JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (2013) ISSN: ( Print) F-193

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (213) ISSN: ( Print) F-193 Pembuatan Dari Minyak Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Katalis Berpromotor Ganda Berpenyangga γ-alumina (CaO/KI/γ-Al 2 O 3 ) Dalam Sunu R. Puspitaningati, Renata Permatasari, Ignatius Gunardi Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6111 Indonesia gunardi_tk@yahoo.com Abstrak merupakan salah satu energi alternatif pengganti bahan bakar fosil dari hasil reaksi transesterifikasi minyak nabati dengan metanol. Proses pembuatan biodiesel selama ini menggunakan katalis homogen NaOH atau KOH yang memiliki kelemahan terbentuknya produk samping berupa sabun rumitnya pemisahan produk biodiesel dengan katalis. Maka dari itu, mulai dikembangkan penggunaan katalis heterogen untuk menggantikan penggunaan katalis homogen. Penelitian ini mengembangkan katalis CaO/KIγ-Al 2 O 3. Pembuatan katalis melalui metode presipitasi CaO pada γ-al 2 O 3 serta asam asetat sebagai larutan precursor selama 3 jam lalu impregnasi KI selama 3 jam. Kemudian, dioven selama jam pada suhu 11 o C dikalsinasi pada suhu 65 o C selama,5 jam. Katalis yang diperoleh digunakan untuk membantu proses transesterifikasi biodiesel dengan variable massa katalis, rasio molar minyak metanol, suhu. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa biodiesel dapat diproduksi melalui reaksi transesterifikasi menggunakan katalis CaO/KI/γ-Al 2 O 3 dalam reaktor fluidized bed. Kemurnian tertinggi dari biodiesel yang didapatkan yaitu sebesar 99,17%. Yield konversi tertinggi sebesar 97,19% 96,9% didapatkan pada penggunaan massa katalis gram rasio molar minyak metanol 1 : 36 serta kondisi operasi suhu 225 o C laju alir umpan 6 ml/menit (waktu tinggal jam) memiliki densitas sebesar,53 gr/ml serta viskositas sebesar 5,53 mm 2 /s (cst). Kata Kunci, Katalis Heterogen, Minyak Kelapa Sawit, Transesterifikasi. I. PENDAHULUAN AAT ini kebutuhan akan bahan bakar minyak semakin S meningkat seiring semakin meningkatnya populasi semakin berkembangnya teknologi, akan tetapi cagan sumber daya minyak bumi yang berasal dari fosil semakin menipis karena sifatnya yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, usaha untuk mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui (renewable) perlu ditingkatkan. Salah satu sumber energi alternatif yang saat ini banyak dikembangkan adalah fatty acid methyl ester (FAME) yang lazim dikenal dengan nama [1]. adalah bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat dibuat dari minyak goreng bekas, lemak hewani atau minyak nabati yang dikonversikan ke dalam metil ester melalui proses transesterifikasi dengan alkohol [2]. Keuntungan dari biodiesel adalah campuran dari 2% biodisel dengan % petroleum diesel dapat digunakan pada mesin diesel tanpa modifikasi, biodiesel tidak beracun, biodiesel memiliki cetane number yang tinggi, yaitu diatas 1 segkan bahan bakar diesel hanya, penggunaan biodiesel dapat memperpanjang umur mesin diesel karena biodiesel lebih licin. Salah satu minyak nabati yang dapat digunakan sebagai bahan dasar biodiesel adalah minyak kelapa sawit. Kelapa sawit berpotensi sebagai bahan baku biodiesel karena beberapa keuntungannya, seperti mengandung % massa minyak pada bagian inti (kernel), mudah didapat karena Indonesia merupakan negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar kedua di dunia relatif murah. Selain itu pembuatan bahan bakar yang dihasilkan dari minyak sawit telah diteliti lebih ramah lingkungan karena bebas dari nitrogen, sulfur senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah lingkungan [3]. Proses pembuatan biodiesel selama ini dilakukan melalui proses transesterifikasi minyak nabati dengan alkohol menggunakan bantuan katalis homogen NaOH atau KOH. Namun, beberapa kelemahan dari penggunaan katalis homogen adalah katalis tidak dapat digunakan kembali atau diregenarasi karena katalis bercampur dengan minyak metanol, terbentuknya produk samping berupa sabun pemisahan antara katalis produk lebih rumit serta kurang ramah lingkungan karena membutuhkan banyak air untuk proses pemisahan antara produk katalis [2]. Untuk mengatasi kelemahan tersebut di atas, mulai dikembangkan penggunaan katalis heterogen (padat) untuk menggantikan katalis alkali tersebut. Katalis heterogen yang pernah diteliti diantarnya ZnO, TiO 2 /ZrO 2, Al 2 O 3 /ZrO 2, lain sebagainya. Dalam penelitian ini digunakan katalis CaO/KI dengan support -alumina (Al 2 O 3 ) untuk menghasilkan Fatty Acid Metil Ester (biodiesel) yang nantinya dapat dikembangkan untuk penelitian biodiesel dengan jenis katalis yang lain. II. URAIAN PENELITIAN A. Preparasi Katalis CaO/KI/γ-Al 2 O 3 Katalis CaO/KI/γ-Al 2 O 3 dibuat dengan jalan menggabungkan metode presipitasi [] impregnasi [5]. Proses pembuatan katalis diawali dengan melarutkan,26 gram CaO dengan aquadest sebanyak 5 ml mengaduk selama 3 menit. Kemudian menambahkan CH 3 COOH sesuai dengan stoikiometri lalu mengaduk larutan hingga jernih selama 5 menit. Menambahkan support katalis γ- Al 2 O 3 sebanyak 1 gram dengan tetap mengaduk selama 3 jam. Melarutkan,26 gram KI dengan aquadest sebanyak 5 ml mengaduk selama 3 menit. Mengimpregnasi larutan KI ke dalam campuran disertai dengan pengadukan selama 3 jam.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (213) ISSN: ( Print) F-19 Tabel 1. Luas permukaan volume pori katalis CaO/KI/γ-Al 2O Properti Katalis Luas Permukaan Satuan m 2 /g Nilai 5,551 Volume Pori cm 3 /g,3 3 Gambar 1. Memanaskan larutan pada suhu o C hingga menjadi pasta selama kurang lebih 1,5 jam. Larutan yang telah menjadi pasta kemudian dioven padaa suhu 11 o C selama -1 jam. Menghaluskan katalis mengayak dengan ayakan 27 mesh lalu mengkalsinasi katalis pada suhuu 65 o C selama,5 jam. Katalis hasil kalsinasi didinginkan hingga suhu kamar lalu diletakkan dalam desikator. Selanjutnya akan dilakukan uji karakteristikk katalis yang meliputi analisa BET untuk mengetahui luas permukaan volume pori katalis XRD untuk mengetahui kristalinitas katalis. B. Produksi Melalui Transesterifikasi dalam Proses transesterifikasi dalam reaktor kontinyu, fluidized bed, dilakukan dengan menggunakan massa katalis rasio molar minyak metanol terbaik. Susunan reaktor yang digunakan sesuai dengan gambar 1. Untuk mendapatkan massa katalis terbaik, proses transesterifikasi diawali dengan memasukkan minyak metanol dengan rasio molar 1:3 ke dalam tangki feed. Kemudian memasukkan katalis ke dalam reaktor dengan jumlah tertentu (sesuai variabel). Selanjutnya memanaskan reaktor hingga suhu 5 o C. Minyak metanol diaduk hingga homogen, kemudian dengan bantuan pompa, umpan dialirkan masuk melalui bagian bawah reaktor dengan kecepatan alir 1 ml/menit. Untuk mendapatkan rasio molar terbaik, proses transesterifikasi diawali dengan memasukkan minyak metanol dengan rasio molar tertentu (sesuai variabel) ke dalam tangki feed. Kemudian memasukkan katalis sebanyak gram ke dalam reaktor. Selanjutnya memanaskan reaktor hingga suhu 5 o C. Minyak metanol diaduk hingga homogen, kemudian dengan bantuan pompa, umpan dialir kan dialirkan masuk melalui bagian bawah reaktor dengan kecepatan alir 6 ml/menit. Seiring