Muyassaroh, Elvianto Dwi Daryono, M.Istnaeny Hudha: Biodisel dari Minyak jarak Pagar dengan Variasi Penambahan Co-Solvent dan Waktu Reaksi

## BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR DENGAN VARIASI PENAMBAHAN CO-SOLVENT DAN WAKTU REAKSI
Muyassaroh 1 *), Elvianto Dwi Daryono, M.Istnaeny Hudha
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, ITN Malang Jl. Bendungan Sigura-gura No.2 Malang 56145, Telp.0341-551431, Faks. 0341-553015 *E-mail: muyassrh@yahoo.co.id

## Abstrak
Reaksi  transesterifikasi  dalam  proses  pembuatan  biodiesel  merupakan  reaksi  yang  lambat  karena  berlangsung dalam  sistem  dua  fase.  Permasalahan  tersebut  dapat  diatasi  dengan  penambahan  suatu  pelarut  yang  dapat menambah  kelarutan  minyak  (co-solvent)  yang  tidak  reaktif.Penambahan  co-solvent  bertujuan  untuk  membentuk sistem  satu  fase.  Oleh  sebab  itu,  penelitian  ini  dilakukan  dengan  tujuan  mencari  pengaruh  penambahan  co- solventTetra  Hidro  Furan  (THF)  terhadap  metil  ester  yang  dihasilkan  pada  reaksi  transesterifikasi  pembuatan biodiesel  dari  jatropha  curcas  oil  (minyak  jarak  pagar).  Adapun  variabel  proses  adalah  jumlah  THF  dan  waktu reaksi.  Selain  itu,  dilakukan  pula  reaksi  transesterifikasi  tanpa  penambahan  co-solvent  (metode  konvensional) sebagai  pembanding.Suhu  reaksi  dijaga  pada  30 0 C  dan  tekanan  atmosferik.Hasil  penelitian  menunjukkan  reaksi transesterifikasi  dengan  penambahan  co-solvent  berlangsung  lebih  cepat  2-10  menit  dibandingkan  reaksi konvensional.Reaksi  Transesterifikasi  dengan  penambahan  co-solvent  menghasilkan  kadar  metil  ester  lebih  tinggi dibandingkan  metode  konvensional.  Kadar  metil  ester  yang  diperoleh  94,79%  dicapai  saat  penambahan  nisbah massa THF:Metanol = 2:1, nisbah molar Minyak Jarak Pagar:Metanol = 1:6 dan katalis NaOH 1,3%.
Kata kunci : biodiesel, co-solven,minyak jarak pagar, transesterifikasi

## BIODIESEL FROMJATROPHAOILWITH THEVARIATION OFCO- SOLVENT ANDREACTIONTIME

## Abstract
Transesterification  reaction  in  biodiesel  manufacturing  process  is  slow  because  it  takes  place  in  a  two-phase system.  This problem can be overcome by adding a co-solvent that is not reactive. The addition of co-solvent aims to form a single phase system. Therefore, this study is conducted with the aim  of understanding the effect of adding co-solvent of methyl ester Tetra Hydro Furan (THF) produced in the transesterification reaction of biodiesel from Jatropha curcas oil (Jatropha oil). The variables studied were the number of  THF and reaction time. In addition, transesterification  reactions  are  also  carried  out  without  the  addition  of  co-solvent  (conventional  method)  for comparison.  The  reaction  temperature  is  maintained  at  30 0 C  and  atmospheric  pressure.  The  results  showed  that transesterification  reaction  with  the  addition  of  co-solvent  is  2-10  minutes  faster  than  the  conventional  reaction. Transesterification reaction with the addition of co-solvent produces higher methyl ester amount than conventional methods.  94.79%  methyl  ester  amount  is  achieved  when  the  mass  ratio  of  THF:Methanol  =  2:1,  molar  ratio  of Jatropha oil: Methanol = 1:6 and 1.3% NaOH catalyst-weight.
