Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Pengaruh Variasi Temperatur Dan Konsentrasi Minyak Terhadap Rendemen Dan Karakteristik Biodiesel Dari Minyak Biji Kemiri (Aleurites Moluccana) Poedji Loekitowati Hariani, Fahma Riyanti, Mutia Riska Jurusan Kimia FMIPA Unsri Kampus Indralaya Ogan Ilir Sumatera Selatan pujilukitowati@yahoo.com Abstrak. Telah dilakukan penelitian mengenai Pengaruh Variasi Temperatur dan Konsentrasi Minyak Terhadap Rendemen dan Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kemiri (Aleurites Moluccana menggunakan Katalis NaOH. Penelitian dilakukan pada temperatur 50, 60 dan 70 o C, dengan konsentrasi minyak biji kemiri 80, 70, 60, 50 dan 40%. Karakteristik produk metil ester yang dihasilkan dari proses transesterifikasi dianalisa dengan mengukur parameter viskositas, berat jenis, indeks setana, kadar residu karbon, kadar air, kandungan sulfur, kandungan sedimen dan titik nyala. Hasil peneitian menunjukkan bahwa rendemen optimum metil ester diperoleh pada konsentrasi 80% minyak biji kemiri pada temperatur 60 0 C dengan perolehan rendemen sebesar 89,63% v/v. Metil ester yang diperoleh memiliki karakteristik yaitu viskositas 5,250 cst, berat jenis 0,8978 g/cm 3 60/60 o F, titik nyala 185 o C, kandungan sedimen 0,05 % berat, kadar sulfur 29,309 ppm, dan kadar air 446 ppm. Parameter ini standar ASTM biodiesel tetapi dua parameter tidak standar yaitu residu karbon 0,20 % berat dan indek setana 38,2. Kata Kunci. Biodiesel, minyak biji kemiri, metil ester. PENDAHULUAN Bahan bakar minyak bumi adalah salah satu sumber energi utama yang digunakan di banyak negara di dunia saat ini. Kebutuhan akan bahan ini semakin meningkat, seiring dengan penggunaannya di bidang industri dan transportasi, sehingga mendorong diperlukannya sumber energi alternatif baru. Minyak nabati merupakan bahan yang potensial sebagai sumber energi terbarukan untuk dapat menghasilkan biodiesel (biodiesel) sebagai bahan pengganti minyak diesel. Penelitian ini menggunakan minyak biji kemiri sebagai bahan mentahnya, karena minyak dari biji kemiri dapat menggantikan peranan dan fungsi solar, sebagai bahan bakar pengganti minyak diesel. Pengembangan tanaman kemiri (Aleurites moluccana) sebagai bahan baku biodiesel mempunyai potensi yang sangat besar, karena selain menghasilkan minyak dengan produktivitas tinggi, mudah didapat dan tanaman ini juga mampu memproduksi banyak buah sepanjang tahun. Tanaman kemiri memiliki kandungan minyak yang relatif besar, yaitu 5565% berat [1]. Kemiri (Aleurites moluccana) dikenal dengan nama lain candle nut, merupakan salah satu tanaman industri dari famili Euphorbiceae. Setiap tahun tanaman kemiri terus mengalami peningkatan perluasan area karena pemanfaatannya bukan lagi sebagai penghasil bumbu dapur tetapi dapat juga digunakan untuk keperluan industri dan tanaman obat. Dahulu ketika listrik masih jarang, minyak kemiri menggantikan fungsi minyak tanah untuk menghidupkan lampu minyak atau lampu teplok. Biji kemiri yang sudah diolah menjadi minyak dapat pula difungsikan sebagai bahan bakar alternatif untuk mesin diesel. Biodiesel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa ester alkil/alkil asamasam lemak (biasanya Semirata 2013 FMIPA Unila 333
