BAB IV

SINTESIS METIL ESTER

4.1. Tujuan Percobaan

Memahami reaksi pembentukan biodiesel.

4.2. Tinjauan Pustaka

Biodiesel adalah bioenergi atau bahan bakar nabati yang bahan bakunya berasal dari tumbuh-tumbuhan.[2] Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam-asam lemak rantai panjang yang terkandung dalam minyak nabati atau lemak hewani untuk digunakan sebagai alternatif yang paling tepat untuk menggantikan bahan bakar mesin diesel.[1]

Biodiesel memiliki tingkat polusi yang lebih rendah dari pada solar dan dapat digunakan pada motor diesel tanpa modifikasi sedikitpun. Biodiesel dianggap tidak menyumbang pemanasan global sebanyak bahan bakar fosil.[3]

Pembuatan biodiesel dari minyak tanaman memiliki kasus yang berbeda-beda sesuai dengan kandungan FFA. Pada kasus minyak tanaman dengan kandungan asam lemak bebas tinggi dilakukan dua jenis proses, yaitu esterifikasi dan transesterifikasi, sedangkan untuk minyak tanaman yang kandungan asam lemak rendah dilakukan proses transesterifikasi. Proses esterifikasi dan transesterifikasi bertujuan untuk mengubah asam lemak bebas dan trigliserida dalam minyak menjadi metil ester (biodiesel) dan gliserol.[1]

Pembuatan biodiesel pada umumnya melalui proses esterifikasi, transesterifikasi. Esterifikasi adalah reaksi asam lemak bebas dengan alkohol membentuk ester dan air. Esterifikasi biasanya dilakukan jika minyak yang diumpankan mengandung asam lemak bebas tinggi (>5%). Umumnya, proses esterifikasi menggunakan katalis asam. Asam-asam pekat seperti asam sulfat dan asam klorida adalah jenis asam yang sekarang ini banyak digunakan sebagai katalis.[2]

31

32

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi esterifikasi antara lain:a. Waktu reaksi

Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil.

b. Pengadukan Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi makin baik sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna. Sesuai dengan persamaan Archenius, bahwa konstanta laju reaksi dipengaruhi oleh faktor tumbukan, energi aktivasi, dan suhu dimana semakin besar faktor tumbukan maka konstanta laju reaksinya semakin besar. Nilai energi aktivasi dipengaruhi oleh penggunaan katalis, adanya katalis akan menurunkan energi aktivasi sehingga nilai semakin besar. Semakin tinggi suhu maka nilai k juga semakin besar. Semakin besar tumbukan maka semakin besar pula harga konstanta kecepatan reaksi. Sehingga dalam hal ini pengadukan sangat penting.

c. KatalisatorKatalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Secara kinetika konsentrasi katalis yang semakin besar akan semakin menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi berjalan lebih cepat.

d. Suhu ReaksiSemakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k semakin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar.[2]

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.[1] Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu diinginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum.[3]

Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah :

Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi transesterifikasi adalah pengaruh air dan asam lemak bebas, pengaruh perbandingan molar antara molar alkohol dengan bahan mentah, jenis alkohol, jenis katalis, dan temperatur.[1]

33

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang.

2. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan konversi yang maksimum.

3. Pengaruh jenis alkohol Pada rasio 6 : 1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengaan menggunakan etanol atau butanol.

4. Pengaruh katalis Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH).

5. Pengaruh temperatur Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30-65°C (titik didih metanol sekitar 65°C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. Pada suhu 60C merupakan suhu optimum untuk produksi biodiesel.