dengan mengalirnya reaktan di dalam reaktor fluidized bed maka katalis juga akan terfluidisasi kontak dengan reaktan hingga menghasilkan biodiesel. Produk ditampung dalam cooling zone, kemudian dilakukan pengambilan sampel. Kemudian kadar FAME dalam produk biodiesel dianalisa dengan menggunakan GC (Gas Chromatography) ). Massa katalis rasio molar minyak metanol yang terbaik akan digunakan pada proses transesterifikasi dengan variabel suhu yaitu 5 o C, 175 o C, 225 o C. C. Analisa Analisa biodiesel meliputi analisa kadar FAME dengan GC, analisa massa jenis analisa viskositas. Analisa kuantitatif produk hasil reaksi : Kadar FAME diuji menggunakan GC 59 yang dilengkapii dengan FID. Kolom yang digunakan OV-17. Suhu kolom pada kondisi awal 5 o C meningkat hingga 275 o C dengan laju 15 o C/menit. Parameter yang diukur adalah yield biodiesel konversi minyak kelapa sawit dalam %. % massa kadar biodiesel massa biodiesel yang terbentuk yield % = 1% massa minyak konversi X massa a biodiesel kadar FAME BM biodiesel 1% massa minyak awal BM minyak 3 Untuk menganalisis pengaruh variabel terhadap parameter yang diuji maka dilakukan ploting data antara : 1. Massa katalis vs % yield biodiesel Massa katalis vs % konversi 2. Ratio molar vs % yield biodiesel Ratio molar vs % konversi 3. Suhu vs % yield biodiesel suhu vs % konversi III. HASIL DAN DISKUSI A. Preparasi Katalis CaO/KI/γ-Al 2 O 3 Adapun karakteristik katalis CaO/KI/γ-Al 2 2O 3 berdasarkan analisa BET XRD (Lihat Tabel 1). Luas permukaan pure analytic grade (PA) γ-al 2 O 3 dari Merck adalah 19 m 2 /g. Dari tabel 1 dapat terlihat bahwa ketika γ-al 2 O 3 dipadukan dengan CaO KI, luas permukaan keseluruhan γ-al 2 O 3 pada katalis hanya sebesar 5,551 m 2 /g. Hal ini disebabkan oleh aya dua senyawa alkali yaitu CaO KI yang menyelimuti permukaan poros dari γ-al 2 O 3 [6] dapat disimpulkan bahwa promotor (CaO/KI) menempel pada support (γ-al 2 O 3 ). Peak puncak CaO muncul pada sudut 2θθ pada 32, 37, 6. Munculnya peak senyawa lain seperti Ca(OH) 2 CaCO 3 pada hasil uji XRD CaO disebabkan karena CaO cepat terhidrasi terkarbonasi pada udaraa bebas. Hal ini menunjukkan bahwa permukaan CaO yang aktif teracuni oleh CO 2 terlapisi oleh H 2 O.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (213) ISSN: ( Print) F-195 Gambar 2. Hasil Uji XRD Senyawa γ-al 2 O yield biodiesel (%) massa katalis (gram).6 Gambar. Hubungan antara Massaa Katalis % Yield Konversi (%) Gambar 3. Hasil Uji XRD Senyawa γ-al 2 O Oleh karena itu, untuk menghindari aya penurunan aktifitas katalis CaO, katalis perlu dikalsinasi dengan tujuan melepaskan CO 2 H 2 O sebelum digunakan pada reaksi []. Dari hasil analisa XRD diketahui bahwa katalis CaO memiliki puncak yang tajam sempit, yang an katalis tersebut bersifat kristalin [7]. Dari gambar 2 terlihat peak puncak KI muncul pada sudut 2θ pada 22, 25, 36. Dari gambar 2 diketahui bahwa katalis KI memiliki puncak yang tajam sempit, yang an katalis tersebut bersifat kristalin [7]. Dari gambar 2 terlihat bahwa γ-al 2 O 3 memiliki puncak yang tidak tajam cenderung lebar pada sudut 2θ pada 37 6, yang mengindikasi bahwaa support -Al 2 O 3 bersifat amorf []. Dari gambar 3 terlihat bahwa CaO, KI masih muncul pada sudut 2θ yang sama. Pada sudut 2θ di 31, 39, 5 57,5 muncul puncak dari senyawa K 2 O yang an bahwa KI terdispersi dengan baik pada support γ-al 2 2O 3 berhasil terdekomposisi serta terkonversi menjadi K 2 O [5].. B. Produksi Melalui Transesterifikasi dalam Pada proses transesterifikasi kontinyu dalam reaktor fluidized bed ini menggunakan variabel suhu operasi untuk menghasilkan yield biodiesel terbaik. Namun