## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index

## SIFAT  DAN  KARAKTERISASI  BIODIESEL  DARI  MINYAK
GORENG BEKAS

## MELALUI
PROSES ESTERIFIKASI-

## TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN PEMANAS UDARA
Surya Dharma a* , Rahmawaty b , Rihat Sebayang b
a Program  Studi  Teknik  Mesin,  Jurusan  Teknik  Mesin,  Politeknik  Negeri  Medan,  Jl.  Almamater  No.1,  Padang  Bulan,  Kec.  Medan  Baru,  Kota  Medan, Sumatera Utara 2015, Indonesia
b Program Studi Teknologi Rekayasa Energi Terbarukan, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota Medan, Sumatera Utara 2015, Indonesia *Corresponding authors at email: suryadharma (S. Dharma) Tel.: +6281361313004
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 21 November 2023 Direvisi pada 10 Januari 2024 Disetujui pada 16 Januari 2024 Tersedia daring pada 02 Maret 2024
Kata kunci:
Biodiesel, minyak goreng bekas, esterifikasi, transesterifikasi, pemanas udara
Keywords: Biodiesel, used cooking oil, esterification, transesterification, air heating.
A B S T R A K
Kebutuhan  akan  energi  mengalami  peningkatan  setiap  tahun  karena  meningkatnya populasi,  kenaikan  harga  minyak,  berkurangnya  cadangan  sumber  daya  bahan  bakar fosil,  dan  adanya  upaya  pemerintah  untuk  mengurangi  pencemaran  udara  dengan penggunaan energi terbarukan. Tujuan dari penelitian adalah menghasilkan bahan bakar biodiesel  yang  dihasilkan  dari  proses  transesterifikasi  yang  memanfaatkan  pemanas yang berasal dari udara yang dipanaskan. Bahan baku dalam penelitian ini bersumber dari  bahan  yang  tidak  terpakai  yaitu  minyak  goreng  bekas  (waste  cooking  oil).  Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  pada  proses  produksi  biodiesel,  katalis  1%  memiliki hasil biodiesel yang lebih besar yaitu sebesar 98,3%. Dan methyl ester yang dihasilkan memiliki sifat dan karakterisasi bahan bakar yang sesuai dengan standard ASTM D6751 dan EN14214.

## A B S T R A C T
Every year, the demand for energy rises as a result of a number of factors, including growth in population, rising oil costs, diminishing supplies of fossil fuel resources, and efforts  made  by  the  government  to  minimise  air  pollution  through  the  utilisation  of renewable  energy  sources.  The  objective  of  the  study  is  to  develop  a  method  for  the production  of  biodiesel  fuel  that  is  based  on  the  utilisation  of  a  transesterification process  called  heating  from  heated  air.  The  research  that  is  being  conducted  uses underutilised resources, specifically waste cooking oil, as its primary source of supplies. As  a  result  of  the  findings  of  the  research,  it  has  been  determined  that  the  biodiesel manufacturing  process  with 1% catalyst  has  a  higher  biodiesel  output,  specifically 98.3%. In addition,  the  methyl  ester  that  was produced possesses  fuel  properties  and characteristics that are in accordance with the specifications defined by ASTM D6751 and EN1421 4.

