SINTESIS BIODIESEL DARI MINYAK KESAMBI ( Schleichera Oleosa L .)

## MENGGUNAKAN KATALIS BASA HETEROGEN DARI LIMBAH KARBIT
Mohammad Syarif 1 , Yuana Susmiati 2 , Michael Joko Wibowo 2
1 Mahasiswa Program Studi Teknik Energi Terbarukan Jurusan Teknik Politeknik Negeri Jember
2 Staf Pengajar Program Studi Teknik Energi Terbarukan Jurusan Teknik Politeknik Negeri Jember Jl. Mastrip 164 Jember
Email: mohammad23syarif@gmail.com

## ABSTRACT
Biodiesel is a kind of alternative fuels to replace fossil fuels as form as diesel can be obtain through out transesterification  process  of  vagetable  oils  and  methanol  with  catalyst.  One  of  all  vegetables  oil  that able to use as biodiesel’s material  is  kesambi seeds oil. The objective of this study  is to  determine  the number  of  calcium  carbide  residual  catalyst  effect  to  the  number  of  biodiesel’s  production.  Biodiesel produce  by  esterification-esterification-transesterification  (EET)  method.  Esterification  process  using methanol  amount  of  20%  w/v,  sulfuric  acid  is  5%  w/v,  while  the  reactive  temperature  is  60oC  and stirring duration about 60 minutes. Transesterification process using methanol amount of 75% w/v while the  reactive  temperature  is  60oC,  stirring  duration  is  120 minutes  and  calcium  carbide  residue  will  be variated to 2,3,4,5 and 6% w/v.  The highest biodiesel’s production in amount of 51.4% is achieved by 6% catalyst number. While the lowest number in amount of 34.32% is achieved by 2% catalyst number. R2  number  is  about  93%  which  positive  correlation  slope  number  reached  475,7x  according  to correlation  between  calcium  carbide  catalyst  number  and  biodiesel’s  production  number.  Therefore  it has more and more catalyst calcium carbide residue used will obtain the greater biodiesel yield.
Keywords: : Biodiesel, Kesambi seeds oil, Calcium Carbide Residue,Esterification,Transesterification