Tabel 4.2.1.syarat mutu biodiesel menurut SNI-04-7182-2006 yang ditetapkan oleh BSN (2006).[4]

No. Parameter Satuan Nilai1 Massa jenis pada 40oC g/ml 0,85 – 0,892 Viskositas kinematik pada 40oC mm2/s (eSt) 2,3 – 6,03 Angka setana Min. 514 Titik nyala (mangkok tertutup) oC Min. 1005 Titik kabut oC Maks. 186 Korosi lempeng tembaga (3jam

pada 50oC)Maks. No 3

7 Residu karbon- Dalam contoh asli- Dalam 10% ampas distilasi

%- massaMaks. 0,05(maks. 0,3)

8 Air dan sedimen %-vol. Maks. 0,05*9 Suhu distilasi 90% oC Maks. 36010 Abu tersulfatkan %-massa Maks. 0,0211 Belerang ppm-m (mg/kg) Maks 100

34

12 Fosfor ppm-m (mg/kg) Maks 1013 Angka asam Mg-KOH/g Maks 0,8

4.3. Tinjauan Bahan

Bahan Baku

A. Minyak Kelapa Sawit- Bilangan Asam : 209,7 mg KOH/g- Bilangan Iod : 45 – 62 mg I2/g- Bilangan Setana : 62- Could Point : 16- Densitas : 0,868 g/ml (15 oC)- Kandungan sulfur : < 50 ppm- Nilai Kalori, LHV : 37 – 38 MJ/ kg- Titik nyala : 174- Viskositas kinematik : 5,3 C St

B. Metanol- Rumus kimia : CH3OH- Massa molar : 18,0153 g/mol- Bentuk : Cair- Titik didih : 64,6 oC- Titik lebur : -97,8 oC- Densitas : 0,7921 g/cm³

Bahan Pendukung

C. Aquadest- Rumus Kimia : H2O- Massa Molar : 18,0153 g/mol- Bentuk : Cair- Titik Didih : 100 °C - Titik Lebur : 0 °C- Densitas : 0,998 g/cm³

D. Kalium Hidroksida- Rumus kimia : KOH- Massa molar : 56,11 g/mol- Bentuk : 1384 oC- Titik lebur : 380 °C

E. Natrium hidroksida- Rumus kimia : NaOH- Massa molar : 39,9971 g/mol- Bentuk : Zat Padat Putih- Titik didih : 1390 C- Titik lebur : 318 C

35

- Densitas : 2,1 g/cm3 F. Phenolpthelin

- Rumus kimia : C20H14O4

- Massa molar : 318,31 g/mol- Titik didih : 2610 C- Densitas : 1,299 g/cm3

Produk

G. Metil Ester- Rumus Kimia : C13H26O2

- Bentuk : Cairan- Warna : Kuning- Berat Molekul : 214,35 g/mol- Titik Didih : 267 oC- Titik Lebur : 5,2 oC- Densitas : 0,84-0,89 g/mL

4.4. Alat dan Bahan

A. Alat-alat yang digunakan: B. Bahan-bahan yang dibutuhkan:- Batang pengaduk - Aquadest- Beakerglass - Indikator fenolftaelin (C20H14O4)- Botol aquadest - Kalium hidroksida (KOH)- Corong pemisah - Methanol (CH3OH)- Labu leher tiga - Minyak kelapa sawit- Magnetic stirrer - Natrium hidroksida (NaOH)- Pipet volume- Piknometer - Termometer

4.5. Prosedur Percobaan

1. Uji FFAMeakukan Uji FFA / angka asam lemak bebas, jika hasil FFA > 2% maka dilakukan proses esterifikasi sampai bahan baku mempunyai FFA < 2%. Jika FFA < 2 % maka dapat melakukan proses transesterifikasi.Prosedur pengujian Free Fatty Acid (asam lemak bebas):- Menimbang 20 gram minyak dalam Erlenmeyer- Memanaskan minyak sampai suhu 40oC- Memasukkan methanol 96% sebanyak 50 mk dan 3 tetes indikator PP ke

dalam Erlenmeyer- Mendinginkan larutan sampai suhu ruangan- Menitrasi larutan dengan larutan KOH 0,1 N sampai terjadi perubahan

warna menjadi merah jambu- Mencatat volume titran yang dibutuhkan

36

- Menyatakan asam lemak bebas sebagai %FFAPerhitungan % FFA:

% FFA = mL KOH × N KOH × BM asam lemakberat contoh × 1000

× 100%

2. Proses Esterifikasi- Memanaskan 1 liter minyak hingga mencapai suhu 60oC – 65oC- Menambahkan 2,25 gram methanol dan 0,05 gram asam sulfat untuk setiap

gram asam lemak bebas dalam minyak. Mencapurkan asam sulfat dan methanol terlebih dahulu kemudian menambahkannya secara perlahan ke dalam minyak

- Melakukan pengadukkan dengan magnetic stirrer selama 2 jam- Mendinginkan campuran sampai terbentuk 2 lapisan. Lapisan bawah

adalah methanol-air-asam sulfat- Mengukur kembali % FFA.

