## PRODUKSI BIODIESEL DARI LEMAK SAPI DENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI DENGAN KATALIS BASA NaOH
Ranggita Dwi Nindya Affandi, Toni Rizki Aruan, Taslim, Iriany Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email: affandi_ranggita@students.usu.ac.id

## Abstrak
Biodiesel  merupakan  bahan  bakar  alternatif  yang  biasanya  dihasilkan  dari  minyak  tumbuhan  atau  lemak hewan dengan menggunakan alkohol melalui proses transesterifikasi. Lemak sapi digunakan sebagai bahan baku  transesterifikasi  untuk  menghasilkan  biodiesel  karena  harga  lemak  sapi  yang  cukup  murah  di  pasar dan untuk mengurangi polusi ke lingkungan. Dalam percobaan ini variabel yang diamati adalah suhu reaksi, waktu  reaksi  dan  jumlah  katalis.  Transesterifikasi  dilakukan  didalam  labu  leher tiga yang  telah dilengkapi dengan refluks  kondensor,  stirrer  dan  termometer.  Pada  penelitian  ini  telah digunakan  lemak  sapi  sebagai bahan  baku  yang  murah  dan  potensial  untuk  diproduksi  menjadi  biodiesel  melalui  proses  transesterifikasi satu  tahap.  Dibawah  kondisi  optimal,  yield  maksimum  dari  biodiesel  lemak  sapi  adalah  95,67%  yang didapat  dengan  menggunakan  perbandingan  molar  lemak  sapi  :  metanol  6  :  1  pada  suhu  50 o C  dengan waktu  reaksi  30  menit  dan  katalis  NaOH  0,8%.  Spesifikasi  biodiesel  telah  sesuai  dengan  standar  nasional Indonesia (SNI). Hasil yang diperoleh pada penelitian ini menunjukkan bahwa lemak sapi cocok digunakan sebagai bahan baku berbiaya murah untuk memproduksi biodiesel.
Kata kunci :biodiesel, transesterifikasi, lemak sapi, katalis

## Abstract
Biodiesel is an alternative fuel commonly produced from vegetable oil or animal fat with methanol through transesterification. Beef tallow was used as a raw material of transesterification to make biodiesel, because the price of beef tallow was driven down by the market and to reduce the pollution to the surrounding. In this research  variable  observed  were  reaction  temperature,  reaction  time  and  amount  of  catalyst. Transesterification was carried out in a three necked spherical Pyrex vessel equipped with reflux condenser, stirrer and thermometer . In the present investigation an attempt has been made to use beef tallow as low cost sustainable  potential  feedstock  for  biodiesel  production  by  single  step  transesterification  process.  Under optimal condition, the maximum yield of 95,67 % beef tallow methyl ester was obtained by using 6 : 1 molar ratio of beef tallow to methanol at 50 o C for a reaction time 30 minutes in the presence of 0,8 wt% of NaOH catalyst.  The  biodiesel  properties  were  comparable  to  Indonesian  National  Standard  (SNI).  The  results  of this work showed that the use of beef tallow is suitable for feedstock of biodiesel production with low cost.
Keywords : biodiesel, transesterification, beef tallow, catalyst

## Pendahuluan
Pada  saat  ini  bahan  bakar  minyak  (BBM) yang  ada  di  pasaran  di  sintesa  dari  produk petrokimia  yang menggunakan  bahan  baku  berasal dari  minyak  bumi.  Ketersediaan  minyak  bumi sangat  terbatas  dan  merupakan  sumber  daya  alam yang  tidak  dapat  diperbaharui,  sehingga  harganya
akan  semakin  meningkat.  Biodiesel  merupakan sumber  energi  alternatif  pengganti  solar  yang terbuat  dari  minyak  tumbuhan  atau  lemak  hewan. Biodiesel  diperoleh  dari  reaksi  minyak  tanaman dan  lemak  hewan  (trigliserida)  dengan  alkohol menggunakan  katalis  basa  pada  suhu  dan
komposisi  tertentu  sehingga  dihasilkan  dua  zat yang  disebut  alkil  ester  (umumnya  metil  ester/ biodiesel) dan gliserol [1].
Lemak sapi dapat disimpan untuk waktu yang lama  tanpa  perlu  pencegahan  dan  disimpan  dalam tempat  kedap  udara  untuk  mencegah  terjadinya oksidasi.  Tabel  1  menunjukkan  konsumsi  produk hewan ternak per kapita pada tahun 2009 [2]. Tabel  1.  Konsumsi  produk  hewan  ternak  per kapita (kg) pada tahun 2009
Hewan Kg Hewan kg Sapi 1.18 Kerbau 0.12 Banteng 0.09 Babi 0.55 Kambing 0.15 Ayam 2.97
Penelitian  tentang  produksi  biodiesel  dari limbah  lemak  sapi  telah  banyak  dilakukan  dalam beberapa  tahun  ini.  Penelitian  banyak  dilakukan dengan berfokus pada proses esterifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan ilmu pengetahuan,  selain  itu  untuk  (i)  mempelajari produksi  biodiesel  dari  lemak  sapi  dengan  proses transesterifikasi  katalis  basa  dan  (ii)  mengetahui kondisi  terbaik  dari  proses  transesterifikasi  untuk mendapatkan yield metil ester tertinggi.