sebelum menggunakan variabel suhu operasi, akan dicari massa katalis rasio molar minyak - metanol yang dapat menghasilkan yield biodiesel tertinggi terlebih dahulu. Pada gambar 5 terlihat bahwaa terjadi kenaikan yield biodiesel (%) konversi (%) seiring dengan kenaikan massaa katalis yang digunakan. Hal ini terjadi massaa katalis (gram) Gambar 5. Hubungan antara Massa Katalis % Konversi % yield konversi (%) :2 rasio molar minyak : metanol Gambar 6. Hubungan antara Rasio Molar %Yield :2 1: :3 1: :36 rasio molar minyak : metanol Gambar 7. Hubungan antara Rasio Molar %Yield karena apabilaa semakin banyak katalis yang digunakan dalam reaktor fluidized bed maka akan semakin banyak katalis yang terfluidisasi di dalam reaktor bersamaan dengan mengalirnya minyak metanol sehingga semakin banyak reaktan yang terkonversi menjadi biodiesel maka yield biodiesel pun akan meningkat.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (213) ISSN: ( Print) F-196 Tabel 2. Hasil transesterifikasi dalam reaktor fluidized bed dengan variabel suhu %yield biodiesel Suhu ( o C) Gambar 7. Hubungan antara Suhu % Yield % Konversi Suhu ( o C) Kadar (%wt) Yield (%) Suhu ( o C) Konversi (%) Gambar. Hubungan antara Suhu % Konversi Literatur [3] menyebutkan bahwa apabila jumlah katalis ditingkatkan maka jumlah molekul yang bertumbuk akan bertambah kecepatan reaksi jugsa akan meningkat. Massa katalis terbaik yaitu gram dengan yield biodiesel,6% konversi,2% akan digunakan pada penelitian dengan variabel suhu.dari gambar 6 7 terlihat bahwa terjadi kenaikan yield konversi biodiesel seiring dengan semakin besar rasio molar antara minyak metanol yang digunakan. Yield terbesar yaitu 17,% konversi terbesar yaitu 17.37% dicapai pada saat penggunaan rasio molar sebesar 1 : 36. Literatur [9] menyebutkan bahwa secara stoikiometri reaksi transesterifikasi membutuhkan 3 mol alkohol per 1 mol trigliserida untuk membentuk 3 mol FAME 1 mol gliserol, namun penggunaan alkohol dalam jumlah yang berlebih dapat menyebabkan reaksi cenderung ke arah produk sehingga konversi FAME semakin besar yield yang diperoleh pun akan semakin besar. Namun, rasio molar yang terlalu besar dapat meningkatkan kelarutan dari gliserol di dalam lapisan metil ester menyebabkan proses pemisahan antara gliserol metil ester lebih sulit sehingga kadar biodiesel yang didapat pun akan kecil [1]. Data pada tabel 2 akan digunakan untuk membuat grafik pengaruh variabel tersebut terhadap yield biodiesel konversi minyak kelapa sawit. Tabel 3. Perbandingan Standar Spesifikasi Spesifikasi, SNI Standar Minyak Kelapa Sawit Densitas 5-9 kg/m 3 53 kg/m 3 Viskositas 2,3-6 cst 5,5 cst Reaksi transesterifikasi pada reaktor kontinyu fluidized bed dengan variabel suhu 5, 175, 225 o C di operasikan pada laju alir 6 ml/menit. Dari gambar grafik 7 dapat terlihat bahwa suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya % yield % konversi dalam proses transesterifikasi. % yield % konversi biodiesel naik seiring dengan naiknya suhu operasi transesterifikasi, karena secara kinetika, kecepatan reaksi akan naik seiring dengan kenaikan suhu operasi. Hal ini dapat dibuktikan dengan persamaan Arrhenius sebagai berikut : k ko.e dimana, nilai suhu (T) berbanding lurus dengan nilai k (konstanta kecepatan reaksi). Pada suhu yang tinggi, tumbukan antar partikel reaktan menjadi besar sehingga mudah menghasilkan energi aktivasi (E) yang dibutuhkan untuk bereaksi [11]. Semakin tinggi suhu reaksi transesterifikasi maka semakin besar konversi yang dihasilkan []. C. Analisa Dari hasil penelitian dengan variabel suhu ( o C) didapatkan bahwa kadar biodiesel