JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 KUALITAS BIODIESEL DARI MINYAK JELANTAH BERDASARKAN PROSES SAPONIFIKASI DAN TANPA SAPONIFIKASI Edwin Permana1, M. Naswir2*, Meyly Ekawati T. Sinaga2, Haikal Alfairuz2, SD. Sumbogo Murti3 1,2Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi, Jambi, Indonesia, Jl. Jambi-Ma. Bulian KM15 Mendalo Darat Jambi 36361 3Pusat Teknologi Sumber Daya Energi dan Industri Kimia, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Gedung Energi 625 Klaster V, Kawasan PUSPIPTEK, Tangerang Selatan 15314 Email: 1edwinpermana86@unja.ac.id, Abstrak Abstrak - Biodiesel salah satu alternative energi yang dapat diperbaharui dan dapat digunakan sebagai bahan bakar diesel yang menjanjikan di masa yang akan datang. Pada studi ini, produksi biodiesel dari minyak jelantah dilakukam dengan proses saponifikasi dan tanpa saponifikasi. Proses pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan metode transesterifikasi. Hal yang diamati dari pembuatan biodiesel ini adalah kuantitas dan kualitas biodiesel yang dihasilkan. Hasil biodiesel yang diperoleh diuji kuantitasnya dengan menghitung % rendemen pada setiap hasil untuk biodiesel dengan saponifikasi berturut-turut adalah 61,68%. Untuk biodiesel tanpa saponifikasi berturut-turut adalah 81,93%. Uji kualitas dihasilkan untuk uji densitas biodiesel dengan dan tanpa saponifikasi adalah 0,8871 g/mL dan 0,8975 g/mL, %FFA 0,3375 mgKOH/g dan 0,6325 mg-KOH/g, dan titik nyala 184℃ dan 182,6℃. Kata kunci: Biodiesel, minyak jelantah, transesterifikasi, saponifikasi Abstract Biodiesel is an alternative fuel that can be renewed and as a promising of diesel fuel in the future. In this study, the production of biodiesel from used waste vegetable oil through the initial treatment reaction saponification and without saponification. The process of producing of biodiesel can used by the transesterification method. The yield of biodiesel were obtained then analysis for quantity by calculating of the percent yield on each yield for biodiesel with saponification successively is 61.68%. The biodiesel product without saponification successively is 81.93%. The quality test produced for biodiesel density test with and without saponification is 0.8871 g / mL and 0.8975 g / mL ,% FFA 0.3375 mg KOH / g and 0.6325 mg KOH / g, and flash point 184 ℃ and 182.6 ℃. Keywords: Biodiesel, Waste vegetable oils, Transesterification, saponification I. PENDAHULUAN Biodiesel merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan sebagai bahan bakar diesel yang menjanjikan di masa yang akan datang. Biodiesel dapat diproduksi dari minyak nabati, lemak hewan, limbah minyak, dan lain sebagainya (Singh dkk., 2019:60). Biodiesel dapat diproduksi dari bahan terbarukan dan terdiri dari ester alkil dan dari asam-asam karakteristiknya, biodiesel memiliki sifat fisik yang sama dengan minyak solar sehingga berpotensi untuk dijadikan alternatif bahan bakar untuk mesin diesel pada kendaraan. Namun, terdapat perbedaan pada sifat kimia antara biodiesel dengan minyak solar dimana biodiesel lemak. Jika ditinjau 26
JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 mengandung nilai kalor minimal 37 MJ/kg sedangkan minyak solar sekitar 42,7 MJ/kg. Selain itu, minyak solar secara umum terdiri dari senyawa hidrokarbon aromatik sekitar 30-35%, parafin 65- 70% dan sedikit kandungan olefin (Ernes dkk., 2019:5). untuk meningkatkan nilai jual dari minyak jelantah. Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui proses saponifikasi terhadap kualitas biodiesel yang dihasilkan. pengaruh dari Tabel 1. Standar mutu biodiesel memiliki keunggulan dan masih terdapat kelemahannya tersendiri. Hal ini dapat ditinjau dari emisi gas yang dihasilkan seperti gas NOx, CO, CO2, hidrokarbon dan asap dari emisi tersebut. Pembakaran biodiesel dari minyak jarak, alga, kelapa sawit, dan minyak jelantah menghasilkan emisi gas NOx yang lebih tinggi dibandingkan dengan minyak diesel biasa. Hal ini dikarenakan suhu pemabakaran yang terlalu tinggi sehingga oksigen yang terkandung semakin banyak. Emisi gas CO dan CO2 dari pembakaran biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan minyak diesel. Emisi hidrokarbon memiliki tingkat variasi tersendiri dimana emisi hidrokarbon dari pembakaran biodiesel lebih rendah dari minyak diesel apabila beban mesin juga rendah dan akan lebih tinggi jika beban mesin tinggi. (Abed dkk., 2019:183). Penggunaan biodiesel Parameter Uji Angka asam Massa jenis pada 40ºC Satuan, min/ maks mg KOH/g kg/m3 Angka setana Titik nyala (mangkok tertutup) Titik tuang Min ºC, min ºC, maks Sumber: SNI 7182: 2015 Standar Metode Uji 0,5 SNI 01-2901- 2006 850-890 ASTMD 51 1298/ ASTM D4052 ASTMD 613 100 ASTM D7094 18 ASTMD97- 04 II. METODE PENELITIAN Pembuatan biodiesel dapat diproduksi dari bahan baku minyak jelantah. Dari bahan baku ini, akan dianalisa kualitas dan kuantitasnya ketika dijadikan biodiesel. Pemanfaatan minyak jelantah sendiri memiliki tersendiri dikarenakan produksi minyak jelantah yang cukup melimpah di Indonesia dan banyak juga yang tidak termanfaatkan dengan baik sehingga hanya dibuang begitu saja di selokan, tempat sampah, dll. Kualitas minyaknya sudah tidak baik karena timbulnya radikal bebas dalam minyak tersebut yang dapat menimbulkan berbagai macam penyakit (Vanessa dan Bouta, 2017:2). keuntungan A. Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah gelas beaker 1000 ml, corong pisah 500 ml, termometer, erlenmeyer, buret, pipet tetes, sudip, hot plate, magnetic stirrer, oven, neraca analitik, Miniflash FLP Touch dan piknometer. Adapun bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak jelantah dari produksi rumah tangga, NaOH, asam oksalat, KOH, etanol 96%, dan akuades. B. Prosedur Kerja selain faktor mempengaruhi kuantitas hasil biodiesel juga memberikan pengaruh terhadap kualitas atau mutu biodiesel yang dihasilkan. Untuk menjaga dan untuk pengembangan mutu produksi biodiesel, telah diberikan ketetapan pada standar mutu biodiesel. Dibeberapa Negara menetapkan standar biodiesel tersendiri atau memiliki perbedaan dengan Negara lain, salah satunya di Indonesia standar biodiesel ditetapkan pada SNI 7182:2015 dengan sebagian syarat mutu (massa jenis, angka setana, titik nyala, titik tuang dan angka asam) yang akan dijadikan acuan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: Beberapa tersebut Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dibuatlah biodiesel yang diproduksi dari minyak jelantah untuk menanggulangi krisis energi yang terjadi serta untuk memanfaatkan minyak jelantah 1) Preparasi Sampel Pembuatan biodiesel dilakukan beberapa tahapan seperti preparasi sampel, saponifikasi dan transesterifikasi. Preparasi sampel dilakukan dengan penyaringan sampel minyak jelantah. Kemudian proses transesterifikasi, harus diketahui terlebih dahulu kadar asam lemak bebas dari sampel yang digunakan. Menurut Berrios et al. (2007), menyatakan bahwa kadar asam lemak bebas untuk suatu bahan baku pembuatan metil/etil ester tidak lebih dari 2%. Hal ini dikarenakan apabila kadarnya terjadi penyabunan yang sangat tinggi sehingga akan mempengaruhi kualitas dan kuantitas dari biodiesel yang dihasilkan. Oleh sebab itu harus dilakukan pengujian awal mengenai bilangan asam dari sampel yang akan digunakan. sebelum dilakukan lebih dari 2% maka akan 27
JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 2) Pembuatan Biodiesel Selanjutnya dilakukan proses saponifikasi dengan menimbang sampel minyak jelantah sebanyak 200 gram. Kemudian dipanaskan pada suhu 80℃. Selanjutnya direaksikan dengan NaOH 2N sebanyak 25 mL dengan pengadukan 300 rpm selama 30 menit. Diambil lapisan tengah yang berupa lapisan minyak dan ditimbang. Selanjutnya lapisan minyak dipanaskan pada suhu 60-70℃ dan ditambahkan dengan campuran antara etanol 96% sebanyak 216 gram dan NaOH 2N 55 mL sambil diaduk pada kecepatan 300 rpm selama 1 jam. Kemudian dipisahkan dengan corong pisah ketika masih panas dan didiamkan sebentar hingga terbentuk 2 fasa antara minyak dan gliserol. Minyak yang sudah dipisahkan kemudian dicuci dengan akuades panas (70℃) sebanyak 3 kali pencucian. Kemudian ditimbang dan selanjutnya dioven pada suhu 80℃ selama semalaman. Kemudian biodiesel ditimbang. C. Analisis Data 1) % Rendemen Produk yang sudah dioven ditimbang. Dihitung %rendemen dari koversi minyak jelantah menjadi biodiesel dan green diesel dengan persamaan: %𝑅𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 𝑗𝑒𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎ℎ × 100 (1) 2) Densitas digunakan yang dibersihkan dan dikeringkan kemudian ditimbang piknometer kosong. Sampel dimasukkan ke dalam piknometer dan ditutup. Diperhatikan tidak ada gelembung di dalam piknometer. Kemudian ditimbang dan dihitung densitas dengan massa sampel per volume. Piknometer akan 𝜌 = 𝑊𝑡−𝑊 𝑉 (2) Dengan Wt adalah massa sampel ditambah piknometer, W adalah massa piknometer, dan V adalah volume biodiesel. bilangan perhitungan menggunakan persamaan: mL KOH×N KOH×BM Asam lemak massa sampel (gram)×10 asam dapat diperoleh melalui % FFA = (3) 4) Titik nyala Dihidupkan alat Miniflash FLP Touch dan dipilih program dan standar D6450-05. Kemudian dimasukkan sampel sebanyak 1 mL ke dalam wadah pembakaran dan dimasukkan ke dalam ruang pembakaran. Kemudian ditekan lift dan Heater dan Run untuk menjalankan alat. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Biodiesel Proses pembuatan biodiesel dilakukan dengan metode transesterifikasi dimana proses ini akan mengubah trigliserida menjadi ester. Pada pembuatan biodiesel dari minyak jelantah ini, pada dilakukan tanpa pembuatannya untuk saponifikasi. Saponifikasi menghidrolisis asam-asam lemak menjadi garam- garam asam lemak atau dikenal dengan sabun. Setelah diketahui bilangan asam dari sampel, maka dapat dilakukan pembuatan biodiesel. Pembuatan biodiesel diawali dengan melakukan proses saponifikasi terhadap sampel. Proses ini dilakukan untuk menghilangkan sabun pada sampel dengan menambahkan basa ke dalamnya. Hal langsung dilakukan transesterifikasi maka basa akan bereaksi dengan asam lemak bebas membentuk sabun yang mengakibatkan yield biodiesel yang dihasilkan tidak optimal dan produk biodiesel akan sulit untuk dipisahkan dengan gliserol. Proses pembentukan sabun ini terjadi akibat reaksi antara basa dengan asam lemak bebas yang menghasilkan sabun dan air (Wibisono, 2017). perbedaan yaitu perlakuan dan berfungsi dengan ini karena apabila 3) % FFA (Free Fatty Acid) Sampel yang akan diuji bilangan asam digunakan sebanyak 1 gram yang kemudian direaksikan dengan etanol 96% dan dilakukan pemanasan hingga suhu 40℃. Titrasi dilakukan dengan KOH yang telah terstandarisasi dan diperoleh volume titran yang terpakai untuk melakukan titrasi sebanyak 0,1 mL. Berdasarkan hasil volume KOH yang terpakai, penentuan Setelah dilakukan proses saponifikasi, kemudian dilakukan transesterifikasi reaksi dengan mereaksikan sampel dengan etanol 96% dan NaOH 2N sebagai katalis. Sampel dipanaskan hingga 80℃ yang selanjutnya dicampurkan dengan campuran etanol 96% dan NaOH 2N sambil diaduk untuk mempercepat laju reaksi transesterifikasi tersebut. Reaksi transesterifikasi ini akan menghasilkan etil ester dari reaksi antara trigliserida dan etanol yang dibantu dengan NaOH 28
JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 sebagai katalis untuk mengoptimalkan produk yang dihasilkan. Produk samping yang dihasilkan adalah gliserol yang mana produk ini memiliki nilai jual yang juga tinggi untuk pemanfaatan lainnya. Hal terjadi proses ini dikarenakan pemecahan rangkaian atom karbon dari gliserin sehingga rantai karbon menjadi lebih pendek dan menghasilkan ester sebagai produk biodiesel dan gliserol sebagai produk sampingnya (Susilo et al., 2017). Penggunaan etanol dikarenakan etanol tidak lebih berbahaya dari metanol dimana metanol memiliki rantai hidrokarbon yang lebih sedikit sehingga titik didihnya lebih rendah yang mengakibatkan metanol mudah terbakar. Selain itu, tujuan awal pengembangan biodiesel ini sebagai solusi energi alternatif yang dapat diperbaharui sehingga digunakan bahan yang terbarui dalam produksinya. Metanol bukan merupakan bahan terbarui sehingga lebih baik jika digunakan etanol dalam pembuatan biodiesel 2012). Berikut (Buchori merupakan pada reaksi pembuatan biodiesel: dan Sasongko, Rendemen (%w/w) 100 81.93 80 61.68 60 Rendemen 40 20 0 Saponifikasi Tanpa Saponifikasi Gambar 2. Hasil Persen Rendemen Dari hasil rendemen di atas menunjukkan bahwa jelantah menjadi biodiesel konversi minyak semakin dilakukan tidak apabila tinggi saponifikasi terlebih dahulu. Hal ini dikarenakan apabila dilakukan saponifikasi, maka asam-asam lemak akan menjadi sabun terlebih dahulu sehingga massa minyak yang dikonversi menjadi biodiesel sudah berkurang terlebih dahulu. Sedangkan jika tanpa saponifikasi artinya tidak ada reaksi penyabunan terlebih dahulu sehingga massa minyak yang dikonversi menjadi biodiesel juga semakin banyak. transesterifikasi 2) Densitas telah diproduksi dianalisa kualitasnya salah satunya yaitu uji densitas. Pengujian ini menggunakan piknometer 50 mL sebagai alat pengukurnya. Berikut hasil yang diperoleh dari uji densitas: Selanjutnya, biodiesel yang Densitas (g/mL) Gambar 1. Reaksi transesterifikasi biodiesel 0.8975 0.9 0.895 B. Analisis Data 0.89 0.8871 Densitas Tabel 2. Hasil data analisis 0.885 0.88 Sample Standart % Rendemen
%FFA (mg KOH/g) Max 0,5 Density (g/mL) 0,85- 0,89 Flash point (˚C) Min 100 Biodiesel (saponifikasi) 61,68 0,33 0,88 184 Biodiesel (tanpa saponifikasi) 81,98 0,68 0.89 182,6 1) % Rendemen Berikut perbandingan rendemen konversi minyak jelantah menjadi biodiesel dengan atau tanpa saponifikasi: Saponifikasi Tanpa Saponifikasi Gambar 3. Hasil Uji Densitas Berdasarkan diagram di atas, menunjukkan bahwa biodiesel yang diproduksi dengan melalui proses saponifikasi memiliki densitas yang lebih rendah dibandingkan dengan biodiesel tanpa saponifikasi. Hal ini dikarenakan kandungan asam-asam lemak di dalam biodiesel yang melalui tahapan saponifikasi lebih sedikit dibandingkan dengan lemak yang tanpa saponifikasi. Asam-asam terkandung di dalam biodiesel telah dilepaskan dengan proses lebih saponifikasi terbebas dari asam lemak. Selain itu, pada sehingga 29
JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 biodiesel juga memiliki saponifikasi kandungan air yang lebih tinggi dibandingakan dengan biodiesel yang disaponifikasi sehingga mengakibatkan berat jenisnya semakin besar. Standar SNI densitas biodeisel menurut SNI 7182: 2015 adalah sebesar 0.85-0.89 g/mL. Berdasarkan hasil dari penelitian ini, diperoleh bahwa biodiesel tanpa saponifikasi memiliki nilai densitas yang belum memenui standar sedangkan biodiesel dengan saponifikasi telah memenuhi standar SNI untuk densitas biodiesel. tanpa letupan akibat pemanasan. Berdasarkan hasil penelitian ini, diperoleh titik nyala sebagai berikut: Titik Nyala (℃) 184 184 183.5 182.6 Titik Nyala 183 182.5 182 181.5 Saponifikasi Tanpa