BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Biodisel merupakan bahan bakar alternatif yang menjadi prioritas bagi banyak negara dan dapat memainkan peran utama dalam industri diesel. Biodiesel menawarkan keuntungan seperti bahan bakar ramah lingkungan (berkurangnya CO2), tidak beracun, dan biodegradable. Selain itu, bahan bakar ini dapat digunakan dalam kombinasi dan merupakan bagian yang sangat kecil serta efektif dalam mengurangi emisi partikulat dari mesin. Biodiesel berasal dari berbagai sumber lipid yang terbarukan seperti dari minyak sayur atau minyak hewan. Lipid ini dapat berasal dari minyak sawit, minyak bunga matahari, minyak jarak, minyak kedelai, minyak kelapa serta dapat juga dari minyak yang tidak dikonsumsi seperti jettropha, pongamia, castor dan argemone.Minyak goreng merupakan salah satu minyak nabati yang digunakan dalam pembuatan biodiesel yang paling banyak digunakan pada saat ini. Saat ini minyak nabati murni dipasaran harganya sangat mahal sehingga dalam proses pembuatan biodiesel sekarang ini banyak menggunakan minyak goreng bekas. Minyak goreng bekas adalah minyak nabati yang telah digunakan dan telah mengalami pemanasan sehingga jumlah rantai karbonya meningkat. Minyak goreng bekas sangat berbahaya apabila dikonsumsi karena memiliki kandungan tinggi asam lemak bebas yang bersifat karsinogenik yang dapat menimbulkan penyakit bagi manusia antara lain, kanker dan penyempitan pembuluh darah. Sedangkan bila minyak ini dibuang ke lingkungan, akan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Untuk mencegah pencemaran ini minyak goreng bekas tersebut dapat dikoversi menjadi bahan yang lebih bermanfaat dan diharapkan dapat mengurangi pencemaran lingkungan. Salah satu bentuk pemanfaatan minyak goreng bekas agar dapat bermanfaat dari berbagai aspek ialah dengan mengubahnya secara proses kimia menjadi biodiesel.

Sintesis biodiesel memerlukan waktu yang cukup lama, oleh karena itu dibutuhkan katalis yang mampu menurunkan energi aktivasi sehingga proses biodiesel berjalan dengan cepat. Secara konvensional katalis yang digunakan dalam reaksi transesterifikasi adalah katalis homogen. Namun, sulit dilakukan pemisahan karena katalis akan bercampur dengan produk sehingga proses pemurnian produk relatif sulit. Walaupun proses produksi dengan katalis homogen sangat cepat dan menunjukan konversi yang tinggi, tetapi dalam proses tersebut terjadi juga reaksi penyabunan. Oleh karena itu digunanakan katalis heterogen dalam produksi biodiesel. Hal ini disebabkan karena katalis heterogen lebih mudah dipisahkan dari produk yant terbentuk. Adapun katalis heterogen yang digunakan adalah zeolit. Hal ini disebabkan karena katalis zeolit memiliki harga yang murah dan ramah lingkungan.

1.2 Perumusan Masalah

Minyak goreng bekas merupakan minyak yang tidak layak dikonsumsi karena akan menyebabkan berbagai penyakit. Minyak goreng bekas ini memiliki kandungan asam lemak bebas yang tinggi dan memiliki nilai yang rendah untuk dikonsumsi kembali, sehingga sangat berpotensi untuk digunakan dalam produksi biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar yang dihasilkan oleh minyak nabati atau minyak hewan yang menjadi prioritas bagi banyak negara. Hal ini mendorong peneliti untuk memanfaatkan minyak goreng bekas menjadi bermanfaat dan mempunyai harga jual yang tinggi diberbagai negara.

1.3 Tujuan Penulisan

Penulisan makalah ini bertujuan untuk:

1. Memahami kemampuan zeolite sebagai katalis heterogen untuk sintesis biodiesel dari minyak goreng bekas

2. Memahami pembuatan biodiesel dengan menggunakan minyak goreng bekas

3. Mempelajari karakterisasi dari katalis zeolite dalam sintesis biodiesel

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

2.1.1 Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif untuk mesin diesel yang dibuat dari minyak nabati dan lemak hewan. Secara teknis biodiesel merupakan sumber daya yang dapat diperbaharui karena pada umumnya dapat diekstrak dari berbagai hasil produk pertanian seperti minyak kacang kedelai, minyak kelapa, minyak bunga matahari maupun minyak sawit (Utomo, 2011).