## 1. PENGANTAR
Kebutuhan akan energi mengalami peningkatan setiap tahun karena meningkatnya populasi, kenaikan harga minyak, berkurangnya cadangan sumber daya bahan bakar fosil, dan adanya upaya pemerintah untuk mengurangi pencemaran udara dengan penggunaan energi terbarukan  (Hassan,  Rahman,  Rahman,  &  Nabi,  2022).  Biodiesel  merupakan  salah  satu  sumber  bioenergi  yang  menjanjikan  karena biodiesel  terdiri  dari  ester  monoalkil  dari  asam  lemak  rantai  panjang,  dan  dapat  menggantikan  sebagian  atau  seluruhnya  penggunaan petrodiesel dalam sistem pemanas dan mesin diesel komersial tanpa memerlukan modifikasi (Chinh Nguyen dkk. , 2023). Biodiesel juga diketahui sebagai bahan bakar yang tidak beracun, dapat terurai secara hayati, dan ramah lingkungan, biodiesel juga memiliki  sifat fisik dan  kimianya  yang  dapat  disesuaikan.  Dalam  hal  emisi  pembakaran,  biodiesel  menghasilkan  lebih  sedikit  karbon  monoksida,  sulfur dioksida  dan  hidrokarbon  yang  tidak  terbakar  dibandingkan  dengan  bahan  bakar  diesel  berbasis  minyak  bumi  (Thangaraj,  Solomon, Muniyandi, Ranganathan, & Lin, 2019).
Biodiesel adalah salah satu bahan bakar alternatif yang menjanjikan untuk menggantikan bahan bakar solar  (Ghisi dkk. , 2011). Biodiesel dapat diperoleh dari berbagai sumber yang meliputi minyak nabati yang dapat dimakan dan tidak dapat dimakan, minyak limbah dan  lemak  hewani,  yang  dihasilkan  melalui  proses  transesterifikasi  trigliserida  yang  ada  dalam  minyak  nabati  dengan  alkohol  dengan adanya katalis basa atau asam (Campanelli, Banchero, & Manna, 2010; Dharma, Ong, Masjuki, Sebayang, & Silitonga, 2016; Lin, Hsu, & Chen, 2011).
Biodiesel dapat dihasilkan melalui beberapa cara, salah satunya adalah melalui proses transesterifikasi trigliserida dengan alkohol rantai pendek ditambah dengan katalis. Reaksi transesterifikasi juga dapat dilakukan tanpa penggunaan katalis, yaitu melalui reaksi proses superkritis. Proses ini terdiri dari tiga reaksi reversibel berturut-turut di mana trigliserida diubah menjadi digliserida, digliserida diubah
menjadi monogliserida, dan akhirnya monogliserida diubah menjadi gliserol. Setiap gliserida yang bereaksi terjadi pembentukan molekul ester (biodiesel) (Ramos, Dias, Puna, Gomes, & Bordado, 2019). Cara lain yang dapat digunakan dalam memproduksi biodiesel adalah menggunakan  ultrasound  (Teixeira  dkk.  ,  2009).  Ultrasound  dalam  pemrosesan  kimia  meningkatkan  transfer  massa  dan  reaksi  kimia, menawarkan potensi waktu reaksi yang lebih pendek, reagen yang lebih murah dan kondisi fisik yang tidak terlalu ekstrem. Dengan cara ini, transesterifikasi asam lemak dengan menggunakan energi ultrasonik telah digunakan untuk produksi biodiesel dari berbagai minyak nabati (Stavarache, Vinatoru, & Maeda, 2007; Stavarache, Vinatoru, Maeda, & Bandow, 2007). Proses pembuatan biodiesel lainnya adalah dengan memanfaatkan radiasi dari microwave. Biodiesel yang dihasilkan dari proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa konvesional  menghabiskan  waktu  yang  lama,  sehingga  penggunaan  iradiasi  dari  gelombang  mikro  ( microwave )  diketahui  membantu meningkatkan  efisiensi  panas  dan  menghasilkan  reaksi  kimia  yang  lebih  baik  (Milano  dkk.  ,  2018).  Beberapa  parameter  yang  dapat mempengaruhi  dalam  proses  produksi  biodiesel  adalah  konsentrasi  methanol,  suhu,  waktu  reaksi,  katalis  dan  kecepatan  (Milano  dkk., 2018; Son & Yeom, 2021).
Berbagai metode dan parameter uji telah dilakukan oleh penelitian sebelumnya dalam menghasilkan biodiesel. Adapun tujuan dari penelitian adalah menghasilkan bahan bakar biodiesel yang diperoleh dari proses transesterifikasi yang memanfaatkan udara panas ( hot air ) sebagai media pemanas dalam proses transesterifikasi biodiesel. Suhu reaksi yang dihasilkan dari udara panas dijaga pada kisaran 60- 70 o C.  Bahan  baku  dalam  penelitian  ini  bersumber  dari  bahan  yang  tidak  terpai  yaitu  minyak  jelantah (waste  cooking  oil). Sifat  dan karakterisasi bahan bakar selanjutnya diamati untuk mendapatkan bahan bakar biodiesel yang sesuai dengan standard ASTM D6751 dan EN14214.