Poedji Loekitowati Hariani dkk: Pengaruh Variasi Temperatur Dan Konsentrasi Minyak Terhadap Rendemen Dan Karakteristik Biodiesel Dari Minyak Biji Kemiri (Aleurites Moluccana) biodiesel) yang dibuat dari minyak nabati melalui proses transesterifikasi. Istilah biodiesel identik dengan bahan bakar murni. Biodiesel dari biji kemiri merupakan salah satu bahan bakar yang berasal dari minyak nabati yang berfungsi untuk menggantikan bahan bakar diesel sebagai sumber energi transportasi utama dunia karena kemiri merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan minyak diesel /solar. Penelitian ini mangkaji pemanfaatan minyak biji kemiri sebagai sumber energi alternatif (biodiesel) melalui reaksi transesterifikasi menggunakan katalis NaOH dengan variasi temperatur dan konsentrasi minyak kemiri. Karakteristik dilakukan dengan parameter uji meliputi indeks setana, titik nyala, viskositas, kadar sulfur, residu karbon, berat jenis, kandungan air dan kandungan sedimen. METODE PENELITIAN Ekstraksi Minyak Biji Kemiri Biji kemiri yang kering dan halus ditimbang sebanyak 30 g, lalu sampel dibungkus dengan kertas saring dan dimasukkan dalam beker gelas untuk diekstraksi. Sebanyak 150 ml pelarut n heksana dituangkan ke dalam gelas beker. Ekstraksi dilakukan dengan cara maserasi selama 3 x 24 jam. Hasil maserasi dipisahkan dari pelarutnya dengan cara diuapkan dengan vakum evaporator. Proses ekstraksi diulangi untuk mendapatkan minyak biji kemiri dalam jumlah yang cukup untuk penelitian tahap berikutnya. Perlakuan Terhadap Minyak Biji Kemiri Sebanyak 100 ml minyak biji kemiri hasil ekstraksi disentrifuse selama 15 menit dengan kecepatan 120 rpm. Minyak dibiarkan selama beberapa waktu agar kotoran atau koloid mengendap. Selanjutnya minyak dipisahkan dari kotoran yang telah mengendap kemudian minyak tersebut ditambah natrium sulfat anhidrat untuk menyerap kandungan air. Sebanyak 10 ml asam sulfat 0,5% v/v dimasukkan ke dalam beker gelas kemudian ditambahkan 300 ml metanol dan 50 ml minyak (perbandingan metanol dan minyak 6:1), campuran diaduk dengan pengaduk magnetik pada suhu 60 0 C selama 2 jam. Minyak dengan kandungan asam lemak yang telah berkurang dipisahkan dari metanol yang tersisa. Variasi Konsentrasi Minyak Variabel yang diteliti adalah konsentrasi minyak biji kemiri (80%, 70%, 60%, 50%, 40%) dan temperatur (40 0 C, 50 0 C, 60 o C). Dilarutkan NaOH dalam metanol sesuai dengan konsentrasi minyak yang digunakan, kemudian campuran dimasukkan ke dalam beker gelas yang berisi minyak yang telah dipanaskan. Campuran dipanaskan selama 2 jam dengan temperatur 60 0 C dan diaduk menggunakan magnetik stirer, kemudian didiamkan sampai terbentuk dua lapisan. Lapisan atas merupakan ester sedangkan lapisan bawah gliserol. Kedua lapisan dipisahkan, biodiesel yang diperoleh dikeringkan dengan natrium sulfat anhidrat, sisa metanol diuapkan. Uji Karakteristik Biodiesel Karakterisasi biodiesel yang dihasilkan meliputi indeks setana (ASTM D976), titik nyla (ASTM D56), Viskositas (ASTMD 445), Kadar sulfur (ASTMD1551), Residu karbon (ASTMD189), Berat jenis (ASTMD1298), Kandungan Air (ASTMD 95), kandungan sedimen (ASTMD473). HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini pembuatan biodiesel dari minyak biji kemiri dilakukan menggunakan katalis NaOH. Variabel yang diteliti adalah temperatur dan konsentrasi minyak. Biodiesel yang dihasilkan diuji 334 Semirata 2013 FMIPA Unila
