## THE UTILITASION OF BEEF TALLOW INTO BIODIESEL WITH HETEROGENOUS CATALYST
PENGOLAHAN LEMAK SAPI MENJADI BIODIESEL DENGAN KATALIS

## HETEROGEN
A.Bandjar 1 , I Wayan Sutapa 1 , Rosmawaty 1 ,  Nurlina Mahulau 1
1 Chemistry Department,  Faculty of Mathematics and Natural Sciences Pattimura University, Kampus Poka, Jl. Ir. M. Putuhena, Ambon 97134
Received:  January 2014 Published: July 2014

## ABSTRACT
The research of utilitasion of  beef tallow  into biodiesel with  heterogenous (CaO) catalyst  has  been conducted. Biodiesel  production  initially  by  esterification  reaction  with  catalyst  H 2 SO 4 1%  (toward  oil  and  methanol weight) with molar ratio oil :  methanol (1:9). After esterification process, trygliceride separated from methanol and  continued  by  transesterification  step  with  molar  ratio  1:12  (oils  and  methanol)  and  CaO  catalyst  11%  wt. Esterification  and  transesterification  process  carried  out  for  2  hours  and  6  hours  respectively  at  65 ℃ .
Berkurangnya cadangan minyak bumi dunia dan meningkatnya kepedulian terhadap lingkungan hidup menyebabkan adanya permintaan  yang  besar  untuk  sumber  bahan bakar  alternatif.  Dengan  adanya  peningkatan kebutuhan  minyak,  maka  dampak  lingkungan yang  ditimbulkan  juga  meningkat.  Usaha pengelolaan  yang  amat  potensial  adalah  dengan pengembangan  teknologi  sumber  daya  energi terbarukan  seperti  biodiesel.  Salah  satu  sumber energi  alternatif  adalah  biodiesel.  Biodiesel adalah  bahan  bakar  rendah  emisi,  pengganti bahan bakar diesel yang terbuat dari sumber daya terbarukan  dan  limbah  lipid  (Knothe,  2000, Encinar dkk., 2002).
Biodiesel  merupakan  campuran  metil  ester dengan  asam  lemak  rantai  panjang  dan  biasanya dibuat  dari  nontoksik.  Sumber  daya  hayati biodiesel  seperti  minyak  sayur,  lemak  hewan, atau  bahkan  menggunakan  minyak  goreng. Biodiesel  pada  umumnya  diproduksi  melalui proses transesterifikasi minyak nabati atau lemak
hewan  dengan  alkohol  rantai  pendek  (umumnya metanol)  menggunakan  katalis  (Ma  dan  Hanna, 1999;  Di.  Serio  dkk.,  2008;  Huber  dkk.,  2006). Biodiesel  memiliki  keunggulan  seperti  ramah lingkungan,  tidak  beracun,  secara  esensial  bebas sulfur  dan  benzena  yang  karsinogenik,  hasil pembakarannya adalah CO 2 yang dapat dikonsumsi oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis  (siklus  karbon),  dapat  teroksigenasi relatif  sempurna  atau  terbakar  habis,  nontoksik, dan terurai secara alami ( biodegradable ).
Lemak hewani seperti lemak sapi cenderung bersifat  jahat  karena  banyak  mengandung  asam lemak  jenuh (saturated  fatty    acid) sehingga tidak  baik  untuk  dikonsumsi  secara  berlebihan. Meskipun  kurang  baik  bagi  kesehatan  manusia, tetapi  karena  lemak  sapi  memiliki  kandungan lemak yang dapat digunakan sebagai bahan dasar konversi  menjadi  biodiesel,  lemak  ini  akan memiliki  nilai  ekonomi  yang  lebih  tinggi dibandingkan lemak hewani yang lain (Issariyakul dkk., 2008, Knothe, 2002).