## PENDAHULUAN
Biodiesel  merupakan  salah  satu  bahan  bakar alternatif untuk menggantikan bahan bakar fosil, karena biodiesel  mempunyai  kemiripan  sifat  fisik  dengan petroleum  diesel (solar).  Kemiripan  sifat  fisik  inilah yang  membuat  biodiesel  dapat  digunakan  langsung pada  mesin-mesin  diesel  tanpa  ada  modifikasi  mesin [1]. Selain itu, biodiesel adalah bahan bakar yang ramah lingkungan  dan  dapat  diperbarui    karena  berasal  dari sumber daya hayati.
Jenis  sumber  daya  hayati  yang  dapat  dibuat sebagai  bahan  baku  biodiesel  adalah  minyak  nabati maupun  hewani.  Umumnya,  minyak  yang  sering digunakan  untuk  pembuatan  biodiesel  berasal  dari minyak  nabati,  karena  mudah  didapatkan  di  alam. Namun,  untuk  minyak  nabati  yang  digunakan  tidak boleh  dikonsumsi  oleh  masyarakat.  Salah  satu  minyak nabati  yang  tidak  dapat  di  konsumsi  adalah  minyak kesambi, karena  minyak  ini  mengandung racun sianida [2]. Dengan demikian,  minyak  ini dapat dibuat sebagai bahan  baku  biodiesel  [3].  Pada  pembuatan  biodiesel, minyak  kesambi  direaksikan  dengan  metanol  untuk membentuk  gugus  metil  ester  yang  dikenal  dengan reaksi  transesterifikasi.  Namun,  reaksi  ini  berjalan sangat  lambat  oleh  karena  itu  diperlukan  katalis  untuk mempercepat reaksi guna menghemat waktu.
Terdapat dua macam katalis yang dapat digunakan dalam  reaksi  transesterifikasi  yaitu  katalis  asam  dan katalis  basa  [4].  Katalis  basa  sering  dipilih    karena bersifat   higroskopis  atau  dapat   menyerap  air   saat dicampurkan  dengan  alkohol  [5].  Katalis  basa  yang
digunakan  pada  reaksi  transesterifikasi  dibedakan menjadi dua  yaitu katalis  basa  homogen dan katalis basa  heterogen  [6].  Katalis  basa  homogen  adalah katalis  yang  fasanya  sama  antara  reaktan  dan produk,  contohnya  NaOH  dan  KOH  sedangkan katalis  basa  heterogen  adalah  katalis  yang  fasanya tidak  sama  antara  reaktan  dan  produk,  contohnya CaO  dan  MgO.  Penggunaan  katalis  basa  heterogen pada  reaksi  transesterifikasi  yang  berasal  dari kalsium  oksida  (CaO)  lebih  banyak  dipilih  karena memiliki kekuatan basa dan katalitik yang tinggi [7]. Selain  itu,  penggunaan  CaO  sebagai  katalis  dapat dilakukan  sampai  4  kali  reaksi  transesterifikasi  [8]. CaO sendiri diperoleh melalui kalsinasi dari padatan kalsium  hidroksida  (Ca(OH) 2 )  pada  suhu  lebih  dari 500 o C.  Padatan  kalsium  hidroksida  ini  banyak dijumpai di daerah sekitar tempat pengelasan karbit, dan sering disebut limbah karbit.
Limbah  karbit  merupakan  produk  sampingan dari  kalsium  karbida  (CaC 2 )  yang  direaksikan dengan  air  (H 2 O)  yang  akan  membentuk  padatan kalsium  hidroksida  (Ca(OH) 2 )  berwarna  putih  dan gas  asitelina  (C 2 H 2 )  [9].  Dibidang  pertanian  gas asitelina (C 2 H 2 ) banyak digunakan untuk pematangan  buah  dan  dalam  bidang  industri digunakan  untuk  pengelasan.  Sedangkan  produk sampingan    (Ca(OH) 2 )  sering  dibuang  sebagai limbah  di  tempat  pembuangan  sampah  atau ditimbun  di  daerah  sekitar  bengkel  pengelasan karbit,  dengan  demikian  dapat  menimbulkan pencemaran  lingkungan.  Limbah  karbit  merupakan
limbah  dalam  kategori  Bahan  Berbahaya  dan  Beracun (B3)  oleh  sebab  itu  perlu  diamanfaatkan  supaya  tidak mencemari  lingkungan  [10].  Salah  satu  pemanfaatan limbah karbit oleh peneliti adalah menggunakan limbah tersebut  sebagai  katalis  reaksi  transesterifikasi  pada pembuatan  biodiesel  minyak  Kesambi.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  jumlah  katalis limbah  karbit  pada  reaksi  transesterifikasi  terhadap rendemen biodiesel kesambi yang dihasilkan.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Teknik Energi  Terbarukan,  Jurusan  Teknik,  Politeknik  Negeri Jember  pada  bulan  Desember  2015  -  Februari  2016. Alat  dan  bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah sebagai berikut:
 Minyak Kesambi
 Limbah  karbit  yang  didapatkan  dari  bengkel pengelasan  milik  Bapak  Edi  Desa  Demung Kecamatan Besuki Kabupaten Situbondo
 Asam sulfat (H 2 SO 4 ) 98%
 Metanol 100%
 NaOH Teknis
 Zeolit alam
 aquades
 Hot Plate and stirrer tipe IKA C-MAG HS 7
 Furnace tipe  CARBOLITE
 Corong pisah tipe WITEG-Precison 500 ml
 Beaker glass 500 ml tipe IWAKI TE-32
 Termometer lkohol
 Kertas saring halus
 Ayakan 200 mesh
 Timbangan ohaus tipe SCOUT-PRO 0,01 gram
 Oven tipe MEMMERT INB 200 NU-6 KL
Prosedur Penelitian 1. Aktivasi Limbah Karbit
a) Limbah  karbit  digerus  hingga  halus  dan  dicuci menggunakan  air  untuk  menghilangkan  abu  yang terdapat pada limbah karbit.
b) Limbah  karbit  dipanaskan  pada  suhu  110 o C menggunakan oven untuk menguapkan air.
c) Setelah  itu  dilakukan  pengayakan  menggunakan ayakan 200 mesh .
d) Limbah  karbit  dikalsinasi  menggunakan  furnace Pada suhu 600 o C selama 4 jam.
e) Selanjutnya  limbah  karbit  dilakukan  pengujian kandungan unsur kimianya.
2. Pembuatan Biodiesel
a) Sebanyak  150  ml  minyak  Kesambi  dilakukan pemurnian  melalui  proses Degumming ,  netralisasi dan pemucatan. Degumming menggunakan aquades bersuhu  60 o C  sebanyak  20%  v/v.  Netralisasi menggunakan  NaOH  4,12  M  sebanyak  2,7  ml sedangkan pemucatan menggunakan zeolit sebanyak 5% w/v.
b) Minyak  Kesambi  yang  telah  di  murnikan selanjutnya  dilakukan  pengujian  kualitasnya  yaitu FFA dan bilangan asam. Pengujian ini menentukan tahapan  reaksi  esterifikasi  dimana  jika  FFA  lebih dari  20%  maka  reaksi  esterifikasi  dilakukan  2  kali
[11].  Berikut  rumus  perhitungan  FFA  dan Bilangan asam :
FFA= ..1 Bilangan asam = ...... 2 c) Reaksi  esterifikasi menggunakan metanol sebanyak 20% v/v, katalis asam sulfat sebanyak 5% v/v, suhu reaksi 60 o C kecepatan pengadukan  800  rpm  dan  lama  pengadukan  60 menit.  Setelah  waktu  tercapai  minyak  kesambi dipindahkan ke  corong pemisah dan didiamkan selama 8 jam
d) Setelah  reaksi  esterifikasi  selesai  kemudian dilanjutkan reaksi transesterifikasi untuk mengkonversi minyak menjadi biodiesel.
Transesterifikasi menggunkan metanol
sebanyak 75% v/v, suhu reaksi 60 o C kecepatan pengadukan  800  rpm,  lama  pengadukan  120 menit dan katalis limbah karbit yang divariasikan 2%, 3%, 4%, 5%, 6% w/v. e) Biodiesel yang dihasilkan selanjutnya dipisahkan dari sisa katalis menggunakan kertas saring. Setelah itu biodiesel dicuci menggunakan aquades dengan suhu 80 o C.
f) Biodiesel  dilakukan  penguapan  kandungan  air pada suhu 115 o C selama 120 menit. Berikut ini rangkaian alat pembuatan biodisel :
Gambar 1. Rangkaian Alat Pembuatan Biodiesel