Keywords : biodiesel, co-solvent, Jatropha oil, transesterification

## PENDAHULUAN
Produksi  biodiesel  yang  dikembangkan  saat  ini umumnya  dibuat  dari  minyak  tumbuhan  (minyak
kedelai,  minyak  lobak,  minyak  sawit  mentah),  lemak hewani:  lemak  ayam,  lemak  babi)  dan  bahkan  dari minyak  goreng  bekas(Davies.W,  2005).  Untuk  mem- produksi  biodiesel,proses  reaksi  yang  digunakan
diantaranya  adalah  transesterifikasi  berkatalis  basa (NaOH,  KOH),  esterifikasi  berkatalis  asam  (H 2 SO 4 , HCl),  dan  metode  supercritical  (Zhang,  and  Kates, 2003).  Produksi  biodiesel  dengan  metode  trans- esterifikasi  berkatalis  basa,  baik  natrium  hidroksida maupun  natrium  metoksida,  banyak  digunakan  secara komersial namun metode ini memiliki laju reaksi yang lambat  dan  ada  kalanya  reaksi  berhenti  sebelum terkonversi sempurna menjadi produk biodiesel(Boocock, et. Al., 1998).
Penelitian mengenai transesterifikasi minyak tumbuhan untuk menghasilkan
Fatty
Acid
Methyl Ester (FAME)/biodiesel  khususnya  dalam  bidang kinetika sangatlah kurang, hal ini dimungkinkan bahwa proses reaksi transesterifikasi dengan katalis basa telah di-ketahui dan dipahami,hingga tahun 1984,
FreedmanButterfield,
dan
Pryde (Boocock, 1998),dalam peneli-tiannya mendapatkan
perbandingan nisbah optimal transesterifikasi berkatalis  basa  antara  minyak:metha-nol  sebesar  1:6. Kondisi  reaksi  ini  menghasilkan  95%  metilester sebagai  produk  dengan  menggunakan  katalis  1% NaOH  terhadap  minyak.  Kondisi  operasi  ini  juga mempermudah  proses  pemisahan  di  akhir  reaksi, dimana  gliserol  akan  terpisah  dengan  sendirinya  ke bagian  bawah  reaktor.  Akan  tetapi  jika  digunakan terlalu banyak  methanol, gliserol tidak akan terikut  ke fase methanol(Boocock, et. al., 1998).
Freedman  B.,  Butterfield,  dan  E.H.  Pryde  (1986), melakukan  penelitian  terhadap  minyak  kedelai  meng- gunakan  metode  transesterifikasi  dengan  methanol- /methanolisis  dan  butanol/butanolisis  untuk  jenis alkohol  yang  dipilih  dengan  molar  nisbah  minyak kedelai:alkohol  1:6,  katalis  natrium  butoksida  1%dan natrium  metoksida  0,5%.  Hasil  yang  di-dapatkan menunjukkan  empat  perbedaan  mendasar  antara methanolisis dan butanolisis: (1) butanolisis mengikuti reaksi  orde  dua  sedangkan  methanolisis  tidak  karena adanya reaksi intermediate membentuk digliserida dan monogliserida yang tidak memenuhi syarat reaksi orde dua,  (2)  konstanta  kecepatan  reaksi  digliserida  mem- bentuk monogliserida hingga membentuk gliserol jauh lebih  kecil  dibandingkan  konstanta  kecepatan  reaksi trigliserida  membentuk  digliserida,  (3)  reaksi  metha- nolisis  memiliki lag  time (fase  adaptasi)(4  menit pertama setelah reaksi berlangsung) sebelum terbentuk metil  ester  dalam  jumlah  yang  cukup  signifikan,  dan (4)  pembentukan  butil  ester  berjalan  sangat  cepat kemudian tiba-tiba  melambat. Sebaliknya pada metha- nolisis,setelah  melewati  fase  adaptasi,  pembentukan metil ester berjalan lebih lambat.