% Rendemen (v/v) Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 100 95 90 85 80 75 70 40 50 60 70 80 Konsentrasi Miny ak Biji Kemiri ( % v ol) GAMBAR 1 Hubungan biodiesel dari konsentrasi minyak biji kemiri terhadap temperatur karakterisasinya dengan beberapa parameter meliputi berat jenis, titik nyala, kinematik viskositas, indeks setana, residu karbon, kadar sedimen, kadar sulfur, kandungan air dan destilasi dengan metode ASTM. Gambar 1 menunjukkan persentase rendemen biodiesel dari hasil variasi temperatue mulai dari 50, 60 dan 70 0 C dan konsentrasi minyak mulai dari 80, 70, 60, 50 dab 40%. Pada gambar 1. menunjukkan bahwa hasil rendemen biodiesel yang dihasilkan meningkat dengan nai[knya temperatur pada semua konsentrasi. Pada temperatur 50 0 C biodiesel yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan dengan temperatur 60 ºC. Hal ini disebakan karena pada temperatur 50 0 C biodiesel yang dihasilkan terperangkap dalam bentuk gel sehingga sulit untuk dipisahkan dari gliserol. Pada temperatur 70 0 C biodiesel yang dihasilkan juga mengalami penurunan karena sebagian besar metanol menguap pada temperatur 70 0 C yang melewati titik didih metanol yaitu 65 0 C sehingga reaktan kekurangan metanol untuk berlangsungnya reaksi transesterifikasi. Proses transesterifikasi dapat berjalan sempurna apabila jumlah metanol tepat bereaksi dengan sejumlah minyak yang digunakan sehingga 50 60 70 menghasilkan biodiesel yang banyak. Berdasarkan kondisi tersebut dapat disimpulkan bahwa temperatur optimum perolehan biodiesel yaitu 60 0 C. Rendemen biodiesel pada konsentrasi minyak biji kemiri 80% paling banyak dan hasilnya tidak terbentuk emulsi sehingga secara kualitas lebih baik daripada konsentrasi minyak biji kemiri 70, 60, 50 dan 40%. Semakin banyak konsentrasi minyak yang digunakan maka hasil rendemen biodieselnya semakin banyak dengan berkurangnya jumlah metanol. Hal ini disebabkan karena metanol yang digunakan tidak bercampur sempurna dengan NaOH sehingga banyak metanol yang menguap. Hal tersebut juga dibuktikan bahwa penggunaan jumlah katalis basa yang tinggi dengan jumlah metanol yang sedikit menyebabkan kecenderungan terbentuknya penyabunan. Hasil uji statistik untuk 60 0 C pada berbagai konsentrasi minyak biji kemiri tidak berpengaruh nyata. Nilai indeks setana dari minyak biji kemiri tidak standar biodiesel yang dikeluarkan SNI 0471282006 yaitu minimal 49, tetapi menurut standar ASTM nilai indeks setana minyak biji kemiri syarat jenis bahan bakar diesel 40D. Nilai indeks setana minyak biji kemiri rendah disebabkan karena pada semua konsentrasi tersebut masih banyak mengandung fraksi ringan yang mempunyai titik didih yang rendah dan nilai berat jenis dari semua konsentrasi tersebut besar serta dipengaruhi oleh tingginya nilai viskositas. Indeks setana berbanding terbalik dengan berat jenis dan viskositas. TABEL 1 Sifat sifat dan standar karakteristik biodiesel dari minyak biji kemiri Karakteris tik Satuan Nilai terukur Metode ASTM Standar SNI Standar ASTM Indeks Setana Titik Nyala 0 C cst 39,725 169,8 4,6437 D976 D93 D445 min 49 maks 100 2,36,0 D1 D2 D4 45 40 30 38 1,32,4 52 1,94,1 55 5,524 Keterangan Semirata 2013 FMIPA Unila 335
