnya. Pepaya merupakan salah

satu tumbuhan yang sangat cocok hidup di Indonesia yang beriklim tropis,

sehingga dapat berbuah sepanjang tahun. Pada tahun 2009, produksi buah pepaya

di Indonesia adalah sebanyak 772.844 ton dengan sentra produksi tersebar di

seluruh wilayah Indonesia, sehingga tidak akan sulit mendapatkan pepaya. Buah

pepaya memiliki banyak gizi dan vitamin, sedangkan bijinya merupakan limbah

dari buah pepaya tersebut. Limbah inilah yang akan diolah sebagai bahan bakar

alternatif biodiesel, karena biji pepaya ini mengandung minyak/ lemak yang

cukup.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya tentang biji kopi

berhasil digunakan sebagai bahan bakar alternatif biodiesel, biji kopi mengandung

minyak/ lemak sebanyak 16-22 % dari berat keringnya. Dari hasil inilah,

diharapkan bahwa biji pepaya dengan kandungan minyak lebih tinggi dibanding

biji kopi dapat digunakan sebagai bahan alternatif (biodiesel).

1.2 Tujuan penelitian

Penulisan ini bertujuan melakukan sintesis biodiesel dari minyak biji

pepaya dan mempelajari karakteristik dari biodiesel yang dihasilkan, sehingga

diharapkan biodiesel dari minyak biji pepaya ini dapat digunakan sebagai

pengganti bahan bakar konvensional.

4

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah

a. Bagi pemerintah diharapkan dapat membantu member solusi bahan

alternatif untuk biodiesel yang mudah didapatkan

b. Bagi masyarakat diharapkan dapat memberi pengetahuan bahwa biji

pepaya yang biasa dijadikan limbah ternyata bias diolah menjadi bahan

bakar biodiesel.

c. Bagi lingkungan, diharapkan biodiesel ini sebagai solusi bagi

kelangkaan bahan bakar diesel, selain itu biodiesel ini berasal dari

minyak nabati sehingga ramah lingkungan dan dapat diperbarui.

1.4 Metodologi Penelitian

Pada penelitian kali ini, biji pepaya dipress dan diekstraksi untuk

mendapatkan minyak biji pepaya. Minyak yang dihasilkan kemudian dimurnikan

terlebih dulu sebelum direaksikan dengan metanol dan katalis KOH untuk

mengubahnya menjadi metil ester (biodiesel). Biodiesel yang terbentuk

dipisahkan dari sistem setiap 20 menit untuk menggeser kesetimbangan ke arah

produk reaksi. Optimasi yang lain adalah dengan menggunakan metanol dalam

jumlah berlebih (mol metanol : minyak = 6 : 1) dan ditambah katalis KOH.

Biodiesel kemudian diuji karakteristiknya berupa indeks setana, titik tuang, titik

nyala, viskositas dan berat jenis.

1.5 Hipotesis

Apabila dilihat dari komposisi asam lemak penyusun trigliseridanya,

dimana paling banyak hanya memiliki satu ikatan rangkap, maka biodiesel hasil

sintesis diharapkan memiliki nilai setana yang bagus. Proses pembuatan biodiesel

ini juga mempertimbangkan berbagai keadaan, seperti rasio mol metanol-minyak,

temperature reaksi, dan penambahan katalis sehingga diharapkan mampu

menghasilkan biodiesel yang memenuhi syarat bahan bakar diesel golongan D-2.