## 2. METODE
Pada penelitian ini, minyak jelantah (waste cooking oil) digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Reagen yang digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah sebagai berikut: metanol (kemurnian: 99,9%), asam sulfat (H2SO4, kemurnian: > 98,9%), asam fosfat (H3PO4 20%), pelet kalium hidroksida (KOH, kemurnian: 99 %), kalsium klorida anhidrat (CaCl2 99%), natrium sulfat anhidrat (Na2SO4 99%)  dan  natrium  hidrogen  karbonat  (NaHCO3).  Kertas  saring  Whatman  (Filtres  Fioroni,  Perancis)  yang  digunakan  untuk  menyaring sampel biodiesel. Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah metanol (kemurnian: 99,9%), sulphuric acid (H 2 SO 4 ), pelet kalium hidroksida (KOH), kertas saring Whatman (Filtres Fioroni, Prancis) yang dibeli dari Merck.

## 2.1. Proses Degumming
Secara umum, minyak mentah mengandung jumlah fosfatida yang bervariasi (dikenal sebagai gum) dan fosfatida ini perlu dihilangkan dari  minyak  karena  tidak  diinginkan  untuk  produksi  biodiesel.  Proses  menghilangkan  fosfatida  dari  minyak  mentah  disebut  proses degumming. Pada proses ini, minyak jelantah dipanaskan terlebih dahulu pada suhu 60 °C selama 15 menit. Setelah ini, 2 vol.%  asam fosfat (H 3 PO 4 20%) ditambahkan ke dalam campuran minyak dan dipanaskan pada 60 °C selama 30 menit dengan kecepatan pengadukan 800 rpm. Ini diikuti dengan proses penyaringan sederhana selama minimal 4 jam, di mana pembentukan fosfatida (getah) dapat diamati di bagian bawah labu. Gusi dipisahkan dari campuran minyak dan campuran minyak dicuci beberapa kali dengan air suling pada suhu 40 °C. Kelebihan air diuapkan dari campuran minyak menggunakan pompa vakum selama 30 menit untuk mencegah oksidasi campuran minyak (Dharma, Ong, Masjuki, Sebayang, & Silitonga, 2016).

## 2.2. Proses Esterifikasi
Proses  produksi  biodiesel  dari  minyak  jelantah  dilakukan  dalam  proses  dua  langkah:  (1)  esterifikasi  dengan  katalis  asam  dan  (2) transesterifikasi dengan katalis alkali. Proses esterifikasi juga dikenal sebagai pre-treatment dan tujuan utama dari proses ini adalah untuk mengurangi jumlah asam lemak bebas yang ada dalam campuran minyak menjadi kurang dari 1%. Pada proses ini, 1% (v/v) asam sulfat (H 2 SO 4 ) ditambahkan ke dalam 200 ml minyak jelantah yang telah dihilangkan gumnya. Proses esterifikasi dilakukan selama 3 jam dengan menggunakan parameter operasi berikut: rasio metanol terhadap minyak: 30%, suhu: 60 °C dan kecepatan agitasi: 1200 rpm. Setelah reaksi selesai,  produk  dituangkan  ke  dalam  corong  pisah  untuk  memisahkan  kelebihan  metanol,  H 2 SO 4 dan  pengotor.  Setelah  beberapa  jam, lapisan atas mengandung metanol berlebih sedangkan dibagian bawah adalah minyak yang sudah teresterifikasi. Setelah ini, minyak hasil esterifikasi dipanaskan pada suhu 60 °C dalam rotary evaporator dalam kondisi vakum selama 1 jam untuk menghilangkan residu metanol dan air yang ada dalam campuran minyak.