Poedji Loekitowati Hariani dkk: Pengaruh Variasi Temperatur Dan Konsentrasi Minyak Terhadap Rendemen Dan Karakteristik Biodiesel Dari Minyak Biji Kemiri (Aleurites Moluccana) Karakteris tik Viskositas Kadar Sulfur Kadar Residu Karbon Berat Jenis Kadar Air Kadar Sedimen Satuan ppm % b/b g/cm 3 ppm % b/b Nilai terukur 37,226 0,5975 0,8952 475,78 0,025 Metode ASTM D1551 D189 D1298 D95 D473 Standar SNI maks 100 maks 0,05 0,860,90 maks 500 maks 0,05 0,5% b 0,15 0,820,87 0,05% b 0,01 Standar ASTM 0,5% b 0,35 0,840,92 0,25% b 0,02 0,5 % b 0,75% b 0,15 Keterangan Pengukuran titik nyala bertujuan terhadap keamanan dalam penyimpanan dan penanganan bahan bakar. Berdasarkan hasil pengukuran, nilai titik nyala biodiesel dari minyak biji kemiri telah standar biodiesel yang dikeluarkan oleh SNI 0471822006 yaitu minimal 100 o C. Nilai titik nyala berhubungan dengan nilai Initial Boiling Point (IBP) pada proses distilasi, dimana semakin tinggi IBP maka nilai titik nyalanya juga akan semakin tinggi. Biodiesel tidak menghasilkan uap yang membahayakan pada suhu kamar, sehingga biodiesel lebih aman dari pada solar dalam penyimpanan dan penggunaannya. Hasil pengukuran viskositas ini menunjukkan bahwa nilai viskositas dari biodiesel yang dihasilkan telah standar biodiesel yang dikeluarkan oleh SNI 0471822006 yaitu 2,36,0 cst dan menurut standar ASTM viskositas minyak biji kemiri memebuhi syarat jenis bahan bakar diesel 4D. Karakteristik viskositas ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor. Bahan bakar dengan viskositas lebih rendah memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran, sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan atau lubrikasi dari bahan bakar. Kadar sulfur pada bahan bakar dapat menyebabkan korosif, sisa pembakaran bahan bakar yang mengandung sulfur dapat menyebabkan polusi udara. Sulfur yang tinggi dalam bahan bakar diesel akan mempengaruhi keausan bagianbagian mesin [9,10]. Kadar sulfur dari semua produk biodiesel standar biodiesel yang dikeluarkan oleh SNI 04 71822006 yaitu maksimum 100 ppm. Kadar sulfur menurut ASTM standar jenis bahan bakar diesel 4D. Kadar sulfur biodiesel ini berasal dari minyak kemiri karena biodiesel berasal dari minyak nabati dimana kadar sulfur minyak nabati jauh lebih kecil dari pada kadar sulfur dari bahan bakar fosil. Residu karbon merupakan ukuran kecenderungan terbentuknya deposit karbon dari bahan bakar. Deposit karbon yang terbentuk harus dihindari sekecil mungkin karena arang atau karbon tersebut akan tetap membara meskipun mesin sudah dimatikan dan juga terbentuk deposit secara terus menerus, deposit akan menjadi keras dan akan mempercepat proses pengausan [8]. Nilai residu karbon biodiesel dari minyak biji kemiri belum standar biodiesel yaitu maksimum 0,05% berat. Berat jenis minyak syarat mutu biodiesel yang memberikan rentang spesifik gravitasi yang dikeluarkan oleh SNI 0471822006 sebesar 0,860,9 g/cm 3. 336 Semirata 2013 FMIPA Unila
