## ANALISA PENGARUH PERSENTASE CAMPURAN JARAK PAGAR
(JATROPHA CURCAS) DAN KAPOK (CEIBA PETANDRA) BIODIESEL TERHADAP PERUBAHAN SIFAT BAHAN BAKAR

## Rihat sebayang¹, Surya Dharma²
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, 20155 Medan, Indonesia
Email: rihat_sebayang@yahoo.com , sury4_m3@yahoo.com

## Abstrak
Dalam  upaya  meningkatkan  produksi  biodiesel  dari  minyak  nabati  non-dimakan  merupakan  salah  satu cara  yang  efektif  untuk  memecahkan  jumlah  terbatasnya  bahan  baku  tradisional  dan  tingginya  harga bahan baku tersebut. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengoptimalkan produksi biodiesel yang  berasal  dari  bahan  baku  non-dimakan,  yaitu  J.  curcas  dan  C.  Pentandra.  Proses  produksi  yang dilakukan melalui proses esterifikasi dan transesterifikasi campuran minyak J. curcas dan C. Pentandra. Hasil  dari  penelitian  menunjukkan  adanya  perubahan  properties  biodiesel  akibat  pencampuran  bahan baku.  Namun  secara  keseluruhan,  campuran  minyak  J.  curcas  dan  C.  Pentandra  memiliki  sifat karakteristik yang yang sesuai dan memenuhi persyaratan yang diberikan dalam D6751 ASTM dan EN 14214 standar. Kata kunci: bahan bakar alternatif; optimasi; non-edible oil; campuran biodiesel

## PENDAHULUAN
Energi  memainkan  peran  penting  dalam industri, sektor transportasi dan pembangkit tenaga listrik  [1].  Hal  ini  mengakibatkan  krisis  energy karena  meningkatnya  permintaan  akan  energy, menipisnya  bahan  bakar  fosil,  serta  diperburuk oleh  fakta  bahwa  bahan  bakar  fosil  merupakan sumber non-energi terbarukan [2]. Oleh karena itu, ada  kebutuhan  mendesak  untuk  mengembangkan bahan  bakar  alternatif  dari  sumber  terbarukan  dan berkelanjutan
seperti biodiesel untuk menggantikan bahan bakar fosil [4]. Biodiesel menawarkan sejumlah
keunggulan  dibandingkan  bahan  bakar  fosil karena mereka tidak beracun, biodegradable dan ramah lingkungan. Selain itu, biodiesel memiliki  titik  nyala  yang  tinggi  dan  mereka dapat  dicampur  dengan  bahan  bakar  diesel karena  sifat  yang  mirip  mereka  [5].  Biodiesel dapat  diproduksi  dari  berbagai  bahan  baku organik seperti lemak hewan, minyak sayur dan limbah minyak goreng [6-8].
Sejumlah besar penelitian telah dilakukan selama bertahun-tahun untuk meningkatkan produksi dan meningkatkan sifat- sifat  biodiesel.  Pencampuran  bahan  baku  yang berbeda  adalah  salah  satu  cara  untuk  mencapai tujuan  ini.  Sebagai  contoh,  telah  ditunjukkan bahwa  pencampuran  minyak  P.  pinnata  dengan minyak  mustard  meningkatkan  efisiensi  termal dan  mekanik  dari  biodiesel  [9].  Viskositas  dan densitas biodiesel yang dihasilkan oleh transesterifikasi  dari  campuran  minyak  tertentu yang  tengah  antara  viskositas  spesifik  dan kepadatan  biodiesel  yang  berasal  dari  minyak individu [10]. Komposisi asam lemak dari
campuran  minyak  yang  digunakan  sebagai  bahan baku  untuk  produksi  biodiesel  memiliki  dampak yang signifikan terhadap sifat-sifat biodiesel [11]. Hal  ini  ditemukan  dalam  sebuah  studi bahwa  sifat  dari  biodiesel  yang  dihasilkan  dari kedelai  dan  minyak  rapeseed  campuran  yang dekat  dengan  bahan  bakar  solar  komersial  dan oleh  karena  itu,  hal  itu  dirasakan  bahwa biodiesel ini dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar solar/diesel [12].
