Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa dengan Katalis H 3 PO 4 secara Batch dengan Menggunakan Gelombang Mikro (Microwave) Dipresentasikan oleh : 1. Jaharani (2310100061) 2. Nasichah (2310100120) Laboratorium Teknologi Proses Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS 2014 Pembimbing : Ir. Rr. Pantjawarni Prihatini NIP 1958 08 22 1983 03 2001 P: 555.123.4568 Prof. F: Dr. 555.123.4567 Ir. Mahfud, DEA NIP 1961 08 02 1986 01 1001
PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian
LATAR BELAKANG Perlu energi alternatif
Trans-esterifikasi menggunakan microwave 3,8 juta Ha
TUJUAN PENELITIAN Membuat biodiesel dari minyak kelapa dengan katalis asam menggunakan Mengetahui pengaruh gelombang daya mikro. terhadap reaksi trans-esterifikasi pada Mengetahui pengaruh jumlah penggunaan katalis H proses pembuatan biodiesel dari minyak kelapa. 3 PO 4 terhadap Mengetahui reaksi trans-esterifikasi pengaruh penggunaan pada proses katalis pembuatan H biodiesel dari minyak 3 PO 4 dengan katalis Hkelapa. 2 SO 4 dalam reaksi trans-esterifikasi pada proses pembuatan biodiesel dari minyak kelapa.
TINJAUAN PUSTAKA Biodiesel Minyak Kelapa Katalis Microwave Penelitian Sebelumnya
BIODIESEL Biodiesel biasa disebut sebagai fatty acid methyl ester, yaitu bentuk ester dari asam lemak.
STANDAR BIODIESEL Parameter SNI 04-7182-2006 Massa jenis pada 40 C (g/cm 3 ) 0,85 0,89 Viskositas Kinematik pada 40 C, (cst) 2,3 6,0 Angka Setana Min. 51 Titik Nyala ( C) Min. 100 Titik Kabut ( C) Min.18 Kadar Air (%volume) Max. 0,05 Bilangan Iodin (g-i2/100 g) Max. 115 Tabel II.1 Standar Biodiesel berdasarkan SNI 04-7182-2006
PERBANDINGAN BIODIESEL DAN SOLAR Sifat Fisik/Kimia Biodiesel Solar Komposisi Alkil Ester Hidrokarbon Densitas, g/ml 0,8624 0,875 Viskositas, Cst 5,55 4,6 Titik Kilat C 172 98 Angka Setana 62,4 53 Energi yang dihasilkan, MJ/kg 40 45,3 Tabel II.2 Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dengan solar
PERBANDINGAN BIODIESEL DAN SOLAR Senyawa Emisi Biodiesel Solar SO 2, ppm 0 78 NO, ppm 37 64 NO 2, ppm 1 1 CO, ppm 10 40 Partikulat, mg/nm 3 0,25 5,6 Benzen, mg/nm 3 0,3 5,01 Toluen, mg/nm 3 0,57 2,31 Xilen, mg/nm 3 0,73 1,57 Etil Benzen, mg/nm 3 0,3 0,73 Tabel II.3 Perbandingan Emisi antara Biodiesel
KELEBIHAN BIODIESEL Termasuk bahan bakar yang dapat diperbaharui Memiliki angka setana yang lebih tinggi dari minyak. Dapat langsung digunakan sendiri atau dicampur dengan petroleum disel. Bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi. Penggunaan biodisel dapat memperpanjang usia mesin disel karena memberikan pelumasan lebih daripada bahan bakar petroleum. Mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx.
MINYAK KELAPA Jenis Asam lemak Kaproat (C 6:0)* 0-0,8 Caprilat (C 8:0)* 5,5-9,5 Caprat (C 10:0)* 4,5-9,5 Laurat (C 12:0) 44-51 Meristat (C 14:0) 13-18,5 Asam lemak jenis kaproat, caprilat, caprat, laurat, meristat, palmitat adalah asam lemak jenuh. Palmitat (C 16:0) 7,5-10,5 Stearat (C 18:0) 1-3 Oleat (18:1) 5-8,2 Linoleat (18:2) 1-2,6 Asam lemak jenis Stearat, Oleat dan Linoleat adalah asam lemak Tak Jenuh Tabel II.4 Komposisi asam lemak
STANDAR MINYAK KELAPA Parameter Standar Moisture (%) 0,1 Free Fatty Acid (%) 0,142 Relative Density (g/ml) 0,913 Viskositas (cst) 32,5 Sumber : Hasil Analisa
REAKSI TRANSESTERIFIKASI
GELOMBANG MIKRO Perbandingan Temperatur Microwave dengan Pemanasan Konvensional Kondisi thermal Pemanasan pada Microwave dan Pemanasan Konvensional
KATALIS NaOH KOH Homogen Asam Fosfat Heterogen CaO Asam Al 2 O 3 Sulfat dll Asam Klorida dll
Penelitian Sebelumnya Arif Kusuma, Rizky Adiwityo ( Jurusan Teknik Kimia FTI ITS 2009 ) Pembuatan Biodiesel dengan memanfaatkan gelombang mikro secara batch. Rahayu Wilujeng, Ayyu Fityatin ( Jurusan Teknik Kimia FTI ITS 2011 ) Penelitian tentang pembuatan biodiesel dengan memanfaatkan gelombang mikro dengan proses secara kontinyu. Gria Armando, Rhesa Purnama ( Jurusan Teknik Kimia FTI ITS 2012 ) Penelitian tentang pembuatan biodiesel dengan memanfaatkan gelombang mikro secara batch menggunakan katalis CaO dan H 2 SO 4 Giar Pradipta, Lukerintaningdinar (Jurusan Teknik Kimia FTI ITS, 2013) Penelitian tentang pembuatan biodiesel dengan memanfaatkan gelombang mikro dengan proses secara batch dengan katalis CaO.
