BAB I PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Dewasa ini, kebanyakan produsen bahan bakar memiliki minat terhadap bahan bakar terbarukan alternatif untuk menggantikan atau dicampurkan dengan bahan bakar dari petroleum. Bahan bakar alternatif tersebut dipercaya akan mudah didapatkan, ramah lingkungan dan mampu bersaing baik secara teknologi maupun harga [1]. Penggunaan bahan bakar bio sebagai pengganti bahan bakar fosil saat ini sedang diproduksi dengan intensitas yang meningkat [2]. Salah satu bahan bakar bio yang menjadi perhatian adalah biodiesel. Sekitar 95% dari produksi biodiesel di dunia dikonversi dari minyak yang dapat dikonsumsi. Penggunaan minyak yang dapat dikonsumsi pada produksi biodiesel telah menjadikan minyak yang dapat dikonsumsi serta biodiesel mengalami peningkatan harga hingga 1,5 2 kali lipat dibandingkan harga bahan bakar diesel [3]. Selain itu, penggunaan bahan baku minyak yang dapat dikonsumsi seperti bunga matahari, kelapa sawit, kacang kedelai, kelapa, dll., dapat mengganggu keseimbangan pangan [4]. Adapun upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi masalah biaya produksi biodiesel yaitu dengan menekan biaya bahan baku dengan memanfaatkan minyak jelantah yang merupakan limbah. Selain itu, pemanfaatan minyak jelantah sebagai bahan baku biodiesel tentunya akan mengurangi masalah kontaminasi dikarenakan penggunaan minyak ini akan mengurangi beban pemerintah dalam hal pembuangan limbah, pemeliharaan saluran pembuangan, dan pengolahan limbah minyak Data menunjukkan bahwa konsumsi minyak makan di Indonesia pada tahun 2011 mencapai 7,1 juta ton dan pada tahun 2013 mencapai 8,5 juta ton. [5]. Penelitian pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak jelantah yang telah banyak dilakukan menunjukkan bahwa bahan baku tersebut dapat digunakan untuk memproduksi biodiesel [6-12] Selain itu, penggunaan katalis heterogen untuk produksi biodiesel banyak dilakukan dikarenakan katalis heterogen memiliki keuntungan, diantaranya adalah tidak korosif, mudah dipisahkan dan ramah lingkungan serta ekonomis [13]. 1

2 Beberapa penelitian pembuatan biodiesel memanfaatkan minyak jelantah dan berbagai sumber CaO telah dilakukan [6-8, 10-12] dan diketahui karakteristik biodiesel yang dihasilkan telah memenuhi standar yang ditetapkan. Untuk mendapatkan katalis kalsium oksida (CaO) secara alami, maka kulit telur bekas merupakan sumber biomassa yang baik. Komponen utama dari kulit telur adalah kalsium karbonat (CaCO 3 ). Komponen kalsium karbonat akan dikonversi menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida pada temperatur tinggi [6]. Adapun beberapa penelitian yang dilakukan untuk meningkatkan kinerja katalis dimana salah satunya dilakukan oleh Wu, dkk (2013) yang menyatakan bahwa aktivitas katalis CaO meningkat setelah digunakan dengan zeolit sebagai penyangga. Wu, dkk (2013) membuat katalis dengan menggiling CaO dan zeolit secara bersamaan kemudian dilakukan iradiasi pada campuran tersebut. Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian tersebut menyebutkan bahwa berbagai logam alkali yang diisi pada alumino atau zeolit terbukti merupakan katalis basa padat yang efektif untuk transesterifikasi minyak nabati [14]. Pada penggunaan katalis dan penyangga, katalis akan tersebar pada permukaan zeolit dan bagian dalam zeolit, sehingga mempengaruhi kemampuan katalitik dari katalis tersebut [15]. Untuk mengurangi penggunaan energi dalam pembuatan biodiesel, penelitian ini dilakukan dengan menggunakan katalis paduan CaO dan zeolit alam yang tidak diberikan perlakuan baik secara termal ataupun secara kimiawi dan diuji kemampuan katalis dalam menghasilkan biodiesel. Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini dilakukan dengan menggunakan minyak jelantah berbasis minyak kelapa sawit yang termasuk limbah rumah tangga dan reaktan metanol dengan katalis paduan CaO yang berasal dari limbah cangkang telur ayam dan zeolit alam sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel melalui reaksi transesterifikasi. Tabel 1.1 menunjukkan rangkuman penelitian terdahulu yang melatarbelakangi penelitian ini. 2