Untuk meningkatkan jumlah produksi dan  meningkatkan  jumlah  produksi,  pencampuran bahan  baku  yang  berbeda  adalah  salah  satu  cara untuk mencapai tujuan ini. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan biodiesel melalui proses transesterifikasi  dari  campuran  minyak  J.  curcas dan  C.  pentandra.  Biodiesel  yang  diproduksi menggunakan  proses  dua  langkah,  dimana  curcas J.  dan  C.  campuran  minyak  pentandra  pertama diesterifikasi  dengan  asam  sulfat  (H 2 SO 4 ),  dan produk dari proses esterifikasi diubah menjadi metil ester (biodiesel) melalui alkali transesterifikasi  katalis.  Komposisi  asam  lemak dan  sifat  dari  biodiesel  yang  dievaluasi  sesuai dengan D6751 ASTM dan standar EN 14214.

## MATERIAL DAN METHOD
Dalam  penelitian  ini,  bahan  yang digunakan  adalah  minyak  jarak  pagar  (jatropha curcas)  dan  minyak  kapok  (ceiba  pentandra). Beberapa  reagent,  bahan  kimia  serta  katalis yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah metanol  (kemurnian:  99,9%),  asam  sulfat (H2SO4,  kemurnian:  >  98,9%),  asam  fosfat (H3PO4 20%), pelet kalium hidroksida (KOH,
kemurnian:  99  %)  serta  kertas  filter  Whatman (filter Fioroni, France).
Campuran minyak jarak pagar (jatropha  curcas)  dan  minyak  kapok  (ceiba pentandra)  yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini adalah  JC90CP10,  JC80CP20,  JC50CP50, JC20CP80  dan  JC10CP90.  Produksi  biodiesel dilakukan  melalui  beberapa  tahapan  yang dimulai  dari  proses  pemurnian  (degumming), proses esterifikasi dan proses transesterifikasi.
Minyak biodiesel yang dihasilkan dari proses esterifikasi dan transesterifikasi selanjutnya  di  uji  sifat  bahan  bakarnya. Pengujian  viskosotas  kinematic  dilakukan  pada suhu  40 o C,  pengujian  densitas  dilakukan  pada suhu 15 o C, pengujian nilai asam dengan metode penetesan dan pengujian nilai kalor menggunakan  alat  bomb  calori  meter.  Semua jenis  pengujian  sesuai  dengan  standard  ASTM. Untuk  mendapatkan  data  yang  valid,  setiap pengujian  dilakukan  sebanyak  3  kali  untuk kemudian di ambil nilai rata-ratanya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  menghasilkan  biodiesel  dalam skala  laboratorium  diperlukan  tabung  double jaket  dengan  kapasitas  2  liter  yang  dilengkapi dengan  pemanas  tutup  stopper  yang  kencang, kondensor terhubung ke bak pendingin. Penggunaan kondensor adalah untuk mempertahankan  metanol  selama  proses  reaksi dan  menghindari  penguapan.  Termometer  tetap berada  dalam  tabung  double  jaket  untuk memverifikasi  dan  mengendalikan  suhu  bak penampung air (Model: Wise CircuModel: WCR-P8). Untuk melakukan
proses pencampuran  minyak  menggunakan  mixer digital  (IKA  Model  16  basic)  yang  bisa  diatur kecepatannya. Percobaan
dilakukan dengan menggunakan  tabung  berleher  tiga  dengan kapasitas 1 liter yang dilengkapi dengan kondensor refluks.  Reaksi  pemanasan  minyak  yaitu  dengan cara  meletakkan  tabung  labu  berleher  tiga  pada pemanas  listrik  yang  menggunakan  magnet sebagai  pengaduknya  (Model:  IKA  CMAGHS7). Selanjutnya,  selama  reaksi,  termometer  direndam dalam labu berleher tiga dengan menggunakan alas karet alat
eksperimen untuk esterifikasi dan
transesterifikasi.