(Boocock, et. al., 1998),menduga keanehan feno-mena yang terjadi pada hasil penelitian Freedman, Butterfield,diakibatkan adanya perbedaan kelarutan
antara  minyak  kedelai  dengan  methanol  dan  butanol. Pada butanolisis, campuran reaktan membentuk single- phase (satu  fase)sedangkan  pada  methanolisis  cam- puran reaktan membentuk dua fase/ two phases . Di sisi lain, kelarutan minyak dalam methanol rendah sedang- kan  katalis  berada  di  fase  methanol  dan  reaksi  juga terjadi  dua  fase  yang  sama.  Selain  itu,  diperlukan waktu  beberapa  saat  agar  minyak  dapat  terlarut  dalam methanol. Adanya masalah keterbatasan transfer massa inilah  yang  menyebabkan  adanya  faseadaptasipada transesterifikasi  dengan  methanol/methanolisis.  Metil ester dapat terbentuk 99% setelah 4 jam reaksi. Salah satu strategi untuk mengatasi masalah keterbatasan transfer massa tersebut adalah reaksi satu fase.  Reaksi  satu  fase  dapat  dibentuk  dengan  menam- bahkan  pelarutyang  dapat  meningkatkan  kelarutan minyak, pelaruttersebut selanjutnya disebut sebagai co- solvent . Co-solvent sangat  larut  dengan  alkohol,  asam lemak  dan  trigliserida. Co-solvent yang  diguna-kan sebaiknya  tidak  mengandung  air  dan  semakin  banyak jumlah co-solvent yang  ditambahkan  semakin  baik karena  akan  meningkatkan  kelarutan  minyak. Co- solvent yang dipilih memilliki titik didih dekat dengan methanol yang dapat mempermudah proses pemisahan di akhir reaksi. Co-solvent yang baik adalah eter siklis seperti THF, 1,4 dioxane, dietil eter, metil tersier butil ester  (MTBE)  dan  diisopropyl  ether. Co-solvent ditam- bahkan  secukupnya  agar  alkohol,  asam  lemak,  trigli- serida  dan co-solvent membentuk  larutan  satu fase(Boocock, et. al., 2003)
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas untuk  meningkatkan  produktivitas  biodiesel  di-sertai dengan  kualitasnya,  direncanakan  untuk  mela-kukan penelitian  produksi  biodiesel  dari  minyak  jarak  pagar menggunakan  teknik fast  single-phase  process . Penelitiandilakukan  dengan  menggunakan co-solvent THF  untuk  mengatasi  masalah  perbedaan  kelarutan, karena  THF  merupakan co-solvent yang  paling  baik karena: murah, tidak beracun, tidak reaktif, dan bertitik didih rendah (67 o C), sehingga dapat dipisahkan secara co-distilasi bersama-sama dengan methanol dan di daur ulangpada  akhir  reaksi.  Selain  itu,  THF  dipilih  karena bersifat  hidrofilik  dan  hidrofobik,  sehingga  dapat mengikat air dan alkohol pada bagian hidrofiliknya dan melarutkan  senyawa-senyawa  organik  pada  bagian hidrofobiknya  (Boocock,  et.  al.,  2003).  Pemakaian minyak  jarak  pagarsebagai  bahan  baku  proses pembuatan  biodiesel  dikarenakan  tanaman  jarak  pagar merupakan  bahan  non  pangan,  komponen  terbesar minyak  jarak  adalah  trigliserida  yang  mengandung asam  lemak  oleat  dan  linoleat.  Minyak  jarak  pagar mengandung  21%  asam  lemak  jenuh  dan  79%  asam lemak tak jenuh (Hambali, 2006).