3 Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel No Nama Tahun Judul Variabel Hasil 1 Wu, dkk Birla, dkk 2012 Transesterification of Soybean Oil to Biodiesel Using Zeolite Supported CaO As Strong Base Catalysts Kinetics Studies of Synthesis of Biodiesel from Waste Frying Oil Using A Heterogeneous Catalyst Dervied from Snail Shell Minyak kedelai, metanol dan katalis Zeolit berpengisi CaO Kondisi optimal pembuatan biodiesel Minyak jelantah, katalis basa heterogen (cangkang siput yang dikalsinasi), dan metanol Perbandingan mol reaktan, Konsentrasi katalis, Temperatur dan waktu reaksi serta Kinetika reaksi Yield biodiesel melebihi 95% pada kondisi optimum Kondisi optimum operasi : Perbandingan mol bahan baku 9:1, jumlah katalis 3%, temperature 65 o C, waktu reaksi 3 jam, dan jumlah CaO dalam katalis sebesar 30%. Konversi maksimum (99,58%) dan yield (87,18%) diperoleh pada perbandingan mol reaktan 6,03:1, konsentrasi katalis 2% massa, temperatur 60 o C dan waktu reaksi 8 jam 3 Dias, dkk 2013 Effect of The Oil Acidity On The Methanolysis Performances of Lime Catalyst Biodiesel from Waste Frying Oils (WFO) katalis CaO komersial Morfologi katalis sebelum dan sesudah digunakan Mencari katalis basa heterogen yang efisien dan dapat menggantikan katalis kaustik industri Biodiesel dapat diproduksi dari material mentah yang memiliki kualitas tidak bagus menggunakan katalis basa yang tidak mahal, seperti kapur, bahkan tanpa perlakuan menetralisasi FFA atau menghilangkan air. 3

4 Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu (lanjutan) No Nama Tahun Judul Variabel Hasil katalis CaO (kulit kerang) Konversi metil ester untuk katalis Proses yang digunakan : CaO komersial adalah 67,57% Enhancement of Biodiesel Transesterifikasi Solvent-Free sedangkan untuk CaO hasil kalsinasi 4 Niju, dkk 2014 Synthesis Over Highly Active diperoleh konversi 94,25%. CaO Derived From Natural Pengaruh perbandingan bahan Konversi metil ester 94,25% White Bivalve Clam Shell baku Konsentrasi katalis Waktu dan temperature reaksi Kinetika reaksi diperoleh pada konsentrasi katalis 7%, perbandingan mol reaktan 12:1, temperatur 65 o C dan waktu 1 jam 5 Tan, dkk 2015 Waste Ostrich- And Chicken- Eggshells As Heterogeneous Base Catalyst for Biodiesel Production from Used Cooking Oil : Catalyst Characterization And Biodiesel Yield Performance Minyak jelantah, metanol, katalis basa heterogen (dari cangkang telur ayam dan burung unta) Konsentrasi katalis Perbandingan mol reaktan Temperatur dan waktu reaksi Kecepatan pengadukan Reusability katalis Kondisi yang memberikan hasil terbaik adalah konsentrasi katalis 1,5%, perbandingan mol reaktan 12:1, temperatur reaksi 65 o C, waktu reaksi 2 jam dan kecepatan pengadukan 250 rpm Yield maksimum 96% diperoleh untuk katalis dari cangkang telur burung unta dan 94% untuk katalis dari cangkang telur ayam Katalis dapat digunakan sebanyak 5 kali 4