5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel adalah senyawa yang dapat digunakan untuk

mengoperasikan mesin diesel. Senyawa tersebut tentunya harus memiliki

beberapa spesifikasi tertentu agar dapat dijadikan sebagai bahan bakar diesel yang

baik dan aman. Diantara spesiikasi yang harus dipenuhi adalah :

a. Angka Setana

Angka Setana adalah suatu bilangan yang merepresentasikan kualitas

penyalaan dari bahan bakar. Tolok ukur ini didefinisikan sebagai persen volume

n-setana dalam bahan bakar yang terdiri dari campuran n-setana (n-C16H34) dan α-

metil naftalena. Semakin tinggi angka setana, semakin baik kualitas bahan bakar

diesel.

b. Titik Nyala (Flash Point)

Titik nyala merupakan temperatur terendah yang diperlukan suatu materi

untuk dapat menguap dan menyala dengan sendirinya. Hal ini merupakan suatu

parameter mudah atau tidaknya suatu bahan menguap dan terbakar, ataupun

kemudahan bereaksi dengan udara.

c. Viskositas

Viskositas merupakan tahanan alir suatu fluida. Atomisasi efektif dari

bahan bakar pada silinder memerlukan kisaran viskositas tertentu untuk

menghindari kelebihan tekanan pompa.

6

d. Titik Tuang (Pour Point)

Titik tuang adalah temperatur terendah pada saat tidak ada lagi gerakan

pada cairan. Angka ini merepresentasikan kinerja bahan bakan pada kondisi

dingin. Metode yang digunakan untuk penentuan titik tuang yaitu ASTM D 97.

2.2 Minyak Biji Pepaya (Carica papaya L)

Menurut puangsri et al. (2005), minyak yang berasal dari biji pepaya

mengandung asam oleat (78%), asam palmitat (14%), asam stearat (5%), dan

asam linoleat (3,5%). Minyak biji pepaya terdapat dalam bentuk triacylglycerols

(TG) : sn-glycerol oleate-oleate-oleate (OOO) 45,5 % dan 1-palmitoyl dioleoyl

glycerol (POO) + stearoyl-oleoyl-linoleoyl glycerol (SOL) 30,5%. Sedangkan

menurut Eckey (2002), kadar lemak total dalam biji pepaya lebih dari 60% berat

kering.

2.3 Biodiesel

Biodiesel merupakan suatu ester monoalkil dari asam lemak rantai panjang

yang berasal dari sumber yang dapat diberbarui seperti lemak hewan dan minyak

tumbuhan, yang dapat digunakan untuk bahan bakar mesin diesel. Kandungan

utama biodiesel adalah metil ester dari trigliserida dalam minyak tumbuhan yang

diperoleh melalui reaksi transesterifikasi dengan metanol. Hasilnya adalah bahan

bakar yang terdapat persamaan karakteristik dengan bahan bakar diesel

konvensional. Biodiesel dapat langsung digunakan atau sebagai campuran dengan

bahan bakar diesel konvensional.

2.4 Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah reaksi suatu ester (dalam hal ini trigliserida)

dengan alkohol membentuk alkil ester dan gliserol. Katalis asam maupun basa

dapat digunakan untuk mempercepat laju reaksi.

H2C–OOC–R H2C–OH

H2C–OOC–R + 3R’OH <======> 3RCOOR’ + H2C–OH

H2C–OOC–R H2C–OH

7

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Peralatan

Buret

Erlenmeyer

Pemanas (Hot Plate) dengan pengaduk

Termometer

Corong pisah

Soxhlet

Viskometer dan bak viskometer

Piknometer

Pompa vakum

Mesin press

Evaporator Vacuum

3.1.2 Bahan

Biji pepaya kering

Metanol teknis

KOH 1,5% berat

Etanol 95%

Na2SO4 anhidrat

Tanah pemucat

Karbon aktif

n-heksana

Akuades

3.2 Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji Pepaya

8

3.2.1 Pembuatan Minyak Biji Pepaya

Merendam biji pepaya selama 10 menit dalam air mendidih untuk

menghilangkan pengotor, kemudian mengeringkan dengan alat pengering

atau di bawah sinar matahari langsung. Biji pepaya kemudian digiling dan dipress

untuk menghasilkan minyak biji pepaya. Ampasnya kemungkinan masih

mengandung minyak biji pepaya sehingga dilakukan ekstraksi pelarut terhadap

ampas tersebut, pelarut yang digunakan adalah n-heksana. Minyak biji pepaya

sebelum diubah menjadi biodiesel, dilakukan pemurnian terlebih dulu.

