III. METODE PENELITIAN A. BAHAN DAN ALAT Bahan yang digunakan dalam penelitian kali ini terdiri dari bahan utama yaitu biji kesambi yang diperoleh dari bantuan Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan (P3HH) Bogor dan bahan-bahan kimia yang diperlukan untuk reaksi dan analisis. Bahan kimia untuk reaksi yaitu H 3 PO 4, metanol, HCl dan NaOH. Bahan yang dibutuhkan untuk analisis yaitu etanol, KOH dan heksan. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah labu leher tiga, hot plate stirer, neraca analitik, pendingin tegak, termometer, piknometer, cawan aluminium, oven, viskosimeter, desikator dan alat gelas lainnya. B. METODE Tahapan penelitian yang dilakukan meliputi persiapan bahan dan penelitian utama. Persiapan bahan yaitu ekstraksi minyak dari biji kesambi, analisis sifat fisikokimia minyak dan degumming. Pada penelitian utama, kegiatannya yaitu melakukan serangkaian proses esterifikasi, transesterifikasi dan netralisasi terhadap minyak hasil penelitian pendahuluan dengan berbagai faktor yang dikombinasikan dan taraf yang divariasikan serta melakukan analisis terhadap hasil. 1. Persiapan Bahan Persiapan bahan dilakukan untuk mengetahui rendemen minyak biji kesambi dan sifat fisikokimia awal minyak yang meliputi kadar air dan bilangan asam. Nilai rendemen dibutuhkan untuk mengetahui seberapa besar potensi yang dimiliki oleh minyak kesambi ini jika dikembangkan lebih jauh untuk bahan baku pembuatan biodiesel. Sedangkan untuk karakteristik fisikokimia minyak yaitu kadar air, kekentalan dan bilangan asam diperlukan sebagai dasar untuk proses atau tahapan selanjutnya. Metode yang dilakukan untuk mengekstraksi minyak yaitu awalnya biji kesambi dihaluskan (dirajang), kemudian dikempa 12
menggunakan alat kempa hidrolik manual dengan kapasitas tekan maksimum 200 kn. Lempeng penekan diberi pemanasan elektrik dan suhu diatur konstan pada 60-70 o C selama kurang lebih 15 menit. Bungkil biji yang masih tersisa setelah pengepresan pertama dihaluskan lagi untuk dilakukan pengepresan ulang. Hasil minyak dari biji adalah total pengepresan pertama dan kedua yang berikutnya dijadikan sebagai dasar perhitungan rendemen. Minyak hasil pengepresan dianalisis sifat fisikokimianya yaitu kadar air, densitas, viskositas dan kandungan asam lemak bebas. Tahap berikutnya dilakukan proses degumming yang bertujuan untuk menghilangkan gum pada minyak yang akan menggangu proses esterifikasi. Prosedurnya dapat dilihat di Lampiran 1. 2. Penelitian Utama Proses pembuatan biodiesel diawali dengan esterifikasi minyak yang telah melalui proses degumming. Minyak kesambi 200 ml diisikan ke dalam labu leher tiga, kemudian dipanaskan di atas hot plate stirer sampai suhu minyak mencapai ±60 o C. Setelah itu, ke dalam labu ditambahkan campuran metanol (rasio metanol 15:1 atau 20:1) dan HCl. Perbandingan 15:1 atau 20:1 menunjukan perbandingan molar metanol terhadap asam lemak bebas yang terdapat pada minyak. HCl yang digunakan adalah HCl 37% dan volume yang ditambahkan adalah sebesar 1 % (v/v). Waktu yang dibutuhkan untuk reaksi esterifikasi divariasikan yaitu 30 menit dan 60 menit. Minyak hasil esterifikasi dipisahkan dari sisa katalis dan metanol kemudian dicuci dengan larutan Na 2 CO 3 0,01%. Setelah itu, minyak tersebut dicuci lagi dengan air hangat (60 o C) sampai ph air cucian netral. Tahap berikutnya adalah memanaskan minyak dengan suhu ±120 o C selama 10 menit untuk menguapkan air yang masih bercampur dengan minyak. Setelah itu dilakukan analisis bilangan asam. Tahap setelah esterifikasi dan analisis bilangan asam adalah netralisasi atau transesterifikasi sesuai rancangan percobaan yang akan 13