tertinggi sebesar 99,17%. Yield konversi tertinggi sebesar 97,19% 96,9% pada suhu 225 o C. Berikut merupakan perbandingan biodiesel dengan kemurnian tertinggi yang telah didapatkan dengan Standar Nasional Indonesia. Dari hasil pengujian diperoleh lihat pada Tabel 3. Dari hasil diatas didapatkan bahwa densitas viskositas dari biodiesel yang diperoleh sudah memenuhi Standar Nasional Indonesia untuk biodiesel. IV. KESIMPULAN Katalis padat CaO/KI/γ-Al 2 O 3 dapat digunakan sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi minyak kelapa sawit menjadi biodiesel. Pada penelitian ini yield biodiesel konversi minyak kelapa sawit tertinggi sebesar 97,19% konversi tertinggi sebesar 96,9% didapatkan pada penggunaan massa katalis gram, rasio molar minyak metanol 1:36, suhu 225 o C. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis S.R R.P mengucapkan terima kasih kepada Ir. Ignatius Gunardi, MT selaku pembimbing Prof. Dr. Ir. Achmad Roesyadi, DEA selaku kepala laboratorium Teknik Reaksi Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. DAFTAR PUSTAKA [1] Mardiah, W. Agus, T. Efi, A. Purijatmiko. 26. Pengaruh Asam Lemak Konsentrasi Katalis Asam terhadap Karakteristik Konversi pada Transesterifikasi Minyak Mentah Dedak Padi. Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Surabaya.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 2, (213) ISSN: ( Print) F-197 [2] E. M. M. Putri, M.Rachimoellah., N. Santoso., F. Praa. 2. Production From Kapok Seed Oil (Ceiba Pentandra) Through The Transesterification Process by Using CaO as Catalyst. Global Journal of Researches In Engineering. Volume. Issue 2 [3] Tuti Indah.S., M. Said Adhitya Summa.W. Ani.K. Sari Katalis Basa Heterogen Campuran CaO & SrO Pada Reaksi Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit. Prosiding Seminar Nasional AVoER ke-3. Palembang, Indonesia. Oktober [] Masoud Zabeti, Wan Mohd Ashri Wan Daud, Mohamed Kheireddine Aroua. 29. A review of Activity of solid catalysts for biodiesel production. Fuel Processing Technology 9 pp Kuala Lumpur, Malaysia [5] Wenlei Xie Haitao Li. 26. Alumina-supported potassium iodide as a heterogeneous catalyst for biodiesel production from soybean oil. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 255 pp 1 9 Zhengzhou, China. [6] N. P. Asri, S. D. Savitri, Suprapto, K. Budikarjono, A. Roesyadi. 2. Transesterification of Palm Oil in refluxed methanol with heterogeneous Base Catalyst. Makalah disajikan pada 19 th Regional Symposium of Chemical Engineering. Bali, Indonesia. November 7- [7] W. A. Fanny, Subagjo, T. Prakoso. 2. Pengembangan Katalis Kalsium Oksida Untuk Sintesis. Jurnal Teknik Kimia Indonesia. Volume 11 Nomor 2 pp [] Y. H. Taufiq N. Fitriyah Production via Transesterification of Palm Oil Using NaOH/γ-Al 2O 3 Catalysts. Sains Malaysiana. Volume Nomor 6 pp [9] M. Mathiyazhagan A.Ganapathi Factors Affecting Production. Research in Plant Biology, 1(2): 1-5. Tamilnadu, India [1] Ramli Mat, Rubyatul A. Samsudin, Mhadhir Mohamed, Anwar Johari. 2. Solid Catalysts and Their Application in Production. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 7 (2), pp 19. Johor, Malaysia. [11] P.Sivakumar, S. Sindhanaiselvan, N. N. Gandhi, S. S. Devi, S. Renganathan Optimization and kinetics studies on biodiesel production from underutilized Ceiba Pentandra oil. Fuel 13 pp [] Amish P. Vyas, Jaswant L. Verma, N. Subrahmanyam Effects of Molar Ratio, Alkali Catalyst Concentration and Temperature on Transesterification of Jatropha Oil with Methanol under Ultrasonic Irradiation. Advances in Chemical Engineering and Science, 1, pp 5-5. Ahmedabad, India.