1.1.  Proses degumming
Pada proses degumming, gum mengandung  fosfat,  protein,  karbohidrat,  residu air  dan  damar.  Untuk  meningkatkan  stabilitas oksidasi produk akhir, minyak dipisahkan dari
gums  melalui  proses  degumming.  Sebelum mengalami  degumming,  jatropha  curcas dan  ceiba pentandra  crude  oil  dipanaskan  dan  diaduk masing-masing  dengan  suhu  60 o C  dan  kecepatan putaran  800  rpm  selama  15  menit.  Setelah pemanasan,  minyak  mentah  jatropha  curcas maupun  ceiba  petandra  dimasukkan  kedalam tabung  reaksi  sebanyak  200ml  dipanaskan  pada suhu  60 o C  dan  kecepatan  pengadukan  800  rpm. Kemudian,  2vol%  asam  fosfat  (H 3 PO 4 ,  20% konsentrasi) ditambahkan ke minyak mentah  yang telah  dipanaskan  sebelumnya.  Proses  dilanjutkan dengan  pengadukan  dan  suhu  dipertahankan  pada suhu 60 o C selama 30 menit. Setelah itu, campuran ini dipisahkan dengan proses pemisahan kerapatan dengan menggunakan  corong  pemisah  kurang  lebih  4 jam  dimana  senyawa  fosfat  berada  di  bagian bawah.  Gums  ini  dipisahkan  dari  minyak  dan dicuci beberapa kali dengan air suling pada suhu 40 o C.  Setelah  dicuci,  air  diuapkan  dengan pompa vakum selama 30 menit untuk menghindari oksidasi minyak.

## 1.2. Proses esterifikasi dan transesterifikasi
Dalam proses ini, minyak mentah dari jarak pagar maupun ceiba pentandra sebanyak 200 ml hasil  proses  degumming  selanjutnya  ditambahkan methanol  dengan  persentase  50:50  terhadap minyak.  Selanjutnya,  campuran  minyak  dan methanol  tersebut  ditambahkan  1%  (v/v)  H 2 SO 4 pada  suhu  reaksi  60 o C  selama  3  jam  dengan kecepatan  pengadukan  yaitu  1200  rpm.  Setelah reaksi selesai, produk dituangkan ke dalam corong pemisah  untuk  memisahkan  kelebihan  alkohol, H 2 SO 4 dan  kotoran  disajikan  di  lapisan  atas. Lapisan  bawah  dipisahkan  didalam  corong pemisah  selama  kurang  lebih  4  jam.  Kemudian minyak esterifikasi tersebut  yang dipanaskan pada suhu  60 o C  dalam  evaporator  berputar  di  bawah vakum  selama  1  jam  untuk  menghilangkan metanol dan air ekstra. Setelah itu, minyak esterifikasi direaksikan (transesterifikasi)  dengan  menambahkan  methanol dengan  perbandingan  50:50  dan  1%  (w/w)  NaOH dan  direaksikan  pada  suhu  60 o C  selama  2  jam pada  kecepatan  pengadukan  1200  rpm.  Setelah selesainya  periode  reaksi,  biodiesel  diendapkan selama  6  jam  untuk  memisahkan  gliserol  dari biodiesel.  Lapisan  bawah  yang  mengandung kotoran,  kelebihan  metanol  dan  gliserol.  Metil ester  dipindahkan  ke  evaporator  putar  untuk menghilangkan  sisa  metanol.  Kemudian,  metil ester  dicuci  dengan  air  suling  beberapa  kali  untuk menghilangkan  kotoran  yang  masih  tersisa didalam biodiesel. Dalam proses ini, 50% (v/v) air suling  pada  suhu  50 o C  disemprotkan  di  atas permukaan ester dan diaduk
perlahan.  Lapisan  bawah  dilepas  dan  lapisan  atas dimasukkan  ke  dalam  tabung  labu  reaksi.  Metil ester  dikeringkan  menggunakan  CaCl 2 anhidrat selama  1  hari  kemudian  Na 2 SO 4 selama  3  jam  dan disaring oleh kertas saring.