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Jika berat jenis melebihi standar biodiesel maka akan terjadi reaksi tidak sempurna pada konversi minyak. Biodiesel yang berat jenisnya lebih besar tidak dapat digunakan pada mesin diesel karena meningkatkan keausan mesin, emisi, dan kerusakan pada mesin. Jika minyak mengandung air, maka akan membentuk lapisan sabun yang berupa endapan putih, yang menyulitkan pemisahan fase gliserin dan ester. Sabun ini merupakan produk samping pembuatan biodiesel yang dihasilkan oleh reaksi antara ion Na + atau K + dan asam lemak. Jika pembentukan sabun terlalu banyak, menunjukkan bahwa NaOH terlebih dahulu kontak dengan air. Berdasarkan syarat mutu biodiesel SNI 0471822006 kadar air dalam biodiesel adalah maksimal 500 ppm, dari hasil analisa didapatkan bahwa kadar air dari metil ester standar biodiesel. Keberadaan air dalam biodiesel disebabkan karena biodiesel berasal dari minyak nabati yang masih mengadung air. Pengukuran sedimen dari bahan bakar minyak sangat penting dilakukan untuk mengurangi senyawa aromatik dalam bahan bakar dan kandungan logam berat yang berbahaya bagi lingkungan. Sedimen bersifat korosif, dapat mengakibatkan pencemaran udara dan menurunkan angka setana atau indeks setana. Nilai kadar sedimen standar biodiesel menurut SNI 0471822006 yaitu maksimum sebesar 0,05% b/b. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa: Kondisi terbaik perolehan biodiesel dari minyak biji kemiri pada konsentrasi 80% minyak dengan temperatur 60 o C menghasilkan rendemen sebesar 89,63% v/v. Berdasarkan hasil pengukuran kualitas biodiesel dengan metode ASTM, biodiesel minyak biji kemiri memiliki spesifikasi yaitu viskositas 5,250 cst, berat jenis 0,898 g/cm 3, titik nyala 185 o C, indeks setana 38,20, residu karbon 0,20% b/b, kandungan sedimen 0,05 % b/b, kadar sulfur 29,30 ppm, dan kadar air 446 ppm. SARAN Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan variasi jumlah katalis, waktu reaksi serta pemurnian biodiesel agar diperoleh kualitas biodiesel yang lebih baik dan jumlah biodiesel yang dihasilkan maksimum. DAFTAR PUSTAKA Lusiana, W. (2007). Reaksi Metanolisis Minyak Biji Jarak Pagar Menjadi Metil Ester Sebagai Bahan Bakar Pengganti Minyak Diesel Dengan Menggunakan Katalis KOH, Undip, Semarang Anonim (2008). SpesifikasiBiodiesel, http://pustakadewa.blogspot.com/2008/0 9/spesifikasi biodiesel.html Fangrui, Ma., Milford, A., Hanna. (1999). Biodiesel Production : A Review, Bioresource Technology, Vol. 70, June 1999, p.1115. Steel, A. (2010). Latar Belakang dan Keuntungan Bio Diesel, Bandung Ramadhas, A. S., Jayaraj, S., Muraleedharan, C. (2005). Biodiesel Production From High FFA Rubber Seed Oil, Fuel, Vol 84, p. 335340. Ramesh, P. (2006). Production of Biodiesel from Jatropha Curcas Oil by Using Pilot Biodiesel Plant, The Jatropha Journal, Vol.2 No.4, p. 211218. Balat, M. and Havva. B. (2010). Progress in Biodiesel Processing, Applied Energy, Vol. 87. January 2010, p. 18151835. Jauhari, Z. (2004). Proses esterifikasi Minyak Sawit Mentah (CPO) Menjadi Bahan Bakar Diesel Menggunakan Sistem Reaktor Membran, Program Semirata 2013 FMIPA Unila 337
Poedji Loekitowati Hariani dkk: Pengaruh Variasi Temperatur Dan Konsentrasi Minyak Terhadap Rendemen Dan Karakteristik Biodiesel Dari Minyak Biji Kemiri (Aleurites Moluccana) Studi Teknik Kimia, Program Pasca Sarjana Unsri, Palembang Anonim. (1996). Metode Kerja ASTM/IP, Laboratorium Pendidikan dan Pengembangan, Pertamina daerah Sumbagsel, Palembang Anonim. (2006). Biodiesel, file:///d:/biodiesel.htm Rama, P. (2006). Menghasilkan Biodiesel Murah Mengatasi Polusi dan Mengatasi Polusi BBM, Agromedia Pustaka, Jakarta Zainurdin, F. (2006). Crude Assay (Evaluasi Minyak Bumi), Laboratorium Unit Pengolahan III Pertamina, Palembang. 338 Semirata 2013 FMIPA Unila