Composition of the biodiesel was analyzed by 1 HNMR, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) and their physical properties analyzed by  ASTM  method. Result of  biodiesel conversion  is 93.99% while  based on GC-MS  analysis  showed  that  mayor  component  of  biodiesel  were  mixture  of  methyl  esters  with  methyl octadecanoat  as  the  major  coumpound  (40.65%).  Based  on  data  from  ASTM,  biodiesel  produced  from  beef tallow have qualified as diesel fuel.
Keywords : Biodiesel, h eterogenous catalyst, esterification, beef tallow, methanol , transeterification
PENDAHULUAN
Proses konvensional hasil produksi biodiesel  ditransesterifikasi  dari  minyak  atau lemak  menggunakan  katalis  homogen.  Namun proses  katalis  homogen  memiliki  beberapa kekurangan  yaitu,  produksi  air  limbah  yang  tak terelakkan  dari  proses  pencucian  residu  katalis dan  katalis  ini  tak  dapat  digunakan  kembali (Macleod  dkk.,  2008,  Sigh  dkk.,  2010).  Saat  ini produksi biodiesel menggunakan katalis heterogen.  Katalis  heterogen  dapat  mengatasi kekurangan  katalis  homogen,  salah  satunya adalah  dapat  dengan  mudah  digunakan  kembali. Selain  itu,  langkah  netralisasi  produksi  air limbah  dalam  jumlah  besar  dapat  dihilangkan (Kawashima  dkk.,  2008).  Beberapa  katalis heterogen  telah  digunakan  dalam  produksi biodiesel, diantaranya MgO, CaO, dan hidrokatalitis  (Liu  dkk.,  2008;  Di  Serio  dkk., 2007; Zabeti dkk., 2009, van Gerpen dkk., 2004). Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka  telah  dilakukan  penelitian  dengan  judul “Pengolahan  Lemak  Sapi  menjadi  Biodiesel dengan menggunakan Katalis CaO”.

## METODOLOGI Alat
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  antara lain:  satu  set  alat  refluks  ( pyrex ),  alat-alat gelas( pyrex ), pemanas listrik ( mammert ), pengaduk magnet ( science ware ), neraca analitik, lumping,  oven  ( memmert ),  termometer  1000 o C, kromatografi  Gas-Spektrometer  Massa  (GC-MS Shimadzu  QP-5000S),  spektrometer 1 H-NMR JNM  PMX  50  NMR,  vakum  evaporator Buchii, ayakan/tapisan, alat uji ASTM.

## Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  :  lemak  sapi  dari  pasar  Mardika  kota Ambon,  CaO  ( merck ),  metanol  ( merck ),  H 2 SO 4 ( merck ),  KOH  ( merck ),  Na 2 SO 4 anhidrat ( merck ),  alkohol  95%,  indikator  fenolftalein, akuades, kertas saring Whatman 42, kertas saring
a. Prosedur Kerja a.1 Preparasi katalis CaO dihaluskan terlebih dahulu menggunakan  lumpang  yang  terbuat  dari porselin  sampai  terbentuk  serbuk,  kemudian serbuk  CaO  tersebut  diletakkan  di  atas permukaan cawan porselin. Untuk menghilangkan kadar air yang masih terkandung dalam  CaO  maka  serbuk  CaO  dimasukkan  ke
dalam  oven  dan  dikeringkan  pada  suhu  200 o C selama 60 menit.

## a.2 Preparasi lemak sapi
Lemak  sapi  dipanaskan  pada  suhu  l20 o C untuk  menguapkan  air.  Setelah  dipanaskan lemak  cair  disentrifuge  untuk  memisahkan pengotor  padatan  yang  terlarut  kemudian disaring dengan kertas saring untuk memisahkan pengotor padat yang berukuran besar. Hasil yang diperoleh  kemudian  dikarakterisasi  dengan instrument 1 H-NMR.