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Kandungan Kimia Limbah Karbit
Pengujian kandungan kimia dilakukan setelah limbah  karbit  dikalsinasi.  Kalsinasi  limbah  karbit bertujuan untuk mendapatkan padatan CaO.
Tabel 1. Kandungan Kimia Limbah Karbit
Komposisi Kimia Kandungan (%) SiO 2 0,42 Fe 2 O 3 0,039 CaO 73,12 Lain-lain 26,421
Dari  Tabel  1  diketahui  bahwa  kandungan kimia  terbesar  adalah  CaO.    Tingginya  kadar  CaO pada  limbah  karbit  disebabkan  senyawa  limbah karbit  yaitu  Ca(OH) 2 terdekomposisi  secara  termal menjadi  komponen  yang  lebih  sederhana  yaitu berupa  padatan  (CaO)  dan  air  (H 2 O).  Air  ini terbuang langsung ke lingkungan sehingga menyisakan padatan CaO.
CaO merupakan jenis basa heterogen yang paling banyak  digunakan  dalam  proses  transesterifikasi karena  dapat  bekerja  pada  suhu  reaksi  kurang  dari 70 o C    dan  memiliki  aktivitas  katalitik  yang  tinggi. Selain itu, kandungan lain berupa SiO 2 dan Fe 2 O 3 juga berperan sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi.

## Hasil Uji Kualitas Minyak Kesambi
Pengujian  kualitas  minyak  kesambi  dilakukan sebelum  proses  esterifikasi.  Selain  itu  pengujian kualitas  ini  bertujuan  untuk    menentukan  tahapan reaksi esterifikasi. Berikut hasil uji kualitas biodiesel:
Tabel 2. Uji Kualitas Minyak Kesambi Parameter Pengujian Nilai FFA (%) 22,012 Bilangan asam (mg-KOH/gr) 27,165
Bilangan  asam  berfungsi  untuk  mengukur banyaknya  asam  lemak  bebas  yang  terdapat  dalam minyak  atau  lemak  [12].  Bilangan  asam  yang  tinggi maka  semakin  tinggi  pula  FFA  yang  berasal  dari hidrolisis minyak atau lemak.
Minyak  kesambi  memiliki  FFA  lebih  dari  20% oleh sebab itu dilakukan proses esterifikasi sebanyak 2 kali  dengan  bantuan  katalis  asam  sulfat.  Proses esterifikasi berulang ini untuk mengurangi terbentuknya  sabun  oleh  katalis  basa  pada  reaksi transesterifikasi.  Selain  itu  kandungan  air  juga berpengaruh terhadap pembentukan sabun