## Teori
Biodiesel  merupakan  bahan  bakar  alternatif yang  terbuat  dari  bahan  baku  yang  dapat diperbaharui  seperti  minyak  tanaman  dan  lemak hewan.  Biasanya  biodiesel  dibuat  dengan  reaksi transesterifikasi  dimana  digunakan  katalis  dan alkohol  untuk  memperoleh  biodiesel  dan  gliserol. Katalis  biasanya  digunakan  untuk  meningkatkan kecepatan  reaksi  dan  yield  [3].  Katalis  yang  biasa digunakan  dalam  reaksi  transesterifikasi  adalah katalis  basa  seperti  kalium  hidroksida  (KOH)  dan natrium hidroksida (NaOH) [4].
Proses  pembuatan  biodiesel  dari  minyak tumbuhan dan lemak hewan yang mempunyai asam lemak bebas tinggi harus melalui proses esterifikasi
terlebih  dahulu.  Bahan  baku  untuk  proses transesterifikasi harus memiliki angka asam  lemak bebas  <2%  [10].  Lemak  sapi  yang  digunakan mempunyai  asam  lemak  bebas  sebesar  0,50% sehingga  dapat  dilakukan  proses  transesterifikasi langsung.
Reaksi  transesterifikasi  adalah  reaksi  bolak balik  ( reversible ),  oleh  karena  itu  digunakan jumlah alkohol berlebih untuk menggeser kesetimbangan  ke  arah  produk  [3].    Gambar  1 menunjukkan reaksi transesterifikasi.

## Gambar  1.  Reaksi  Transesterifikasi  dari Trigliserida
Secara  stoikiometri  jumlah  alkohol  yang dibutuhkan  untuk  1  mol  trigliserida  adalah  3  mol alkohol  sehingga  diperoleh 3 mol  alkil  ester dan  1 mol gliserol [6].
Produk  samping  dari  reaksi  pembentukan biodiesel  ini  adalah  gliserol.  Proses  pembentukan biodiesel  ini  mengurangi  viskositas  dari  produk akhir.  Transesterifikasi  sangat  luas  digunakan untuk mengurangi viskositas minyak tanaman [3].
Alkohol  yang  biasa  digunakan  dalam  proses transesterifikasi  adalah  metanol  akan  tetapi  etanol juga  dapat  digunakan  namun  mempunyai  harga yang  lebih  mahal  [5].  Perbandingan  rasio  molar lemak  sapi  terhadap  metanol  6  :  1  yang  paling sering  digunakan  dalam  proses  industri  yang menghasilkan konversi >98% [6].

## Metodologi Penelitian
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  lemak  sapi  dan  bahan  kimia  berupa metanol  dan  natrium  hidroksida  (NaOH).  Lemak sapi  dimasak  untuk  mendapatkan  minyak  dan dikeringkan pada suhu 110 o C untuk
menghilangkan  kandungan  air  dari  minyak.
Minyak  lemak  sapi  kemudian  disaring  dan disimpan  dalam  tempat  yang  kedap  udara  untuk menghindari  terjadinya  oksidasi  minyak.  Minyak lemak  sapi  kemudian  dianalisa  kandungan  air, kadar  asam  lemak  bebas  dan  komponen  asam lemak  didalamnya.  Pada  tabel  2  ditunjukkan kandungan asam lemak dalam lemak sapi.
Tabel  2.  Kandungan  Asam  Lemak  dalam Lemak  Sapi  yang  diukur  menggunakan  Gas Chromatography (GC)
Asam Lemak Struktur % berat Asam Kaprilat C 10 0,0958 Asam Laurat C 12 0,5516 Asam Miristat C 14 8,7588 Asam Miristoleinat C 14 : 1 0,8933 Asam Palmitat C 16 33,8750 Asam Palmitoleat C 16 : 1 2,3073 Asam Heptadekanoat C 17 1,2651 Asam Stearat C 18 21,4603 Asam Oleat C 18 : 1 29,5983 Asam Linoleat C 18 : 2 0,8967 Asam α Linolenat C 18 : 3 0,1163 Asam Arasidat C 20 0,1754
Proses  transesterifikasi  dilakukan  di  dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan refluks kondensor,  stirrer  dan  termometer.  Rangkaian peralatan  transesterifikasi  dapat  dilihat  pada gambar  2.  Percobaan  ini  menggunakan  150  gram lemak  sapi  dengan  suhu  reaksi  50-60 o C,  waktu reaksi  30-60  menit,  konsentrasi  katalis  0,8-1,2% berat  dan  perbandingan  molar  metanol  terhadap lemak sapi adalah 6:1.
Metanol yang digunakan terlebih dahulu harus dicampur  dengan  natrium  hidroksida  (NaOH) sebelum  di  masukkan  ke  dalam  minyak.  Setelah reaksi  selesai,  campuran  dimasukkan  ke  dalam corong  pemisah  untuk  memisahkan  antara  gliserol (lapisan bawah) dan metil ester (lapisan atas). Metil ester  yang  diperoleh  dicuci  dengan  air  panas  85 o C hingga pH metil ester netral.