## a.3 Analisis asam lemak bebas
Sampel  sebanyak  5  g  dimasukkan  dalam labu  erlenmeyer  250  mL,  ditambahkan  50  mL alkohol 95 %. Selanjutnya dilakukan pemanasan selama  beberapa  menit  dalam  penangas  air sampai  mendidih.  Kemudian  didinginkan  dan ditambahkan beberapa tetes indikator fenolftalein.  Setelah  itu  dilakukan  titrasi  dengan KOH  0,1  N  sampai  tepat  warna  merah  jambu. Dihitung kadar asam lemak bebasnya.
a.4  Sintesis biodiesel melalui reaksi esterifikasi dan transesterifikasi
Lemak  sebanyak  50  g    yang  telah dipanaskan dan bersih dimasukkan ke dalam alat refluks,  kemudian  diesterifikasi  asam  lemak bebasnya dengan metanol (perbandingan minyak dan  metanol  1:9)  dan  ditambahkan  dengan katalis  H 2 SO 4 1  M  1%  dari  berat  campuran. Campuran  direfluks  pada  temperatur  65 o C selama  2  jam.  Setelah  campuran  diesterifikasi, kemudian  campuran  ditransesterifikasi  dengan metanol  (perbandingan  minyak  dan  metanol  1  : 12)  dan  ditambahkan  dengan  katalis  basa  alkali CaO  dengan  berat  11%  berat  campuran. Campuran  direfluks  kembali  pada  suhu  65 o C selama 6 jam. Campuran hasil reaksi didinginkan dan  terbentuk  2  lapisan,  yaitu  berturut-turut  dari atas  ke  bawah  metil  ester  (biodiesel),  kemudian gliserol.  Lapisan  metil  ester  dan  gliserol dipisahkan  dengan  menggunakan  corong  pisah. Kemudian metil ester dievaporasi untuk menghilangkan  sisa  metanol.  Metil ester selanjutnya dicuci dengan akuades dalam corong pisah  untuk  melarutkan  sisa  gliserol.  Langkah terakhir  adalah  dengan  penambahan  Na 2 SO 4 anhidrat untuk  mengikat  sisa-sisa  air,  kemudian disaring dengan kertas saring Whatman 42.

## 3.3.5 Karakterisasi biodiesel
Metil  ester  yang  dihasilkan  selanjutnya dikarakterisasi dengan ASTM, instrument 1 HNMR  dan  GC-MS.  Karakteristik  biodiesel yang  dianalisis  dengan  metode  ASTM  adalah kerapatan  spesifik  60/60 o F  (ASTM  D  1298), viskositas  kinematik 40 o C (ASTM D 445), titik tuang  (ASTM  D  97),  titik  nyala  (ASTM  D  93), dan sisa carbon codranson (ASTM  189).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## a.  Analisis Asam Lemak Bebas
Lemak sapi dari pasar Mardika kota Ambon sebelumnya  dianalisis  kadar  asam  lemak bebasnya (FFA) dan diperoleh kadar asam lemak bebas  sebesar  11,28%.  Analisis  kadar  asam lemak bebas dilakukan bertujuan untuk menentukan proses pembuatan biodiesel selanjutnya.  Minyak  atau  lemak  yang  memiliki kandungan  asam  lemak  bebas  tinggi  seperti minyak jelantah  (2 - 7 %) dan lemak hewan (5 - 30  %)  perlu  dilakukan  dua  langkah  dengan katalis  asam  dan  katalis  basa  untuk  mengatasi asam lemak bebas yang tinggi dalam memproduksi  biodiesel  (Mastutik,  2006,  Viriya- empikul dkk., 2010).
b.  Sintesis Biodiesel melalui Reaksi Esterifikasi dan Transesterifikasi Esterifikasi  asam  lemak  bebas  pada  lemak sapi merupakan langkah pertama untuk mengurangi  adanya  asam  lemak  bebas.  Dengan esterifikasi,  asam  lemak  bebas  dikonversi menjadi metil ester. Hasil yang diperoleh setelah esterifikasi  adalah  campuran  trigliserida  dengan metil  ester.  Esterifikasi  asam  lemak  bebas  dan metanol  dapat  dilakukan  dengan  mudah  dengan katalis  asam.  Esterifikasi  dengan  katalis  asam berlangsung dengan cepat.