Muyassaroh, Elvianto Dwi Daryono, M.Istnaeny Hudha: Biodisel dari Minyak jarak Pagar dengan Variasi Penambahan Co-Solvent dan Waktu Reaksi

## METODE PENELITIAN
Prosedur  dari  penelitian  ini  dimulai  dengan  proses Degummimg yaitu  menambahkan  asam  fosfat  0,1%, kemudian  memanaskan  dengan  suhu  60–70 o C, mendiamkan  agar  semua gum mengendap,  menyaring dan  menutup  rapat-rapat  agar  tidak  teroksidasi.Proses selanjutnya  adalah  esterifikasi,mencampurkan  metha- nol  dan  H 2 SO 4 dengan  minyak  jarak  pagar  di  dalam alat  yang  dilengkapi  dengan  magnetic  stirrer  sehingga terjadi  reaksi,  reaksi  berjalan  selama  2-4  jam  dengan suhu 60 o C, setelah proses selesai  kemudian dianalisis kembali kadar FFA, jika kadar FFA<0,5% maka proses dilanjutkan dengan reaksi transesterifikasi. Pada  reaksi  transesterifikasi  ini,  mencampurkan co- solvent THF  dengan  methanol  dengan  nisbah  massa THF:Methanol  yaitu  0:1,  1:1,  2:1.  Pada  reaksi  ini campuran  Methanol  dan co-solvent THF  ditambah NaOH  1,3%dimasukan  dalam  alat  yang  dilengkapi dengan  magnetic  stirrer,  setelah  bercampur  sempurna ditambah  minyak  jarak  pagar  dengan  perbandingan 1:6,  lalu  dipanaskan,  dibiarkan  2  menit  dan  dianalisis, demikian seterusnya dan dilakukan kembali dengannisbahmassaTHF:Methanol  (0:1,  1:1,  dan  2:1) dengan waktu (2,4,6,8, dan10 menit).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada proses pembuatan biodiesel, syarat sebagai bahan baku  proses  transesterifikasi  memiliki  %FFA<0,5%. Minyak  jarak  pagaryang  digunakan  sebagai  bahan baku  dalam  penelitian  memiliki  kadar  FFA  awal sebesar  5,64%  untuk  memenuhi  syarat  tersebut  di- lakukan  proses  esterifikasi.  Setelah  dilakukan  proses esterifikasi,  kadarFFA  menjadi  0,04%  sehingga minyak  telah  memenuhi  syarat  sebagai  bahan  baku transesterifikasi.  Hasil  analisiskadar  metil  ester  pada berbagai variabel penelitian ditampilkan pada Gambar1:
Gambar  1.Waktu  vs  Kadar  FAME  dengan  variabel massaTHF dengan methanol
Hasil  analisis  gas  kromatografi  yang  terdapat  pada Gambar  1,  menunjukkan  bahwa  dengan  penambahan co-solvent tetrahidrofuran  memberi  pengaruh  pada peningkatan  kadar  metil  ester.  Hal  itu  terlihat  pada kadar  metil  ester  hasil  reaksi  transesterifikasi  kon- vensional  (tanpa  penambahan co-solvent) pada  menit kedua hanya mencapai 55,11%, sedangkan pada reaksi dengan  penambahan co-solvent dengan  perbandingan THF:Methanol  yaitu  1:1  mencapai  85,26%  dan  pada reaksi  dengan  penambahan co-solvent THF:Methanol yaitu  2:1  diperoleh  kadar  metil  ester  91,20%.  Pada waktu  10  menit  menghasilkan  kadar  metil  ester tertinggi  yaitu  94,79%.  Peningkatan  kadar  metil  ester yang  sangat  tajam  diperoleh  pada  penambahan co- solvent THF:Methanol=  2:1.  Peningkatan  kadar  metil ester  tersebut  disebabkan co-solvent dapat  melarutkan trigliserida  dalam  methanol  sehingga  sistem  menjadi satu  fase,  semakin  banyak  THF  yang  ditambahkan maka  akan  meningkatkan  kelarutan  trigliserida terhadap methanol.