3.2.2 Pemurnian Minyak Biji Pepaya

Sebanyak 10 gram sampel dilarutkan dalam 50 mL etanol 95% kemudian

ditempatkan pada labu bulat dan selanjutnya ditambahkan larutan KOH

secukupnya. Campuran tersebut dipanaskan hingga 650C sambil diaduk dengan

pengaduk magnet selama 10 menit. Kemudian ditambahkan 20 mL pelarut n-

heksana, dipindahkan ke corong pisah. Fraksi n-heksana diambil dan ditambahkan

tanah pemucat 2% dari berat minyak yang dimurnikan dan karbon aktif sebanyak

0,2%. Selanjutnya larutan tersebut disaring dengan menggunakan pelarut n-

heksana. Setelah disaring, n-heksana yang digunakan diuapkan dengan evaporator

vacuum.

3.2.3 Reaksi Transesterifikasi

Minyak biji pepaya sebanyak 30 gram, metanol 20 gram, dan 6 mL KOH

1,5% berat dimasukkan dalam labu bulat yang telah dipasang di atas pemanas.

Campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama 2 jam pada suhu 500C.

Kemudian ester dipisahkan setiap 20 menit dari gliserol dengan corong pisah. Hal

ini untuk menggeser kesetimbangan ke arah produk reaksi (biodiesel). Ester hasil

reaksi kemungkinan masih mengandung sisa basa, sehingga dicuci dengan air

panas sampai air cucian netral. Untuk menarik air pada ester, ditambahkan

Na2SO4 anhidrat kemudian disaring. Ester yang sudah bebas air selanjutnya

dipanaskan hingga 850C untuk menguapkan metanol yang masih tertinggal.

3.3 Karakteristik Metil Ester

9

3.3.1 Penentuan Densitas

Untuk menentukan densitas dari metil ester digunakan piknometer.

Pertama-tama piknometer kering ditimbang kemudian sampel dimasukkan

kedalamnya sampai melewati lubang kapiler pada tutup piknometer. Selanjutnya

piknometer yang berisikan sampel ditimbang. Massa metil ester adalah massa

total dikurangi massa piknometer kosong. Densitas metil ester merupakan massa

metil ester dibagi dengan volum metil ester.

3.3.2 Penentuan Titik Didih Tengah

Sebanyak 100 mL metil ester dituangkan ke dalam labu distilasi yang telah

diberi batu didih, selamjutnya dipasangkan pada perangkat distilasi. Pastikan

termometer sudah terpasang. Pemanas dinyalakan dan diatur hingga suhu yang

dibutuhkan untuk mencapai titik didih awal, yaitu sekitar 7-10 menit. Pemanasan

dilanjutkan, sehingga laju kondensasi rata-rata 4,5 mL/ menit. Kemudian

dilakukan pengamatan dan pencatatan pembacaan thermometer pada setiap

penambahan 10% distilat.

3.3.3 Penentuan Angka Setana (ASTM-D976)

Penentuan angka setana menggunakan persamaan (ASTM-D976)