Reaksi  esterifikasi  lemak  sapi  dilakukan dengan  mereaksikan  metanol  dengan  sampel (lemak sapi), dengan perbandingan 1:9 menggunakan  katalis  asam  (H 2 SO 4 )  1%  berat. Proses esterifikasi dilakukan pada temperatur 65 o C selama 2 jam. Penggunaan katalis asam lebih baik dari katalis basa karena tidak menghasilkan sabun dan dapat meningkatkan produksi biodiesel.  Hal  tersebut  dikarenakan  reaksi esterifikasi merupakan reaksi pembentukan suatu ester (Macleod dkk, 2008) .
Reaksi  transesterifikasi  trigliserida  dalam lemak  sapi  dilakukan  dengan  rasio  mol  minyak
terhadap  metanol  1:12  yang  sebelumnya  telah direaksikan bersama katalis CaO kulit telur 11% berat  minyak  dan  metanol,  kemudian  direfluks pada  suhu  65 o C  selama  6  jam.  Pencampuran katalis  CaO  dan  metanol  bertujuan  untuk mengaktifkan  sifat  katalitik  dari  kalisum  oksida tersebut,  karena  reaksi  antara  CaO  dengan metanol  akan  membentuk  senyawa  kalsium metoksida  Ca(CH 3 O) 2 pada  permukaan  katalis sehingga  meningkatkan  aktifitas  katalitik  dari katalis  tersebut  pada  reaksi  transesterifikasi karena anion metoksida memiliki sifat basa yang kuat.
Setelah  reaksi  transesterifikasi  terbentuk tiga  lapisan berturut-turut metil ester (biodiesel), gliserol  dan  katalis  CaO  yang  telah  memadat sehingga  mudah  dipisahkan.  Lapisan  metil  ester yang  terbentuk  (biodiesel)  kemudian  dipisahkan dari gliserol dengan menggunakan corong pisah. Gliserol  yang  terbentuk  berada  pada  lapisan bawah.  Biodiesel  yang  terbentuk  kemudian dievaporasi  untuk  menghilangkan  sisa  metanol. Hasil  evaporasi  kemudian  dicuci,  pada  proses pencucian metil ester (biodiesel) dengan menggunakan  akuades.  Proses  pencucian  ini sendiri  bertujuan  untuk  menghilangkan  gliserol, sisa-sisa metanol dan sisa-sisa katalis yang masih terkandung  di  dalam  metil  ester.  Selanjutnya ditambahkan  Na 2 SO 4 anhidrat  untuk  mengikat sisa-sisa air.

## c. Karakterisasi Metil Ester (Biodiesel)
Analisis  campuran  metil  ester  dengan Gas Chromatography  –  Mass  Spetroscopy (GC  – MS)
Untuk  analisis kualitatif,  metil  ester dianalisis  dengan  GC-MS.  Kromatogram  hasil analisis  GC-MS  menunjukkan  adanya  sepuluh puncak dan terdapat lima puncak yang terdeteksi sebagai  metil  ester  asam  lemak.  Puncak  yang dapat  terdeteksi  yaitu  puncak  pertama  adalah metil  meristat,  puncak  ketiga  adalah  metil palmitat,  puncak  kelima  adalah  metil  margarat (metil  heptadekanoat),  puncak  ketujuh  adalah metil  oleat,  dan  puncak  kesepuluh  adalah  metil stearat (metil oktadekanoat).
Karakteristik biodiesel lemak sapi berdasarkan metode ASTM
Hasil  analisis  biodiesel  dengan  metode ASTM  yang  dibandingkan  dengan  spesifikasi ASTM  untuk  biodiesel  dapat  dilihat  pada  Tabel
1.  Biodiesel  hasil  reaksi  esterifikasi  dan transesterifikasi  dengan  CaO  11%  memenuhi  6 kriteria yang penting sebagai bahan bakar.