Penelitian dengan judul Fast Formation of High-Purity Methyl  Ester  from  Vegetable  Oil ,  minyak  yang digunakan  adalah  SBO  ( Soy  Bean  Oil )  molar  nisbah minyak:methanol  1:6  dengan  penambahan co-solvent THF  1,3%  NaOH,  didapatkan  kadar  yang  terbentuk pada SBO sebanyak 88% (Boocock, et. al., 1998). Baidawi,  A.,  Latif,  I.,  dan  Rachmaniah,  O.,  2008, melakukan  penelitian  dengan crude  palm  oil (CPO) pada  suhu  300 o Cdenganmenggunakan  1,3%  NaOH diperoleh  kadar  metil  ester  tertinggi  98,42%  dicapai pada saat penambahan THF:Methanol = 2:1 g/g. molar nisbah CPO:Methanol = 1:6.

## SIMPULAN
Pada  penelitian  ini,  dihasilkan  kesimpulan  yaitu pembentukan  kadar  metil  ester  tertinggi,  94,79%, dicapai  pada  nisbah  THF:Methanol  =  2:1  dengan waktu  10  menit,  dantransesterifikasi  dengan  menggu- nakan co-solvent THF  memberi  peningkatan  kadar metil  ester  sebesar  36,09%  dibanding  dengan  metode konvensional (tanpa co-solvent ).

## DAFTAR PUSTAKA
Astuti  Y.,  (2010).  “Budidaya  dan  manfaat  tanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas)”.
Baidawi,  A.,  Latif,  I.,  dan  Rachmaniah,  O.,
(2008).“Transesterifikasi dengan Co-solvent Sebagai  Salah  Satu  Alternatif  Peningkatan  Yield Metil Ester pada Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm  Oil  (CPO)”.Laboratorium  Biomassa  dan Energi, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas
Teknologi Industri, ITS, Surabaya.
Boocock,  D.G.B.,  24  Bolland  Crescent,  Ajax,  Ontario (CA), LIS 3G7 (2003).“ Single-Phase Process for Producyion  of  Fatty  Acid  Methyl  Esters  from Mixture of Triglycerides and Fatty Acids”. Boocock,  D.G.B.,  Konar,  S.K.,  Mao,  V.,  Lee,  C.,  and Sonia B. (1998). “ Fast Formation Of High-Purity Methyl  Esters  From  Vegetable  Oils”,  JAOCS ,
75 : 1167 – 1172 . Davies,  W.  (2005).  “ Biodiesel  Technologies and  Plant Design” , Lecture Note, University of Sdyney. Encinar,  J.M.,  Gonzalez,  J.F.,  Pardal,  A.  &  Martinez, G.,  (2010).  “ Transesterification  of  rapeseed  oil with  methanol  in  the  presence  of  various  co- solvent”, Department  of  Chemical  Engineering and  Physical  Chemistry,  ExtremaduraUniversity, Avenida de Elvas s/n. 06071-Badajoz, Spain . Freedman, B., Royden, O, B, and Everett, H,P. (1986).
Transesterifation  Kinetics  of  Soybean  Oil. JAOCS, 63:10-5.
Hambali,  E.,  (2006).  “Jarak  Pagar  Tanaman  Penghasil Biodiesel”. Jakarta, Penebar Swadaya.
Jan  C.  J.  Bart,  Palmeri,  N.,  and  Cavallaro,  S.  (2010). “ Biodiesel  science  and  technology  From  soil  to oil ”.
J.  Van  Gerpen,  B.  Shanks,  and  R.  Pruszko  (2001). ”Biodiesel  Production  Technology ”.Iowa  State University
Robert, M.K.F., (2004). “Biodiesel Production Techni- ques ”.Agricultural Products Center
Siboro,  J.,  (2004).  “Pengaruh  lama  reaksi  terhadap perubahan karakteristik biodiesel turunan minyak kacang  tanah  dengan  menggunakan  katalis  CaO dan co-solvent Eter” . Tesis ITN, Malang.
Standard  biodiesel  di  Indonesia.12981_SNI  04-7182- (2006).
Zhang, Y., Dube, M.A., McLean, D.D., and Kates, M. (2003).  “ Biodiesel  Production  from  Waste Cooking  Oil: Process  Design  and  Technological Assesment”, Bioresource Technol , 89:1-16.