## Hasil Biodiesel Minyak Kesambi
Biodiesel  minyak  kesambi  yang  dihasilkan  dari  reaksi transesterifikasi  menggunakan  katalis  limbah  karbit ditunjukan pada gambar 2 berikut ini :

## Gambar 2. Hasil Biodiesel Minyak Kesambi

## Hasil Rendemen Biodiesel Minyak Kesambi
Rendemen  biodiesel  minyak  kesambi  yang dihasilkan  dari  berbagai  variasi  jumlah  katalis  limbah karbit  yang  digunakan  pada  reaksi  transesterifikasi adalah sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik Rendemen Biodiesel
Pada  gambar  3  diketahui  bahwa  nilai determinasi (R2) sebesar 93,02% hal ini menunjukkan  bahwa  jumlah  katalis  limbah  karbit sangat  berpengaruh  terhadap  rendemen  biodiesel. Nilai  slopenya  positif  yaitu  475,7x  hal  ini menunjukkan  bahwa  bertambahnya  jumlah  katalis limbah karbit dari 2% w/v  sampai dengan 6% w/v meningkatkan  rendemen  biodiesel  kesambi    yaitu dari  34,32%  menjadi  51,4%.  Meningkatnya rendemen  biodiesel  kesambi  disebabkan  molekul yang  bertumbukan  dan  laju  reaksi  semakin  cepat seiring dengan penambahan jumlah katalis.
Rendemen  tertinggi  dicapai  oleh  jumlah katalis limbah karbit sebanyak 6% w/v.
Penggunaan katalis sebanyak 6% w/v menghasilkan  rendemen  biodiesel  yang  tidak  jauh berbeda  dengan  penggunaan  katalis  sebanyak  5% w/v yaitu 51,4% dan 49,13%.  Sama halnya dengan penggunaan katalis sebanyak 2% dan 3% w/v yang menghasilkan  rendemen  tidak  jauh  berbeda  yaitu 34,32%  dan  35%.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa energi  pengaktifan  pada  jumlah  katalis  tersebut hampir sama.
Mekanisme  reaksi  transesterifikasi  yang terjadi pada  minyak dengan  metanol  menggunakan katalis  CaO  yaitu  pertama  terjadi  pemecahan molekul    (disosiasi)  antara  metanol  dan  CaO membentuk  anion  metoksida  (CH 3 O - ).  Selanjutnya gugus  karbonil  pada  minyak  diserang  oleh  anion metoksida.  Kemudian  terjadi  penyusunan  ulang membentuk  metil  ester  (biodiesel)  dan  digliserida seperti gambar 4 berikut ini [13] :
Gambar 4. Mekanisme Pembentukan Metil Ester (Biodiesel)

## KESIMPULAN
Dari      hasil  penelitian  yang    telah  dilakukan terhadap      sintesis  biodiesel  dari  minyak  kesambi (schleicera  oleosa  l) dengan  menggunakan  variasi jumlah katalis limbah karbit pada reaksi
transesterifikasi  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin banyak    penggunaan  katalis  limbah  karbit  pada  reaksi transesterifikasi  minyak kesambi maka semakin besar rendemen biodiesel kesambi yang dihasilkan. Rendemen  biodiesel  kesambi  tertinggi  dicapai  oleh jumlah katalis limbah karbit 6% w/v yaitu 51,4%.