Viskositas  metil  ester  berkaitan  dengan kerapatan  spesifik,  di  mana  viskositas  semakin tinggi  kerapatan  spesifik  semakin  besar.  Bahan bakar dengan kerapatan spesifik tinggi akan sulit mengalir sehingga memperlambat proses pembakaran. Viskositas biodiesel dari lemak sapi mempunyai viskositas rendah, dan jika digunakan  sebagai  bahan  bakar  mesin,  hasil injeksi dalam ruang pembakaran mudah membentuk kabut yang memudahkan pembakaran.
Titik  nyala biodiesel dari lemak  sapi  sangat tinggi  (180,5 o C).  Titik  nyala  yang  tinggi memudahkan  penyimpanannya.  Titik  nyala biodiesel  dapat  disimpan  dengan  mudah  dan aman  pada  daerah  beriklim  tropis  yang  panas. Jika titik nyala bahan bakar rendah, bahan bakar tersebut mudah terbakar dalam penyimpanannya. Biodiesel  dari  lemak  sapi  tergolong  mempunyai titik tuang dan titik kabut yang tinggi. Titik tuang dan titik kabut yang tinggi mengakibatkan mesin sulit dinyalakan pada temperatur rendah.
Nilai  sisa  karbon Condradson biodiesel yang  dihasilkan  dari  lemak  sapi  adalah  0,087% dan  telah  memenuhi  standar  mutu  ASTM biodiesel. Nilai sisa karbon yang semakin rendah menunjukkan bahwa penguraian trigliserida yang terjadi semakin mendekati sempurna.
Dari enam kriteria sifat biodiesel yang telah diuraikan di atas, maka biodiesel yang dihasilkan dari lemak sapi mendekati karakteristik biodiesel sesuai  dengan  standar  mutu  ASTM  biodiesel, dimana biodiesel memiliki titik nyala yang tinggi 180,5 sehingga dapat memudahkan dalam proses penyimpanan  karena  dapat  mengurangi  resiko penyalaan, serta  mempunyai  sisa  karbon conradson yang  lebih  kecil  sehingga  dapat mengurangi polusi udara.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dan  pembahasan  maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Konversi  metil  ester  secara  teoritis  yang diperoleh  adalah  sebesar  93,99%  pada reaksi  transesterifikasi    katalis  CaO  11% berat  minyak  dan  metanol  (rasio  molar 1:12).
2. Metil  ester  yang  dihasilkan  dari  proses transesterifikasi  menggunakan  katalis  CaO yaitu  :  metil  ester  tetradekanoat  (2,02%), metil  ester  heksadekanoat  (24,02%),  metil ester  heptadekanoat  (2,27%),  metil  ester  9- oktadekanoat (18,86%), metil ester oktadekanoat (40,65%).
3. Biodiesel  yang  dihasilkan  dari  lemak  sapi memiliki  kualifikasi  sebagai  bahan  bakar diesel  karena  telah  mendekati  karakteristik minyak diesel sesuai dengan standar ASTM yaitu  kerapatan  spesifik  60/60 o F  (0,8703), viskositas  kinematik  40 o C.mm 2 /S  (4,954), titik  nyala o C  (180,5),  titik  kabut o C  (24), titik tuang o C (21), sisa karbon Condradson (0,087).

## DAFTAR PUSTAKA
Di  Serio,  M.,  Tesser,  R.,  Pengmei,  L.,  dan Santacesaria,  E.,  2008,  Heterogeneous Catalysts for Biodiesel Production, Energy Fuels , 22 , 207-217.
Encinar,  JM,  González,  JF,  dan  Rodríguez- Reinares,  A.,  2002,  Biodiesel  fuels  from vegetables oils transesterification of Cynaracardulus  L oils  with  ethanol. Energy and Fuels. 16; 443-450.