Saponifikasi Gambar 5. Hasil Uji Titik Nyala 3) %FFA (Free Fatty Acid) Kadar asam dari biodiesel dapat ditentukan dengan menghitung jumlah FFA dalam biodiesel yang diperoleh. Berikut hasil uji kadar FFA pada biodiesel: %FFA (mg-KOH/g) 0.8 0.6325 0.6 0.3375 0.4 %FFA 0.2 Dari diagram di atas, diperoleh nilai titik nyala tinggi biodiesel dengan dibandingkan dengan biodiesel tanpa saponifikasi. Hal ini dikarenakan dalam pengujian titik nyala sampel harus dalam keadaan murni dan bersih. Semakin terbebas suatu biodiesel dari asam-asam lemak, maka titik nyalanya akan semakin tinggi. Standar SNI titik nyala biodiesel menurut SNI 7182: 2015 adalah minimal 100℃. Berdasarkan diagram di atas menunjukkan bahwa kedua biodiesel tersebut sudah memenuhi standar SNI. saponifikasi lebih 0 Saponifikasi Tanpa Saponifikasi Gambar 4. Hasil Uji Kadar FFA Dari diagram di atas, diperoleh kadar FFA pada biodiesel yang melalui tahap saponifikasi lebih rendah dibandingkan dengan tanpa saponifikasi. Hal ini dikarenakan kandungan asam-asam lemak bebas di dalam sampel minyak jelantah telah dibebaskan terlebih dahulu membentuk sabun sehingga menghasilkan kandungan asam lemak yang rendah pada biodiesel yang melalui tahapan saponifikasi. Standar SNI angka asam pada biodiesel menurut SNI 7182: 2015 sebesar 0,5 mg- KOH/g. Berdasarkan hasil pada penelitian ini, dapat dilihat bahwa biodiesel tanpa saponifikasi belum memenuhi standar SNI biodiesel. IV. PENUTUP Kesimpulan telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa proses saponifikasi berpengaruh terhadap kualitas dan kuantitas biodiesel yang diproduksi. Biodiesel dengan saponifikasi memiliki yield konversi yang tanpa rendah dibandingkan dengan lebih saponifikasi. Biodiesel dengan saponifikasi memiliki densitas dan kadar FFA yang lebih tinggi titik nyala yang rendah serta dibandigkan dengan tanpa saponifikasi. Berdasarkan penelitian yang lebih Saran telah dilakukan, Berdasarkan kegiatan yang sebaiknya dikaji lagi untuk pengaruh waktu reaksi, kecepatan pengadukan dan suhu reaksi 4) Titik Nyala Penentuan titik nyala dilakukan untuk mengetahui daya terhadap tahan biodiesel pemanasan. Hal ini berguna untuk keamanan mesin dimana semakin tinggi titik nyala biodiesel maka akan semakin aman untuk digunakan terjadinya akan meminimalisir dikarenakan V. DAFTAR PUSTAKA Abed, K.A., M. S. Gad, A. K. El Morsi, M. M. Sayed, and S. A. Elyazeed. 2019. Effect of Biodiesel Fuels On Diesel Engine of Emissions. Petroleum. Vol. 28: 183-188. Egyptian Journal Berrios, M., J. Siles, M.A. Martin dan A. Martin. 2007. A kinetic study of the esterification 30
JTT (Jurnal Teknologi Terapan) | Volume 6, Nomor 1, Maret 2020 p-ISSN 2477-3506 e-ISSN 2549-1938 of free fatty acids (FFA) in sunflower oil. Fuel. Vol 86(15): 2383-2388. Buchori, L. dan S. Sasongko. 2012. Kinetika Transesterifikasi Biodiesel Jarak Pagar. Teknik. Vol. 33(2): 52-57. Ernes, A., R.S. Hartati, P.D. Sari, dan I.N.S. Winaya. 2019. Biodiesel: Minyak Bekas Penggorengan Tepung Ikan Sardin: Pemanfaatan Limbah Rumah Tangga sebagai Energi Terbarukan. Pasuruan: CV. Penerbit Qiara Media. Senol, O.I., T. R. Viljava dan A. O.I. Krause. 2005. "Hydrodeoxygenation Of Methyl Esters On -Al2O3 And Al2O3 Catalysts". Catalysis Today. 100: 331-335. Singh, D., D. Sharma, S.L. Soni, S. Sharma and D. Kumari. 2019. Chemical Composition, Properties, and Standards for Different Generation Biodiesel: A Riview. Fuel. 253: 60-71. Susilo, B., R. Damayanti dan N. Izza. 2017. Teknik Bioenergi. Malang: Universitas Brawijaya Press. Vannesa, J. dan M.C. Bouta. 2017. Analisis Jumlah Minyak Jelantah yang Dihasilkan Masyarakat Di Wilayah Jabodetabek. Surya University: 1-20. Wibisono, Y. 2017. Biomaterial dan Bioproduk. Malang: Universitas Brawijaya Press. 31