## Gambar 2. Rangkaian Peralatan Transesterifikasi
Hasil  yang  diperoleh  kemudian  diuji  seperti uji  viskositas,  densitas,  kemurnian,  titik  nyala sesuai dengan standar nasional Indonesia (SNI) [7], yang ditunjukkan pada tabel 3.
Tabel 3. Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI
Parameter Standar Densitas pada 40 o C, kg/m 3 850 – 890 Viskositas  kinematik  pada 40 o C, cSt 2,3 – 6,0 Titik nyala, o C Min 100 Kadar ester alkil, % Min 96,5

## Hasil

## Pengaruh Suhu Reaksi terhadap Yield Biodiesel
Gambar  3.  Hubungan  antara  suhu  reaksi dengan  yield  biodiesel  pada  waktu  reaksi  30 menit
Hubungan  antara  suhu  reaksi  terhadap  yield biodiesel  dengan  berbagai  variasi  konsentrasi katalis  pada  waktu  tetap  30  menit  dapat  dilihat
60 70 80 90 100 45 50 55 60 65 Y ie l d (% ) Suhu ( o C) Katalis NaOH 0,8%
Katalis NaOH 1,0% Katalis NaOH 1,2%
pada  gambar  3.  Suhu reaksi  sangat  mempengaruhi reaksi  dan  yield  biodiesel  yang  dihasilkan.  Dari gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  peningkatan  suhu dari  50  menjadi  55 o C  dapat  menurunkan  yield biodiesel.
Suhu  reaksi  yang  berlebih  akan  menurunkan yield  biodiesel  karena  suhu reaksi  yang mendekati titik  didih  metanol  kemungkinan  besar  metanol akan  menguap.  Katalis  yang  berlebih  akan mengakibatkan asam lemak bereaksi dengan katalis menjadi sabun sehingga akan mempersulit pencucian metil  ester dan menurunkan  yield.  Pada suhu  50 o C  sudah  banyak  terbentuk  lapisan  metil ester dan  sedikit lapisan  gliserol.  Ini  berarti  bahwa pada  suhu  50 o C  jumlah  metanol  yang  digunakan belum  ada  yang  hilang  akibat  adanya  penguapan atau habis bereaksi.
Suhu terbaik yang memberikan yield tertinggi didapat  pada  suhu  50 o C,  waktu  30  menit  dengan konsentrasi  katalis  0,8%  yang  memberikan  yield sebesar 95,67%.

## Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Yield Biodiesel
Gambar  4.  Hubungan  antara  waktu  reaksi dengan yield biodiesel pada suhu reaksi 50 o C
Hubungan  antara  waktu reaksi  terhadap  yield biodiesel  dengan  berbagai  variasi  konsentrasi katalis  pada  suhu  tetap  50 o C  dapat  dilihat  pada gambar  4.  Peningkatan  waktu reaksi  dari  30  menit menjadi  45  menit  menyebabkan  pengurangan jumlah  yield.  Pada  waktu  30  menit,  reaksi  sudah berjalan  dengan  cepat.  Selanjutnya  peningkatan
waktu  reaksi  akan  menyebabkan  yield  berkurang karena  adanya  reaksi  balik  yaitu  metil  ester  yang terbentuk kembali menjadi trigliserida.
Pada  awal  reaksi,  reaksi  transesterifikasi tergantung  pada  pencampuran  dan  penyebaran alkohol  ke  dalam  minyak,  reaksi  berlangsung sangat  cepat.  Waktu  reaksi  yang  berlebih  akan menimbulkan  pengurangan  jumlah yield akibat reaksi balik transesterifikasi, sehingga jumlah ester berkurang dan juga menyebabkan banyaknya asam lemak yang membentuk sabun [8].