## 1.3. Pengujian properties biodiesel
Dalam  penelitian  ini,  biodiesel  yang diproduksi  dengan  mencampurkan  minyak  ceiba pentandra  dengan  minyak  jarak  pagar  dengan beberapa  variasi,  yaitu  C10J90,  C20J80,  C50J50, C80J20,  C90J10.  Selanjutnya,  biodiesel  yang dihasilkan  diuji  sifat  bahan  bakarnya  meliputi viskositas  kinematic,  densitas,  nilai  asam  dan  nilai kalori,  serta  beberapa  pengujian  minyak  lainnya. Hasil  pengujian  sifat  bahan  bakar  untuk  setiap variasi dapat dilihat dari Tabel 1. Dari tabel tersebut diketahui bahwa, penambahan minyak jatropha curcas kedalam minyak ceiba pentandra menghasilkan penurunan nilai viskositas dari 4,7734 menjadi 4,5965 mm 2 /s,  nilai  densitas  menurun  dari  885,2  menjadi 876,9 kg/m 3 dan juga penurunan nilai asam dari 0,991 menjadi 0,767 Mg.KOH/g.
Penambahan  minyak  jarak  pagar  yang  memiliki asam  palmitat  tinggi  kedalam  minyak  ceiba pentandra  diketahui  mampu  meningkatkan  nilai stabilitas  oksidasi  dari  0,42  jam  menjadi  3,44  jam. Stabilitas oksidasi tergantung pada komposisi asam lemak  dan  antioksidan  alami,  kandungan  asam palmitat  yang  tinggi  dalam  biodiesel  menunjukkan stabilitas  oksidasi  yang  tinggi.  Penambahan  tidak memberikan  perubahan  signifikan  terhadap  nilai kalori.  Analisis  ini  menunjukkan  bahwa  perubahan properti  lebih  baik  seiring  dengan  kenaikan persentase  minyak  jarak  pagar  didalam  minyak ceiba  pentandra.  Penambahan  minyak  jarak  pagar hingga 50% menunjukkan peningkatan yang sangat baik,  seperti  nilai  asam  yang  rendah  yaitu  0,425 Mg.KOH/g.  Nilai  asam  terlihat  sangat  berbeda dengan  beberapa  campuran  minyak  lainnya.  Selain itu,  persentase  biodiesel  C50J50  memiliki  nilai kalor  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan campuran  lainnya.  Kedua  fakta  ini  menjadi  acuan dalam  menentukan persentase komposisi campuran yang ideal.
Table 1. Sifat kimia dari biodiesel campuran antar minyak jarak pagar-minyak ceiba pentandra untuk beberapa variasi campuran
Kinematic Density at Calorific Oxidation Properties viscosity at Acid number 15 o C value stability 110 o C 40 o C Satuan mm 2 /s kg/m 3 MJ/kg Mg KOH/g - ASTM D975 2.0-4.5 850 42-46 - - Solar Limit Petro-diesel 2.91 839 45.825 0.17 23.7 h ASTM D6751 1.9-6.0 880 - 0.5 max 3 min Limit EN 14214 Limit 3.5-5.0 860-900 35 0.5 max 6 min Jatropha curcas 4.5779 876.2 39.4611 0.367 14.01 Biodiesel Ceiba pentandra 4.7443 885.7 39.469 0.513 0.76 C10J90 4.5965 876.9 38.8192 0.767 3.44 C20J80 4.6238 878.1 39.0555 0.832 3.91 C50J50 4.6534 881.6 39.6123 0.425 1.76 C80J20 4.719 883.9 38.7071 0.854 0.41 C90J10 4.7734 885.2 38.8236 0.991 0.42
C xx J yy : C = Ceiba pentandra J= Jatropha curcas xx = persentase berat dari minyak ceiba pentandra yy = persentase berat dari minyak jatropha curcas
KESIMPULAN mentah lainnya,seperti viskositas, Dalam  percobaan  ini,  produksi  biodiesel
kerapatan dan nilai asam yang lebih rendah.
melalui   esterifikasi   asam   dan   transesterifikasi
2.   Secara keseluruhan, pencampuran minyak
katalitis  basa  untuk  campuran  minyak  mentah
jatropha curcas dan ceiba pentandra untuk
J.curcas-C. pentandra. Beberapa temuan utama dari
semua  jenis  persentase  campuran  masih
seri uji ini adalah:
memenuhi  persyaratan  yang  ditetapkan
1.   Berdasarkan pengujian propertias,
oleh ASTM maupun EN.
campuran minyak mentah J50C50 memiliki sifat  terbaik antara  campuran  minyak

## ACKNOWLEDGEMENT
Para  penulis mengucapkan  terimakasih  atas dukungan  finansial  yang  diberikan  oleh  Politeknik Negeri  Medan,  Medan,  Indonesia,  di  bawah  Unit Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  (UPPM- 2017).