5 Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu (Lanjutan) No Nama Tahun Judul Variabel Hasil Biodiesel Production from katalis pasir pantai yang telah 6 Mucino, dkk 2014 Used Cooking Oil And Sea dikalsinasi Sand As Heterogeneous Catalyst Konsentrasi katalis, Perbandingan mol reaktan, Temperatur dan tekanan, serta Waktu reaksi 7 Sirisomboonchai, dkk Nair, dkk 2012 Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using Calcined Scallop Shell As Catalyst Synthesis of Biodiesel from Low FFA Waste Frying Oil Using Calcium Oxide Derived from Mereterix mereterix As A Heterogenerous Catalyst cangkang remis yang telah dikalsinasi sebagai katalis Konsentrasi katalis, Perbandingan mol reaktan, Temperatur reaksi, dan Waktu reaksi katalis bubuk kulit kerang yang telah dikalsinasi Efek waktu kalsinasi terhadap kinerja katalis Optimasi perbandingan reaktan Optimasi konsentrasi katalis Biodiesel yang diproduksi mengandung metil ester 95,4% Biodiesel yang dibuat pada keadaan tekanan atmosfer, temperatur 60 o C, perbandingan mol reaktan 12:1 dan jumlah katalis 7,5% telah memenuhi standar Katalis yang dibuat dari cangkang remis yang dikalsinasi memiliki aktivitas katalis yang lebih baik dibandingkan CaO komersial Yield 86% dicapai pada keadaan 65 o C, konsentrasi katalis 5% waktu reaksi 2 jam Yield (>89%) dan konversi (>97%) diperoleh pada kondisi optimum operasi. Kondisi optimum operasi : 3 gr katalis dan 25 ml metanol per 100 ml minyak pada temperatur 333 K selama 3 jam (perbandingan metanol : minyak = 6,03:1) 5

6 1.2 PERUMUSAN MASALAH Pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak jelantah berbasis minyak kelapa sawit yang telah diberikan pretreatment dilakukan dengan proses transesterifikasi. Penelitian ini menggunakan campuran katalis zeolit alam dan CaO yang berasal dari cangkang telur ayam sebagai katalis basa heterogen dalam reaksi transesterifikasi tersebut dan akan dilakukan wet washing terhadap biodiesel yang dihasilkan. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui pengaruh variabel proses: rasio molar reaktan, waktu reaksi dan perbandingan komposisi katalis. 2. Menguji karakteristik biodiesel yang dihasilkan seperti kemurnian, densitas, viskositas, dan titik nyala. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat : 1. Meningkatkan nilai ekonomis dari minyak jelantah. 2. Memberikan informasi bahwa minyak jelantah dan paduan katalis zeolit alam dan CaO yang berasal dari cangkang telur ayam dapat dijadikan sebagai bahan baku dan katalis dalam pembuatan biodiesel secara batch. 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, Medan, Indonesia. Adapun bahan utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu minyak jelantah dan metanol sebagai bahan baku dan katalis zeolit alam dan CaO yang berasal dari cangkang telur ayam dengan ukuran 200 mesh. Minyak jelantah diperoleh dari pedagang makanan ringan di lingkungan Jalan Sumatera, Medan, sedangkan cangkang telur ayam diperoleh dari pedagang di Kantin Fakultas Teknik,. Adapun variabel proses yang ditentukan dalam percobaan ini adalah : 6

7 Variabel tetap : a. Kalsinasi Cangkang Telur Ayam : Waktu Kalsinasi = 2 jam [7] Temperatur Kalsinasi = 1000 o C [7] b. Temperatur reaksi = 65 o C [6, 8] c. Kecepatan Pengadukan = 700 rpm [16] d. Konsentrasi katalis = 8% Variabel berubah : a. Rasio molar metanol : TWCO = 8:1, 10:1, 12:1, 14:1 [6, 8] b. Waktu reaksi = 90, 120, 150, 180, 240 menit [6, 9, 14] c. Perbandingan komposisi katalis (CaO : zeolit) = 1,0 : 3,0; 1,5 : 3,5; 2,0 : 3,0 Parameter yang diuji: a. Analisis kadar FFA bahan baku minyak jelantah dan TWCO dengan menggunakan AOCS Official Method 5a 40. b. Analisis komposisi asam lemak bahan baku minyak jelantah dan TWCO dengan menggunakan AOCS Official Method Ce 1b-89. c. Analisis gugus fungsi zeolit alam menggunakan FTIR. d. Analisis kadar CaO dalam abu cangkang telur menggunakan AAS. e. Analisis morfologi katalis menggunakan SEM. f. Analisis komposisi unsur pada paduan katalis menggunakan SEM-EDX. g. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan AOCS Official Method Cd 11b-91. h. Analisis densitas biodiesel dengan Metode Tes SNI 7182:2015. i. Analisis viskositas dan viskositas kinematik biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445 j. Analisis titik nyala biodiesel yang dihasilkan menggunakan closed cup flash tester. 7