## Pengaruh Katalis terhadap Yield Biodiesel
Gambar  5.  Hubungan  antara  konsentrasi katalis  dengan  yield  biodiesel  pada  waktu  30 menit
Hubungan  antara  konsentrasi  katalis  terhadap yield  biodiesel  dengan  berbagai  variasi  suhu  pada waktu tetap 30 menit dapat dilihat pada gambar 5.
Dari  gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  semakin besar  konsentrasi  katalis  NaOH  yang  digunakan maka  jumlah  yield  yang  dihasilkan  akan  semakin kecil  atau  mengalami  penurunan.  Penurunan  yield biodiesel  tergantung  dari  penggunaan  katalis  basa berlebih  yang  menyebabkan  banyak  trigliserida yang  bereaksi  dengan  katalis  basa  dan  membentuk banyak  sabun  [8].  Sabun  akan  meningkatkan kelarutan  metil  ester  di  dalam  gliserol  dan membentuk emulsi ester dan gliserol sehingga akan menyulitkan  di  dalam  pemisahan  ester [9].  Hal  ini sesuai  dengan  percobaan  yang  dilakukan  dimana pada  konsentrasi  katalis  tinggi  campuran  hasil transesterifikasi  keruh  karena terbentuknya  banyak
60 70 80 90 100 20 30 40 50 60 70 Y ie ld (% ) Waktu (menit) Katalis NaOH 0,8% Katalis NaOH 1,0% Katalis NaOH 1,2% 60 70 80 90 100 0.7  0.8  0.9 1 1.1  1.2  1.3 Y ie ld (% ) Katalis (%) Suhu 50 Celcius Suhu 55 Celcius Suhu 60 Celcius
sabun  dan  jumlah  gliserol  yang  didapat  sangat banyak.
Kondisi  terbaik  yang  didapatkan  adalah  pada suhu 50 o C, waktu 30 menit dan konsentrasi katalis 0,8%.

## Analisis Densitas
Gambar  6.  Hubungan  antara  waktu  reaksi dengan densitas biodiesel pada suhu reaksi 50 o C
Hubungan  antara  waktu  reaksi  terhadap densitas biodiesel dengan berbagai variasi konsentrasi  katalis  pada  suhu  tetap  50 o C  dapat dilihat  pada  gambar  6.  Data-data  densitas  tersebut diukur dengan piknometer pada kondisi suhu 40 o C.
Metil  ester  memiliki  densitas  yang  lebih  rendah dibandingkan dengan trigliserida (lemak sapi).
Densitas  adalah  perbandingan  antara  bobot dan volume, yaitu sifat yang tidak bergantung pada banyaknya  bahan.  Penurunan  nilai  densitas  akan menyebabkan  nilai  viskositas  semakin  kecil  [11]. Densitas  dipengaruhi  oleh  tahap pemurnian  karena tahap  pemurnian  yang  kurang  baik  dapat menyebabkan densitas biodiesel mempunyai densitas bervariasi.
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI 04- 7182-2006)  densitas  biodiesel  pada  suhu  40 o C adalah  850-890  kg/m 3 .  Dari  hasil  penelitian  untuk berbagai  variasi  yang  dilakukan  diperoleh  densitas berkisar 854-857 kg/m 3 . Dengan demikian biodiesel  yang  diperoleh  telah  memenuhi  standar densitas biodiesel.

## Analisis Viskositas
Gambar  7.  Hubungan  antara  waktu  reaksi dengan  viskositas  biodiesel  pada  suhu  reaksi 50 o C
Hubungan  antara  waktu  reaksi  terhadap viskositas  biodiesel  dengan  berbagai  variasi konsentrasi  katalis  pada  suhu  tetap  50 o C  dapat dilihat pada gambar 7. Data-data viskositas tersebut diukur  dengan  viskosimeter  pada  kondisi  suhu  40 o C.  Viskositas  merupakan  tahanan  yang  dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler pada gaya gravitasi  atau  daya  alir.  Kecepatan  mengalir  juga tergantung  pada  massa  jenis  maka  pengukuran  ini dinyatakan dengan viskositas kinematik [11]. Salah satu  tujuan  transesterifikasi  trigliserida  menjadi metil  ester  adalah  untuk  menurunkan  viskositas trigliserida.
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI 04- 7182-2006),  viskositas  kinematik  biodiesel  adalah 2,3  –  6,0  cSt.  Dari  hasil  penelitian  untuk  berbagai variasi  yang  dilakukan  diperoleh  viskositas kenematik  berkisar  4,7  –  4,9  cSt.  Nilai  viskositas biodiesel  mengalami  penurunan  dengan  semakin lamanya  waktu  reaksi  dan  semakin  meningkatnya suhu  [11].  Dengan  demikian,  biodiesel  yang diperoleh  masih  memenuhi  standar  viskositas kinematik biodiesel.