3. Proses Transesterifikasi- Menimbang 2,5 gram natrium hidrokasidadan melarutkannya di dalam

56,44 gram methanol (1,7616 mol methanol)- Memasukkan 250 gram minyak (0,2936 mol minyak) ke dalam labu leher

tiga dan memanaskan minyak pada suhu 60oC- Kemudian memasukkan larutan natrium hidroksida alkoholik ke dalam

minyak dan transesterifikasi dilakukan selama 120 menit disertai dengan pengadukan

- Menghentikan proses setelah waktu reaksi tersebut- Memisahkan lapisan tersebut dengan menggunakan corong pemisah

sampai terbentuk 2 lapisan yaitu lapisan bawah (gliserol dan methanol) dan lapisan atas (crude biodiesel/ biodiesel)

- Mencuci kelebihan alkohol dan residu katalis dari crude biodiesel dengan menggunakan air panas 80 – 90oC

- Pencucian diulangi sampai air yang digunakan untuk proses pencucian telah jernih sehingga diperoleh metil ester yang telah bebas pengotor

- Penguapan sisa air pencuci yang ada di metil ester dengan memanaskan metil ester sampai temperatur 90 – 100oC.

37

4.6. Data Pengamatan

Tabel 4.6.1. Tabel Data Pengamatan Sintesis Metil Ester

No. Perlakuan Pengamatan Kesimpulan1.

2.

Uji FFAMinyak Larutan I

Lar. I + CH3OH + PP Larutan II

Larutan II dititrasi menggunakan larutan KOH Larutan III

Proses TranesterifikasiMinyak Larutan I

CH3OH + NaOH Larutan II

Larutan I + Larutan II Larutan III

Larutan III direfluks Larutan IV

Larutan IV dipisah Larutan V

Larutan V (crude biodiesel) + air panas Larutan VI

Larutan berwarna kuning

Terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas tidak berwarna (metanol + pp) dan lapisan bawah berwarna kuning (minyak)

Larutan berwarna merah jambu

Larutan berwarna kuning

Larutan berwarna kuningLarutan berwarna kuningLarutan berwarna coklat tua

Terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berwarna kuning dan lapisan bawah berwarna coklat

Terbentuk 2 lapisan. Lapisan

Volume titrasi = 3 ml%FFA = 0,404 %

Lapisan atas = crude biodieselLapisan bawah = gliserol dan metanol

Lapisan atas = crude biodiesel

38

3.

Larutan VI (crude biodiesel) Larutan VII

Uji Densitas

atas berwarna kuning dan lapisan bawah berwarna putih

Larutan berwarna kuning jernih

Berat pikno kosong = 19,22 gBerat pikno kosong + isi = 40,94 gVolume pikno = 25 ml

Lapisan bawah = air dan pengotor

Diperoleh metil ester (biodiesel)

Densitas = 0,8688 gr / cm3

4.7. Data Dokumentasi Percobaan

39

Gambar 4.7.1 Minyak nabati Gambar 4.7.2 Pencampuran minyak nabati dengan methanol + pp

Gambar 4.7.3 Hasil titrasi dengan KOH Gambar 4.7.4 Proses transesterifikasi

Gambar 4.7.5 Setelah proses transesterifikasi terdapat dua lapisan berwarna coklat dan kuning