## 2.3. Transesterifikasi
Minyak jelantah hasil esterifikasi diukur dan dipanaskan sampai suhu 60 °C menggunakan pemanas circulator. Setelah itu, 1% berat kalium hidroksida (KOH), yang merupakan katalis basa, dilarutkan dalam metanol, dicatat bahwa rasio metanol-terhadap-minyak adalah 30%. Larutan KOH-metanol ini kemudian ditambahkan ke dalam minyak yang dipanaskan dan reaksi berlanjut selama 2 jam. Campuran minyak diaduk secara konstan pada 800 rpm menggunakan overhead stirrer selama proses transesterifikasi dan temperatur dijaga konstan pada 60 °C. Setelah reaksi selesai, metil ester (biodiesel) dituangkan ke dalam corong pisah selama 6 jam untuk memisahkan gliserol dari metil ester. Kelebihan metanol, gliserol, dan pengotor yang terkandung dalam lapisan bawah berdensitas tinggi dihilangkan pada tahap ini. Setelah ini, metil ester dituangkan ke dalam rotary evaporator untuk menghilangkan residu metanol, dan kemudian dicuci dengan air suling beberapa kali untuk menghilangkan gliserol dan kotoran yang tertahan. Dalam proses ini, 50% (v/v) air suling pada 50 °C disemprotkan ke  permukaan  metil  ester  dan  diaduk  perlahan.  Metil  ester  selanjutnya  dimurnikan  untuk  menghilangkan  kelebihan  air  dan  metanol menggunakan pompa vakum pada suhu 60 °C, dan terakhir disaring menggunakan kertas saring (Dharma, Ong, Masjuki, Sebayang, & Silitonga, 2016). Pada proses transesterifikasi ini dilakukan beberapa variasi pengujian dari jumlah katalis KOH, yaitu 0,5%, 1% dan 1,5% untuk melihat jumlah biodiesel yang dihasilkan.

## 2.4. Alat Produksi Biodiesel
Produksi biodiesel menggunakan sebuah reactor yang menggunakan udara panas sebagai media pemanas campuran bahan baku dan methanol. Adapun skema alat produksi biodiesel adalah sebagai berikut:
Gambar 1: Skema alat produksi biodiesel

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Hasil Penelitian
Efek pemuatan KOH (0,5-1,5% berat) terhadap hasil biodiesel dievaluasi pada rasio metanol dan minyak 30 (berat / berat)%, dengan waktu reaksi 120 menit. Hasil tersebut ditunjukkan pada Gambar 5, bahwa hasil biodiesel meningkat dari 96,5% menjadi 98,3% karena pemuatan KOH meningkat dari 0,5 menjadi 1,0 wt.% Dan menurun secara signifikan menjadi 93,4% setelahnya. Ini dapat dijelaskan bahwa lebih banyak trigliserida terbentuk dalam reaksi sisi saponifikasi karena penambahan katalis KOH yang berlebihan.
Gambar 2: Pengaruh katalis KOH terhadap hasil metil ester

## 3.2. Sifat dan Analisis Minyak Goreng Bekas
Sifat fisik dari minyak goreng bekas yang dikonversi menjadi biodiesel dapat dilihat dari Tabel 1 . Dari tabel tersebut terlihat bahwa kepadatan dan viskositas kinematik dari minyak goreng bekas sesuai dengan standard yang telah ditetapkan oleh ASTM D6751 dan juga standar EN 14214. Dapat disimpulkan bahwa viskositas kinematik, densitas, dan nilai asam dari minyak jelantah ( waste cooking oil) yang dihasilkan dari proses menggunakan pemanas udara mendekati dengan minyak yang diolah menggunakan proses pemanasan double jacket reactor yang menggunakan pemanas air. Hasil ini sejalan dengan Milano et al (2017) yang menyatakan bahwa campuran 70% Calophyllum inophyllum oil (CIO) dan 30% limbah minyak goreng (CSO) dapat mengurangi nilai asam dari 63,05 menjadi 19,75 mg KOH/g (Milano dkk., 2018).
Tabel 1: Sifat Fisik Dari Waste Cooking Oil Biodiesel Sifat Unit ASTM D6751 EN 14214 Diesel Biodiesel minyak jelantah yang menggunakan double jacket reactor Biodiesel minyak jelantah yang menggunakan pemanas udara Kinematic viscosity at 40°C mm 2 /s 1,9-6,0 3,5–5,0 2,86 4,7853 4,832 Density at 15°C kg/m 3 860-880 860–900 833 878 878 Acid value mg KOH/g Max. 0,5 Max 0,5 0,06  ,  35  ,24  Higher heating value MJ/kg Min. 35 35 45,82  ,  84
 ,862 93.0 94.0 95.0 96.0 97.0 98.0 99.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Yield o f B io d iesel (%) Catalyst  concentration (%)

## 4. KESIMPULAN
Sifat fisikokimia dari biodiesel minyak jelantah (WCO) telah dievaluasi, hasil maksimum biodiesel dari percobaan dicapai pada 98,30% dengan jumlah katalis yang digunakan adalah 1,0% berat KOH. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa metil ester minyak jelantah yang diperoleh merupakan kandidat yang baik sebagai alternatif pengganti bahan bakar solar karena sesuai dengan standar ASTM D6751 dan EN14214.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan Terima kasih Para penulis dengan penuh rasa syukur menyampaikan penghargaan dan mengucapkan terima kasih atas dukungan finansial yang diberikan oleh Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi melalui dana DIPA Politeknik Negeri Medan Tahun 2023.