Huber,  G.W.,  Iborra,  S.,  dan  Corma,  A.,  2006, Synthesis  of  Transportation    Fuels  from Biomass: Chemistry, Catalyst, and Engineering, Chem. Rev . 106 , 4044-4098. Issariyakul,  T.,  Kulkarni,  M.G.,  Meher,  L.C.,
Dalai,  A.K.,  dan  Bakhshi,  N.N.,  2008,
Biodiesel  Production  from  Mixtures  of Canola  Oil  and  Used  Cooking  Oil, Chem.
Eng. J. , 140 , 77-85.
Jacobs,  D.,  dan  Adams,  D.,  2001,  Used  Frying Oil  to  Diesel:  An  Opportunity  for  Micro- Enterprise  Creation ,Thesis ,University  of
Cape Town, South Africa.
Kawashima,  A.,  Matsubara,  K.,  dan  Honda,  K.,
2008,  Development  of  Heterogeneous
Base  Catalysts  for  Biodiesel  Production, Bioresou. Technol. ,99, 3439-3443.
Knothe,  G.,  2000,Monitoring  a  Progressing Transesterification  Reaction  by  Fiber- Optic  Near  Infrared  Spectroscopy  with Correlation  to  1H  Nuclear  Magnetic Resonance  Spectroscopy ,  J.  Am.  Oil Chem. Soc., 77; 489–493.
Knothe,  G.,  2002,  Biodiesel  and  Renewable Diesel: A Comparison, Progress in Energy and Combustion Science, 36,364–373 Liu, X., He, H., Wang, Y., Zhu, S., dan Piao, X., 2008,  Transesterification  of  Soybean  Oil to  Biodiesel  Using  CaO  as  A  Solid  Base Catalyst, Fuel, 87 ,216–221.
Ma,  F,  dan  Hanna,  M.A.,  1999,  Biodiesel Production: A Review. Bioresource Technology, 70, 1-15.
Macleod,  C.  S.,  Harvey,  A.  P.,  Lee,  A.  F.,  dan Wilson,  K.,  2008,  Evaluation  of  The Activity  and  Stability  of  Alkali-doped Metal  Oxide  Catalyst  for  Applycation  to An  Intensified  Methode  of  Biodiesel Production, Chem.Eng, J , 135, 63-70. Mastutik,  D.,  2006, Transesterifikasi  Minyak
Jelantah  Kelapa  Sawit  menjadi  Biodiesel menggunakan Katalis NaOH tanpa Proses Esterifikasi dan Katalis Asam (H 2 SO 4 danzeolit-Y) melalui Proses Esterifikasi , Tesis . FMIPA UGM,
Yogyakarta.
Singh,  S.P.,  dan  Singh,  D.,  2010,  Biodiesel Production  through  the  Use  of  Different Sources  and  Characterization  of  Oils  and their  Esters  as  the  Substitute  of  Diesel:  A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14 ,200–216.
Triasmoyo,  S.,  2006,  Pengaruh  Konsentrasi Nb 2 O 5 (3%)-y-Al2O 3 terhadap  Konversi
Biodiesel Total
pada Reaksi
Transesterifikasi  Minyak  Goreng  Bekas, Skripsi, FMIPA UGM, Yogyakarta. Van, Gerpen, J., Shanks, B., dan Pruszko, R., 2004, Biodiesel  Production  Technology, National Renewable Energy Laboratory, Collorado.
Viriya-empikul,  N.,  Krasae, P., Puttasawat,  B.,
Yoosuk, B., Chollacoop, N., dan Faungnawakij,  K.,  2010,  Waste  Shells  of Mollusk  and  Egg  as  Biodiesel  Production Catalysts, Bioresource  Technology, 110 ,
3765–376
Zabeti, M., Wan Daud, W. M. A., dan Aroua, M. K.,  2009,  Activity  of  Solid  Catalyst  for Biodiesel  Production:  A  Review,  Fuel Process, Technol., 90 , 77.