40

Gambar 4.7.6 Proses pemisahan biodiesel dengan gliserol

Gambar 4.7.7 Proses pencucian biodiesel dengan air panas

Gambar 4.7.8 Proses penguapan biodisel

41

4.8. Perhitungan

1. Menghitung % FFA

% FFA = mL KOH × N KOH × BM asam lemakberat contoh × 1000

× 100%

% FFA = 3,0 ml × 0,1 N× 269,63820 gram × 1000

× 100%

% FFA = 0,4044%

2. Menghitung Densitas Metil Ester

Berat Kosong Piknometer = 19,22 gram

Berat Kosong + Isi = 40,94 gram

Volume Piknometer = 25 ml

ρ = mv

ρ = 40,94 gram - 19,22 gram25 ml

ρ = 0,8688 gram/cm3

4.9. Persamaan Reaksi

4.10. Pembahasan

1. Menguji % FFATujuan mengetahui %FFA adalah untuk menentukan tahap yang akan dilakukan untuk pembentukan biodiesel, apabila % FFA <2% maka dapat dilakukan proses transesterifikasi tanpa melalui tahap esterifikasi, sedangkan apabila % FFA > 2% maka harus dilakukan proses esterifikasi terlebih dahulu untuk menurunkan kadar % FFA. Hasil yang didapatkan pada percobaan ini % FFA adalah 0,404% sehingga dapat disimpulkan bahwa pada tahap pembuatan biodiesel dapat langsung dilakukan proses transesterifikasi.

2. Proses Transesterifikasi

42

- Transesterifikasi merupakan reaksi trigliserida dengan alkohol untuk menghasilkan alkil ester asam lemak dan gliserol sebagai produk samping.

- Fungsi penambahan NaOH pada percobaan sintesis metil ester ini adalah sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi.

- Fungsi methanol pada percobaan sintesis metil ester ini adalah sebagai reaktan pembentuk biodiesel dan sebagai pelarut NaOH karena pada proses sintesis metil ester tidak boleh ada kandungan air, hal ini disebabkan karena dapat terjadi reaksi penyabunan pada sintesis metil ester.

- Proses transesterifikasi yang dilakukan pada praktikum pada temperatur 30–65oC (titik didih metanol sekitar 65oC) karena titik didih metanol 64,6 oC.

- Pemisahan dilakukan untuk memisahkan gliserol dengan crude biodiesel.- Pencucian dilakukan untuk menghilangkan sisa gliserol dan methanol yang

berlebih.- Pemanasan pada suhu 90-100C dilakukan untuk mempercepat reaksi pada

proses pembuatan metil ester dan untuk menghilangkan methanol.3. Uji Densitas Metil Ester

Secara teori densitas metil ester adalah 0,84-0,89 g/cm3. Pada praktikum diperoleh densitas metil ester sebesar 0,8688 g/cm3. Maka densitas pada praktikum sesuai dengan densitas teori.

4.11. Kesimpulan

Biodiesel dapat dibentuk dengan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi. Reaksi esterifikasi dilakukan untuk %FFA lebih dari 2%, sedangkan reaksi transesterifikasi untuk %FFA kurang dari 2%.

42

DAFTAR PUSTAKA

1. Hikmah, Maharani Nurul., & Zuliyana. 2010. Pembuatan Metil Ester (Biodiesel)

dari Minyak Dedak dan Methanol Dengan Proses Esterifikasi dan

Transesterifikasi, Skripsi, tidak diterbitkan, Fakultas Teknik Universitas

Diponegoro Semarang.

2. Karunia, Antonia Frenny, dkk. Esterifikasi PFAD (Palm Fatty Acid Distillate)

Menjadi Biodiesel Menggunakan Katalis H-Zeolit Dengan Variabel Suhu Reaksi

Dan Kecepatan Pengadukan, Jurnal ilmiah, tidak diterbitkan, Jurusan Teknik

Kimia, Fakultas Teknik Universitas Riau, Riau.

3. Produksi Biodiesel dari Mikroalga Chlorela Sp Dengan Metode Esterifikasi Insitu,

Jurnal ilmiah, tidak diterbitkan, Universitas Diponegoro Semarang.

4. Sulastri. 2011. Uji Sifat Fisiko-Kimia dan Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji

Mahoni (Swietenia mahagoni (L.) Jacq.), Tesis, tidak diterbitkan, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia Depok.