Angka setana = 454,74 – 1641,416D + 774,74D2 – 0,554B +97,803 (log B)2

dimana D = densitas pada 150C dan B = titik didih tengah metil ester

3.3.4 Penentuan Viskositas Kinematik (ASTM D 445)

Viskometer dimasukkan ke dalam bak yang suhunya dijaga konstan pada

400C. Sampel metil ester dimasukkan ke dalam viskometer dan dipanaskan dalam

waterbath pada suhu 400C selama 30 menit. Sampel ditarik dengan karet bulb

sampai di atas tanda batas pertama. Waktu pengaliran diukur dari batas pertama

sampai batas kedua tabung viskometer. Percobaan ini dulakukan 3 kali sampai

didapat rata-rata yang presisi. Rumus perhitungan viskositas kinematik adalah

10

V = C x t

Dimana ; V = viskositas kinematik; mm2/detik

C = konstanta viskometer yang digunakan; 0,004 (mm2/detik)/detik

t = rata-rata waktu alir; detik

3.3.5 Penentuan Titik Nyala (ASTM D 93)

Sampel dimasukkan kedalam mangkok sampel sampai tanda garis. Suhu

pada alat diatur pada titik perkiraan, jika terjadi nyala sesaat di atas sampel, suhu

yang tertera pada alat dicatat sebagai titik nyala.

3.3.6 Penentuan Titik Tuang

Sampel dimasukkan ke dalam tabung reaksi sampai menempati sepertiga

bagian. Tabung reaksi dimasukkan ke dalam alat pendingin. Jika diamati sampel

sudah tidak bergerak lagi, tabung diangkat dari pendingin. Tabung sedikit

dimiringkan untuk melihat apakah terjadi pergerakan pada minyak. Pengecekan

ini dilakukan maksimal selama 5 detik. Jika masih bergerak, tabung dimasukkan

lagi ke alat pendingin. Suhu dimana permukaan minyak stabil atau tidak berubah

kemiringannya, pada suhu itulah sampel mencapai titik tuangnya.

DAFTAR PUSTAKA

11

1. Dianingtyas.2000. Sintesis Biodiesel (Metil Ester) dari Minyak Goreng Sawit

Bekas. Karya Utama Sarjana Kimia, Jurusan Kimia FMIPA UI, Depok

2. Endriana, Dodi.2007. Sintesis Biodiesel (Metil Ester) dari Minyak Biji Bintaro

(Cerbera odollam Gaertn.) Hasil Ekstraksi. Departemen Kimia FMIPA UI,

Universitas Indonesia. Depok

3. Eckey, E.W. Pepaya. 2008 http://sleekfreak.ath.cx:81/3wdev/INPHO/

VLIBRARY/X0043E/X0043E0E.HTM. [10 September 2012].

4. Hasbi, H. 2007. Sintesis Biodiesel (Metil Ester) Dari Minyak Biji Tanjung

(Mimusops Elengi L.) Hasil Ekstraksi. Departemen Kimia FMIPA UI,

Universitas Indonesia. Depok

5. http://m.tribunnews.com/2012/05/15/tanggapan-pertamina-terkait-masalah-

kelangkaan-bbm , 17 September 2012, Pk. 13.20 WIB

6. Manningara.2006. Sintesis Biodiesel (Metil Ester) dari Minyak Biji Karet

(Hevea brasiliensis) Hasil Ekstraksi. Departemen Kimia FMIPA UI,

Universitas Indonesia. Depok

7. Suwarso, W.P., Gani, I. Y., Kusyanto.1996. Sintesis Biodiesel dari Minyak Biji

Ketapang (Terminalia catappa Linn) yang Berasal dari Pohon Ketapang

yang Tumbuh di Kampus UI Depok. Departemen Kimia FMIPA UI,

Universitas Indonesia. Depok

8. Puangsri, T., S.M. Abdulkarim, H.M. Ghazali. 2005. Properties of Carica

pepaya l. (pepaya) seed oil following extractions using solvent and

aqueous enzymatic methods. http://www.blackwell-synergy.com. [11

September 2012].

12

biodiesel

transesterifikasi

Pemisahan gliserol

Methanol + KOH

Pencucian/ penetralan

Pengeringan (Na2SO4)

LAMPIRAN

DIAGRAM ALIR SINTESIS BIODIESEL DARI MINYAK BIJI PEPAYA/ PAPAYA OIL (PO)

13

pencucian pengeringan

pengepresanekstraksi

PO

Biji

ampas

14