dilakukan. Netralisasi dilakukan dengan menambahkan larutan NaOH 14 o Be (10,4 gram NaOH dalam 100 ml air) ke dalam minyak yang bersuhu 50 o C dan bersamaan dengan itu dilakukan pengadukan, kemudian didiamkan selama 15 menit. Busa yang terbentuk dipisahkan dari minyak dengan cara penyaringan. Proses transesterifikasi dilakukan jika kadar asam lemak bebas di bawah 1% dan proses ini dilakukan selama 30 menit dengan suhu 60 o C. Perbandingan molar metanol yang ditambahkan dengan minyak pada proses ini adalah 6:1 dan katalis yang ditambahkan adalah NaOH sebanyak 0,5 % dari jumlah minyak yang direaksikan. Setelah tahap transesterifikasi, biodiesel kotor yang diperoleh kemudian dipisah dari gliserol dan dari reaktan atau katalis yang masih tersisa. Pemisahan gliserol yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan cara settling (gravitasi) yaitu berdasarkan densitas zat terlarut. Gliserol dan zat pengotor lain yang memiliki densitas lebih tinggi akan berada dibawah sedangkan lapisan atasnya adalah metil ester (biodiesel) dan yang paling atas adalah metanol sisa. Biodiesel yang sudah dipisahkan masih mengandung katalis. Kadar katalis yang masih tinggi dalam biodiesel akan menyebabkan korosi pada tangki bahan bakar. Untuk mengurangi sisa katalis yang terkandung dalam biodiesel, dilakukan penambahan larutan asam asetat (0,01%) dan dilanjutkan dengan pencucian dengan air hangat (50-60 o C). Untuk proses ETN, biodiesel kotor yang diperoleh (setelah dipisahkan dari gliserol dan zat pengotor lain) ditambah larutan NaOH 14 o Be (netralisasi). Setelah itu sabun (padatan) yang terbentuk disaring/dipisahkan, sehingga diperoleh biodiesel (cairan). Selanjutnya, dilakukan pencucian dengan air hangat untuk melarutkan sabun yang masih tersisa dalam biodiesel. Penggunaan air hangat bertujuan untuk melarutkan garam asetat (hasil reaksi dari katalis dan asam asetat). Selanjutnya metil ester (biodiesel) dikeringkan untuk memperoleh biodiesel murni. Biodiesel dan gliserol yang dihasilkan selanjutnya dipisahkan dengan menggunakan labu pemisah. Biodiesel kotor yang diperoleh kemudian dicuci. Pada proses 14
pencucian, biodiesel kotor dicampur dengan asam asetat 0,01 % dan pembilasan dengan air hangat sampai ph air buangan netral. Biodiesel yang dihasilkan dianalisis bilangan asamnya. Selain bilangan asam, analisis yang dilakukan adalah kadar air, densitas dan viskositas. Gambar alat, bahan baku dan produk untuk penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 2. C. RANCANGAN PERCOBAAN Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak lengkap faktorial dengan tiga faktor (Mattjik dan Sumertajaya, 2006). Faktor-faktor yang divariasikan adalah tahapan reaksi (A), rasio molar metanol-minyak (B) dan waktu esterifikasi (C). Faktor tahapan reaksi ada tiga taraf yaitu ET, ENT dan ETN. Tahapan NET tidak dilakukan karena berdasarkan percobaan, minyak hasil pengepresan yang langsung melalui tahapan netralisasi volumenya menyusut sebesar ±70%. Faktor rasio molar metanol-minyak terdiri atas dua taraf yaitu 15:1 dan 20:1 sedangkan faktor waktu esterifikasi terdiri dari dua taraf yaitu 30 menit dan 60 menit. Model rancangan yang digunakan adalah sebagai berikut: Y ijk = µ + A i + B j + Ck + AB ij + AC ik + BC ik + ABC ijk + ε ijk Keterangan: Y ijk = nilai pengamatan µ = rata-rata A i B j C k AB ij AC ik BC jk = pengaruh faktor tahapan proses pada taraf ke-i = pengaruh faktor nisbah metanol pada taraf ke-j = pengaruh faktor waktu esterifikasi pada taraf ke-k = pengaruh interaksi faktor tahapan proses taraf ke-i dengan faktor nisbah metanol taraf ke-j = pengaruh interaksi faktor tahapan proses taraf ke-i dengan faktor waktu esterifikasi taraf ke-k = pengaruh interaksi faktor nisbah metanol taraf ke-j dengan faktor 15
ABC ijk ε ijkl waktu esterifikasi taraf ke-k = pengaruh interaksi antara faktor tahapan proses taraf ke-i, faktor nisbah metanol taraf ke-j dan faktor waktu esterifikasi taraf ke-k = error Perlakuan yang dilakukan terdiri atas : 1. Tahapan Proses (A), dengan taraf : A 1 A 2 A 3 = ET (esterifikasi dilanjutkan dengan transesterifikasi) = ENT (esterifikasi, netralisasi dilanjutkan dengan transesterifikasi) = ETN (esterifikasi, transesterifikasi dilanjutkan dengan netralisasi) 2. Jumlah metanol/rasio molar metanol minyak (B), dengan taraf : B 1 = 15:1 B 2 = 20:1 3. Waktu esterifikasi (C), dengan taraf : C 1 C 2 = 30 menit = 60 menit Berdasarkan rancangan percobaan, maka jumlah satuan eksperimen pada penelitian utama adalah A x B x C x jumlah ulangan yaitu 24 satuan eksperimen. Untuk mengetahui pengaruh faktor-faktor tersebut digunakan analisis sidik ragam dengan α=0,05 dan dilanjutkan dengan uji lanjut Duncan. 16
Gambar 2. Diagram alir proses produksi biodiesel (penelitian utama) 17