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M.R.  Avhad,  J.M.  Marchetti.  A  review  on recent  advancement  in  catalytic  materials for biodiesel production. Renew Sust Energ Rev. 50 (2015) 696-718.
[2] H.C.  Ong,  A.S.  Silitonga,  H.H.  Masjuki, T.M.I.  Mahlia,  W.T.  Chong,  M.H. Boosroh.  Production  and  comparative fuel  properties  of  biodiesel  from  non- edible  oils:  Jatropha  curcas,  Sterculia foetida  and  Ceiba  pentandra.  Energ Convers Manage. 73 (2013) 245-55.
[3] J.  Dove.  Student  teacher  understanding of  the  greenhouse  effect,  ozone  layer depletion  and  acid  rain.  Environ  Educ Res. 2 (1996) 89-100.
[4] I.B.  Banković-Ilić,  O.S.  Stamenković, V.B.  Veljković.  Biodiesel  production from  non-edible  plant  oils.  Renew  Sust Energ Rev. 16 (2012) 3621-47.
[5] M.  Takase,  T.  Zhao,  M.  Zhang,  Y.  Chen, H. Liu, L. Yang, et al. An expatiate review of neem, jatropha, rubber and karanja as multipurpose non-edible biodiesel resources  and  comparison  of  their  fuel, engine  and  emission  properties.  Renew Sust Energ Rev. 43 (2015) 495-520.
[6] G.  Knothe.  A  technical  evaluation  of biodiesel  from  vegetable  oils  vs.  algae.
Will  algae-derived  biodiesel  perform.
Green Chem 13 (2011) 3048-65.
[7] R.  Luque,  J.C.  Lovett,  B.  Datta,  J.  Clancy,
J.M.  Campelo,  A.A.  Romero.  Biodiesel  as feasible petrol fuel replacement: a multidisciplinary overview. Energ Environ Sci. 3 (2010) 1706-21. [8] A.S.  Silitonga,  H.H.  Masjuki,  T.M.I. Mahlia,  H.C.  Ong,  F.  Kusumo,  H.B. Aditiya, et al. Schleichera oleosa L oil as feedstock  for  biodiesel  production.  Fuel.
156  (2015)  63-70.  [9]  Ghisi  M,  Chaves ES,  Quadros  DP,  Marques  EP,  Curtius
AJ, Marques  AL. Simple  method for the determination of Cu and Fe by electrothermal atomic absorption spectrometry in biodiesel treated with tetramethylammonium hydroxide. Microchemical Journal. 2011;98(1):62-5. [9] K. Srithar, K. Arun Balasubramanian, V. Pavendan, B. Ashok Kumar. Experimental investigations on mixing of two  biodiesels  blended  with  diesel  as alternative  fuel  for  diesel  engines. Journal  of  King  Saud  University  - Engineering Sciences.
[10] D.  da  Costa  Barbosa,  T.M.  Serra,  S.M.P. Meneghetti,  M.R.  Meneghetti.  Biodiesel production  by  ethanolysis  of  mixed  castor and soybean oils. Fuel. 89 (2010) 3791-4.
[11] V.F. de Almeida, P.J. García-Moreno, A. Guadix, E.M. Guadix. Biodiesel production  from  mixtures  of  waste  fish oil,  palm  oil  and  waste  frying  oil: Optimization  of  fuel  properties.  Fuel Process Technol. 133 (2015) 152-60.
[12] F.  Qiu,  Y.  Li,  D.  Yang,  X.  Li,  P.  Sun. Biodiesel  production  from  mixed  soybean oil  and  rapeseed  oil.  Appl  Energ.  88 (2011) 2050-5.