## DAFTAR PUSTAKA
Campanelli, P., Banchero, M., & Manna, L. (2010). Synthesis of biodiesel from edible, non-edible and waste cooking oils via supercritical methyl acetate transesterification. Fuel, 89 (12), 3675-3682.
Chinh Nguyen, H., Hagos Aregawi, B., Fu, C.-C., Chyuan Ong, H., Barrow, C. J., Su, C.-H., Wang, F.-M. (2023). Biodiesel production through  electrolysis  in  the  presence  of  choline  chloride-based  deep  eutectic  solvent:  Optimization  by  response  surface methodology. Journal of Molecular Liquids , 121633.
Dharma, S., Ong, H. C., Masjuki, H. H., Sebayang, A. H., & Silitonga, A. S. (2016). An overview of engine durability and compatibility using biodiesel–bioethanol–diesel blends in compression-ignition engines. Energy Conversion and Management, 128 , 66-81. Ghisi, M., Chaves, E. S., Quadros, D. P., Marques, E. P., Curtius, A. J., & Marques, A. L. (2011). Simple method for the determination of Cu  and  Fe  by  electrothermal  atomic  absorption  spectrometry  in  biodiesel  treated  with  tetramethylammonium  hydroxide. Microchemical Journal, 98 (1), 62-65.
Hassan, T.,  Rahman,  M. M.,  Rahman,  M. A.,  &  Nabi,  M.  N.  (2022).  Opportunities  and  challenges  for  the  application  of  biodiesel  as automotive fuel in the 21st century. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 16 (5), 1353-1387.
Lin, Y.-C., Hsu, K.-H., & Chen, C.-B. (2011). Experimental investigation of the performance and emissions of a heavy-duty diesel engine fueled with waste cooking oil biodiesel/ultra-low sulfur diesel blends. Energy, 36 (1), 241-248.
Milano, J., Ong, H. C., Masjuki, H. H., Silitonga, A. S., Chen, W.-H., Kusumo, F., Sebayang, A. H. (2018). Optimization of biodiesel production by microwave irradiation-assisted transesterification for waste cooking oil-Calophyllum inophyllum oil via response surface methodology. Energy Conversion and Management, 158 , 400-415.
Ramos, M., Dias, A. P. S., Puna, J. F., Gomes, J., & Bordado, J. C. (2019). Biodiesel production processes and sustainable raw materials.
Energies, 12 (23), 4408.
Son, E. K., & Yeom, S. H. (2021). Repeated Biodiesel Production Using a Cartridge Containing Solid Catalysts Manufactured from Waste Scallop Shells for Simultaneous Lipid Extraction and Transesterification Process. Biotechnology and Bioprocess Engineering,
26 (1), 145-155.
Stavarache,  C., Vinatoru,  M.,  & Maeda, Y.  (2007). Aspects of  ultrasonically  assisted  transesterification of various  vegetable oils  with methanol. Ultrasonics Sonochemistry, 14 (3), 380-386.
Stavarache,  C.,  Vinatoru,  M.,  Maeda,  Y.,  &  Bandow,  H.  (2007).  Ultrasonically  driven  continuous  process  for  vegetable  oil transesterification. Ultrasonics Sonochemistry, 14 (4), 413-417.
Teixeira, L. S. G., Assis, J. C. R., Mendonça, D. R., Santos, I. T. V., Guimarães, P. R. B., Pontes, L. A. M., & Teixeira, J. S. R. (2009).
Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, 90 (9), 1164-
1166.
Thangaraj, B., Solomon, P. R., Muniyandi, B., Ranganathan, S., & Lin, L. (2019). Catalysis in biodiesel production—a review. Clean Energy, 3 (1), 2-23.