## SARAN
Saran  yang diperlukan pada penelitian  ini adalah perlunya  penggunaan  pendingin  balik  (kondensor) pada saat reaksi esterifikasi dan transesterifikasi untuk mengurangi penguapan  metanol ke  lingkungan. Selain itu,  perlu  penelitian  lebih  lanjut  tentang  pengujian kualitas  biodiesel  kesambi  yang  dihasilkan  sesuai standar SNI-2012 tentang biodiesel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Srinivasnaik, M., Sudhakar and B. Naik. 2015. Bio Diesel  as  an  Alternative  Green  Fuel  to  Internal Combustion  Diesel  Engine. Journal  of  Industrial Engineering  and  Management  Science,  Vol.  5,  No. 2, June 2015, pp. 63-66
[2]  Sudrajat,  R.,  E.  Pawoko,  D.  Hendra,  dan  D. Setiawan.  2010. Pembuatan  Biodiesel  Dari  Biji Kesambi  (Schleichera  Oleosa  l.). Jurnal  Penelitian Hasil  Hutan,  Vol.  28,  No.  4  Desember  2010,  Hlm. 358-379;
[3]  Aunillah,  A.,  dan  Dibyo.  2012. Minyak  Kesambi (Scheleicera  Oleosa  L.)  Sebagai  Bahan  Baku Biodiesel. Warta  Penelitian  dan  Pengembangan Tanaman Industri, Vol. 18, No. 1 April 2012, Hlm. 23-25;
[4] Azduwin, K., A. K. Najeeb, M. J. M. Ridzuan, and Z.  Zarina.  2016. Transesterification  Of  Waste Frying  Oil  (Wfo)  Over  Dolomite  As  Catalyst. Journal  of  Engineering  and  Applied  Sciences,  Vol. 11, No. 3, February 2016, pp. 1681-1686 ;
[5]  Malia,  A.,  P.  Suarya,  I.  Asih,  dan  M.  Wisnu  A. 2016 .  Pengaruh  Rasio  Molar  Minyak  Jelantah Dengan  Metanol  Dan  Suhu  Reaksi  Dalam  Reaksi Transesterfkasi Terkatalis CaO/Zeolit Alam
Terhadap Yield Biodiesel. Jurnal Kimia, Vol. 10 No.
1 Januari 2016, Hlm. 49-57;
[6]  Mohamed,  O.,  F.  Bensaheb,  H.  Bano,  S.  Behl and M. Jarrar. 2015. Evaluating The Role Of The Appropriate  Catalysts  On  The  Efficacy  Of Biodiesel  Production  From  Waste  Cooking  Oil.
Journal  Of  Biosciences , Vol.  3,  No.  5,  pp.  468- 473;
[7] Nurhayati dan A. Gapur. 2014. Transesterifikasi Crude  Palm  Oil  (CPO)  Menggunakan  Katalis Heterogen  CaO  Dari  Cangkang  Kerang  Darah (Anadara Granosa) Kalsinasi 900 o C. Jurnal Ind. Che. Akta, Vol. 5, No. 1 November 2014, Hlm. 23-29;
[8] Suryandari,  A. Nurhayati, dan T.A. Amri. 2015. Regenerasi Katalis CaO Dari Cangkang Kerang Darah  (Anadara  Granosa)  Kalsinasi  800 o C Pada Produksi Biodiesel. Repository Universitas Riau 2015;
[9]  Sun,  H.,  Zishanshan  Li,  Jing  Bai,  S.A.  Memon, B.  Bong,  Y.  Fang,  weitung  xu,  and  Feng  xing. 2015. Properties  Of  Chimically  Combusted Calcium  Carbide  Residue  And  Its  Inflience  On Coment Properties. Journal of Materials Number, Vol. 8, February 2015 pp. 638-651;
[10]Dewi, N., D. Darmawan, dan M. Luqman. 2016. Studi Pemanfaatan  Limbah  B3  Karbit  Dan  Fly Ash Sebagai Bahan Campuran Beton Siap Pakai (BSP) (Studi  Kasus :  PT.  Varia  Usaha  Beton). Jurnal  Presipitasi,  Vol.  13,  No.1  Maret  2016, Hlm. 34-43;
[11]Kementrian  Riset  Dan  Teknologi.  2012. Pemuliaan  Nyamplung (Calophylum Inophyllum L.)Untuk  Bahan  Baku  Biofuel:  Keragaman Produktifitas  Biodiesel  Dan  Kandungan  Resin Kumarin Dari populasi nyamplung di Indonesia;
[12]Ketaren,  S.  1986. Pengantar  Teknologi  Minyak dan lemak Pangan . Jakarta : UI-Press;
[13]Zuhra,  H.  Husin,  F.  Hasfita,  W.  Rinaldi.  2015. Preparasi  Katalis  Abu  Kulit  Kerang  Untuk transesterifikasi  Minyak  Nyamplung  Menjadi Biodiesel. Jurnal  Agritech,  Vol.  35,  No.  1,
Februari 2015, Hlm. 69-77.