METODOLODI PENELITIAN Bahan Penelitian Alat Penelitian Variabel Percobaan Metodologi Penelitian
Bahan Percobaan
Alat Percobaan 5 1 2 3 4 Keterangan : 1.Microwave 2.Reaktor ( Labu Leher Satu ) 3.Pengatur daya 4.Pengatur waktu 5.Reflux
Kondisi Operasi Variabel dan Kondisi Operasi Rasio mol minyak kelapa : mol metanol = 1:9 Tekanan Operasi Waktu Reaksi = 1 jam = atmosferik Variabel Percobaan Konsentrasi Katalis 5% = 1%, 2%, 3%, 4% dan Daya Microwave = 100 W, 264 W, dan 400 W Jenis Katalis = H 3 PO 4 dan H 2 SO 4
Prosedur Penelitian metanol Katalis H 3 PO 4 Pengadukan 30 menit Minyak kelapa Transesterifikasi dengan microwave selama 1 jam Pemanasan biodiesel menggunaka n oven Biodiesel Pencucian biodiesel Pemisahan biodiesel dan gliserol
HASIL PENELITIAN
Gambar IV.1 Grafik hubungan Daya dengan viskositas FAME (katalis H 3 PO 4 ) 35 30 1% (w/w) 25 2% (w/w) μ 20 (cst) 3% (w/w) 15 4% (w/w) 10 5 5% (w/w) Minyak 0 0 200 400 Daya (Watt) Gambar IV.2. Grafik hubungan daya dengan viskositas FAME (katalis H 2 SO 4 ) 35 30 1% (w/w) 25 2% (w/w) μ (cst) 20 3% (w/w) 15 4% (w/w) 10 5% (w/w) 5 Minyak 0 0 100 Daya 200 (Watt) 300 400 Pengaruh Daya Microwave terhadap Viskositas FAME
Gambar IV.5. Grafik hubungan daya dengan Gambar IV.6. Grafik hubungan daya densitas pada penggunaan katalis H 3 PO 4 dengan densitas pada penggunaan 1 0,95 0,9 0,85 ρ 0,8 (g/ml) 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0 200 400 Daya (Watt) 1% 2% 3% 4% 5% katalis H 2 SO 4 1 0,95 0,9 0,85 ρ 0,8 (g/ml) 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0 100 Daya 200 (Watt) 300 400 1% 2% 3% 4% 5% Pengaruh Daya Microwave terhadap Densitas FAME
Gambar IV.9 Grafik hubungan daya dengan yield produk dengan katalis H 3 PO 4 Gambar IV.10 Grafik hubungan daya dengan yield produk dengan katalis Yield (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 Daya (Watt) 1% (w/w) 2% (w/w) 3% (w/w) 4% (w/w) 5% (w/w) H 2 SO 4 100 90 80 70 Yield 60 (%) 50 40 30 20 10 0 0 100 200 Daya (Watt) 300 400 1% (w/w) 2% (w/w) 3% (w/w) 4% (w/w) 5% (w/w) Pengaruh Daya Microwave terhadap Yield FAME
Gambar IV.13 Pengaruh konsentrasi katalis terhadap yield FAME pada daya 100 Watt. Yield (%) 100 80 60 40 20 0 0 Konsentrasi 2 Katalis 4 (%(w/w) 6 Katalis Asam Sulfat Katalis Asam Fosfat Gambar IV.14 Pengaruh konsentrasi katalis terhadap yield FAME pada daya 100 264 Watt Yield (%) 80 60 40 20 0 0 2 4 6 Konsentrasi Katalis (%(w/w)) Katalis Asam Sulfat Katalis Asam Fosfat 100 80 Yield 60 (%) 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 Konsentrasi Katalis (%(w/w)) Katalis Asam Fosfat Katalis Asam Sulfat Gambar IV.15 Pengaruh konsentrasi katalis terhadap yield FAME pada daya 400 NY Watt 10001
Gambar IV.16 Grafik hubungan waktu dengan viskositas FAME pada operasi 400 Watt dan 5% katalis H 2 SO 4 35 30 25 μ 20 (cst) 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 waktu (jam) 400 Watt ; 5% (w/w) Katalis H2SO4 Gambar IV.17 Grafik hubungan waktu dengan yield FAME pada operasi 400 Watt dan 5% katalis H 2 SO 4 yield (%) 100 80 60 40 20 0 0 5 10 waktu (jam) 400 Watt ; 5% (w/w) Katalis H2SO4