## Kesimpulan
Lemak  sapi  merupakan  limbah  industri makanan  yang  akan  menyebabkan  kerusakan lingkungan  bila  langsung  dibuang.  Oleh  karena  itu lemak  sapi  dapat  diolah  menjadi  biodiesel  yang
850 852 854 856 858 15 30 45 60 75 D en si ta s Waktu (menit) Katalis NaOH 0,8% Katalis NaOH 1,0% Katalis NaOH 1,2% 4.6 4.7 4.8 4.9 15 30 45 60 75 V is ko si ta s K in ema ti k Waktu (menit) Katalis NaOH 0,8% Katalis NaOH 1,0% Katalis NaOH 1,2%
mempunyai  harga  jual.  Waktu  reaksi  terbaik didapatkan  pada  30  menit,  suhu  reaksi  50 o C  dan konsentrasi  katalis  0,8%  yang  akan  menghasilkan yield sebesar 95,67%. Peningkatan suhu reaksi dan waktu reaksi tidak akan meningkatkan jumlah yield biodiesel yang dihasilkan. Konsentrasi katalis yang berlebih  akan  menyebabkan  terbentuknya  reaksi penyabunan  sehingga  mengurangi  yield  yang dihasilkan.

## Daftar Pustaka
[1]  PT.  Kreatif  Indonesia,  Biodiesel,  www. indobiofuel.com,  2006,  diakses  pada  20 Desember 2012
[2]    Stanton, Emms dan Sia, Competitive Industry Report  on  the  Indonesian  Cattle  and  Goats Sectors-Opportunities  for  Canadian  Animal Genetics, www.ats-sea.agr.gc.ca/ase/5675-eng. htm,  Singapore,  2010,  diakses  pada  18 Agustus 2012
[3]   Demirbas, Ayhan, Biodiesel, A Realistic Fuel Alternative  for  Diesel  Engines,  Springer,
Turkey, 2008.
[4]   Hikmah,  Maharani  dan  Zuliyana,  Pembuatan Metil  Ester  (Biodiesel)  dari  Minyak  Dedak Padi  dan  Metanol  dengan  Proses  Esterifikasi dan Transesterifikasi, Artikel Ilmiah
Universitas Diponegoro, Semarang, 2010.
[5]  Van  Gerpen,  Jon,  Biodiesel  Production, Improvement  of  Crop  Plants  for  Industrial End  Uses,  Springer,  The  Netherlands, p.
281-289, 2007
[6]  Freedman,  B.,  Pryde,  E.H.,  Mounts,  T.L, Variable  Affecting  the  yields  of  Fatty  Esters from Transesterified Vegetable Oils, J.Am.Oil
Chem.Soc, Vol 61, p 1638-1643,1984.
[7]  Badan  Standarisasi  Nasional,  Persyaratan Kualitas  Biodiesel,  www.bsn.com,  2006, diakses pada 18 Agustus 2012.
[8]   Leung,  D.Y.C.,  Wu,  X.,  Leung,  M.K.H.  A, Review  on  Biodiesel  Production  Using Catalyzed Transesterification, Applied Energy, Vol. 87, p 1083-1095, 2010.
[9]   Atapour,  Mehdi  dan  Kariminia,  Hamid  Reza, Characterization  and  Transesterification  of Iranian  Bitter  Almond  Oil  for  Biodiesel Production,  Applied Energy,  Vol  88,  p  2377- 2381, 2011.
[10]  Ramadhas,  A.S.,  Mulareedharan,  C.  dan Jayaray,  S,  Performance  and  Emission Evaluation  of  Diesel  Engine  Fueled  with Methyls  Esteres  of  Rubber  Seed  Oil, Renewable Energy, Filipina, 2005.
[11]  Wahyuni,  Ade,  Karakterisasi  Mutu  Biodiesel dari  Minyak  Kelapa  Sawit  berdasarkan Perlakuan  Tingkat  Suhu  yang  berbeda menggunakan Reaktor Sirkulasi, http: www. scribd.com/doc  /44827668/  Pengaruh  Suhu dan Waktu Terhadap Kualitas Biodiesel, 2010, diakses pada 18 Agustus 2012.