Yield (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 Daya (Watt) CaO Perbandingan Biodiesel dengan P: Katalis 555.123.4568 F: 555.123.4567 Asam dan Basa (Konsentrasi Katalis 1% (w/w))
Konsentrasi Katalis ((%(w/w)) Daya Yield Cao Asam Sulfat Asam Fosfat 1 100 40 16 10 264 45 26 12 400 54 30 12 2 100 74 17 8 264 73 26 10 400 69 33 13 3 100 73 18 10 264 79 33 11 400 80 39 12 Perbandingan Biodiesel dengan P: Katalis 555.123.4568 F: 555.123.4567 Asam dan Basa
Jenis Minyak Konsentrasi Katalis Rasio n minyak : n metanol waktu (jam) Yield (%) Keterangan Minyak Kedelai 1% H 2 SO 4 30:1 50 99 [1] Rice Bran Oil 1% H 2 SO 4 12:1 8 72,5 [2] Acid Oil (59,3% FFA) H 2 SO 4 26 85 Microalga Oil H 2 SO 4 14 63-68 Vegetable Oil H 2 SO 4 50:1 4 97 T = 338K ;P = 0,1 MPa [3] T =338 K ; P = 0,1 MPa [3] T =353 K ; P = 0,4 MPa [3] [1]. Freedman, et al [2]. Zulaikah, et al [3]. Bart, et.al Hasil Percobaan secara Konvensional
KESIMPULAN DAN SARAN
KESIMPULAN Radiasi gelombang mikro (microwave) dan katalis asam dapat digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak kelapa. Daya memberikan pengaruh terhadap proses reaksi trans-esterifikasi. Semakin besar daya yang digunakan viskositas FAME yang dihasilkan semakin rendah. Semakin besar daya, yield yang dihasilkan juga semakin besar. Dalam penelitian ini, daya yang menghasilkan yield optimum adalah 400 Watt.
KESIMPULAN Persen katalis H 3 PO 4 per berat minyak kelapa tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap yield produk. Dari penelitian ini, FAME yang dihasikan dengan kondisi operasi 400 Watt dengan konsentrasi katalis H 3 PO 4 4% (w/w) menghasilkan yield paling tinggi sebesar 15%. Apabila dibandingkan antara H 3 PO 4 dengan H 2 SO 4 sebagai katalis, H 2 SO 4 lebih baik digunakan sebagai katalis. Hal ini dapat dilihat dari penurunan viskositas ratarata yang lebih tinggi yakni sebesar 52% dan yield yang dihasilkan mencapai 39% pada daya dan konsentrasi katalis yang sama.
SARAN Pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis asam homogen hendaknya menggunakan menggunakan asam kuat. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai waktu optimal untuk menghasilkan yield biodiesel yang optimal pada penggunaan katalis H 3 PO 4. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengehatui daya optimal pada variasi waktu untuk menghasilkan yield biodiesel yang optimal pada penggunaan katalis H 3 PO 4.
Terima Kasih
Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa dengan Katalis H 3 PO 4 secara Batch dengan Menggunakan Gelombang Mikro (Microwave) Dipresentasikan oleh : 1. Jaharani (2310100061) 2. Nasichah (2310100120) Laboratorium Teknologi Proses Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS 2014 Pembimbing : Ir. Rr. Pantjawarni Prihatini NIP 1958 08 22 1983 03 2001 P: 555.123.4568 Prof. F: Dr. 555.123.4567 Ir. Mahfud, DEA NIP 1961 08 02 1986 01 1001
Hasil Analisa GC Sampel 1 = 21,79 % Daya = 400 Watt ; 5% Katalis Asam Sulfat, 1 jam
Hasil Analisa GC Sampel 2 = 17,89 % Daya = 400 Watt ; 4% Katalis Asam Fosfat, 1 jam
Hasil Analisa Flash Point Sampel Terbaik = 96 ºC Daya = 400 Watt ; 5% Katalis Asam Sulfat, 5 jam
Hasil Analisa Indeks Setana Indeks Setana = 36,46 ASTM Color = L 0,5