Biodiesel merupakan bahan bakar berbasis non-petroleum yang diperoleh dari transesterifikasi trigliserida (TGs) maupun esterifikasi asam lemak bebas (Free Fatty Acids/FFAs) menggunakan alkohol dengan berat molekul yang rendah. Rumus kimia biodiesel dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rumus kimia biodiesel

Biodiesel atau fatty acid methyl esthers (FAME) dapat dipergunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar sebab memiliki sifat-sifat fisik yang mirip dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel tanpa perlu modifikasi yang signfikan terhadap mesin tersebut. Sebagai perbandingan, biodiesel murni (B100) menghasilkan energi sekitar 90 % seperti yang dihasilkan solar, sehingga unjuk kerja mesin yang diharapkan pun hamper sama dalam hal torsi mesin dan daya kuda. Selain itu, hanya dengan mempergunakan campuran 20 % dari biodiesel dan minyak bumi sudah dapat digunakan untuk hamper semua mesin diesel (Utomo, 2011).

Penggunaan biodiesel pada motor diesel dapat mengurangi emisi dari hidrokarbon yang tak terbakar, karbon monoksida, sulfat, hidrokarbon aromatik polisiklik, dan zat lain. Biodiesel terbentuk dengan mengubah trigliserida menjadi gliserin. Setelah gliserin dibuang, yang tinggal adalah biodiesel. Molekul biodiesel merupakan rantai hidrokarbon yang sederhana dan tidak mengandung sulfur. Umumnya biodiesel terbuat melalui proses kimia sederhana yang disebut transesterifikasi (Utomo, 2011).

2.1.2 Keunggulan Biodiesel

Penggunaan biodiesel selain untuk menanggulangi krisis energi yang terjadi saat ini, pengembangan biodiesel juga bertujuan untuk menciptakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Biodiesel yang dibuat dari minyak nabati ini juga memiliki keunggulan lain dibandingkan minyak solar. Adapun keunggulan dari biodiesel adalah sebagai berikut:

1. Merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi

2. Mempunyai bilangan setana yang tinggi

3. Mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon dan NOx

4. Terdapat dalam fase cair (Utomo, 2011).

Sifat fisika dan kimia biodiesel ini hampir sama dengan solar sehingga biodiesel dapat digunakan langsung untuk mesin diesel atau dicampur dengan solar. Biodiesel mengandung oksigen, sehingga titik nyala lebih tinggi dibandingkan solar sehingga tidak mudah terbakar. Selain itu, biodiesel tidak mengandung sulfur dan senyawa benzen yang karsinogenik sehingga biodiesel merupakan bahan bakar yang lebih bersih dan lebih mudah ditangani dibandingkan dengan solar. Perbedaan antara biodiesel dan solar terutama adalah pada komposisi kimianya. Biodiesel terdiri dari metil ester asam lemak nabati, sedangkan solar terdiri dari hidrokarbon. ----daftar pustaka apa???

Tabel 2.1 Perbandingan kadar emisi biodiesel dengan solar

No.KriteriaBiodiesel (b)Solar (s)(b-s) x 100%

1.SO2 (ppm)078-100

2.CO (ppm)1040-75

3.NO (ppm)3764-42

4.NO2 (ppm)110

5.O2 ( % - b )66.6-9

6.Total partikulat (mg/Nm3)0.255.6-96

7.Benzen ( mg/Nm3)0.35.01-99.9

8.Toluen ( mg/Nm3)0.572.31-99.9

9.Xylen ( mg/Nm3)0.731.57-99.9

10.Etil benzen (mg/Nm3)0.30.73-59

2.2 Sintesis Biodiesel

2.2.1 Reaksi Esterifikasi

Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA) dengan alkohol rantai pendek yang menghasilkan metil ester asam lemak (FAME) dan air. Minyak nabati yang memiliki kadar asam lemak bebas yang tinggi (berangka asam 5 mg-KOH/g) tidak dapat langsung digunakan dalam reaksi transesterifikasi, maka dari itu minyak nabati ini harus melewati tahap esterifikasi terlebih dahulu.

Katalis-katalis yang cocok adalah zat yang berkarakter asam kuat seperti asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat yang merupakan katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial. Untuk mendorong agar reaksi dapat berlangsung sempurna pada temperature rendah (misalnya paling tinggi 120 oC), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih dan air produk hasil reaksi harus dihilangkan dari fasa reaksi, fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada gambar 2.2.

RCOOH + CH3OH RCOOCH3 + H2O

Gambar 2.2 Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester (Utomo, 2011).

Pada proses sintesis biodiesel tahap esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterifikasi. Namun sebelum produk esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis asam yang dikandungnya harus dihilangkan terlebih dahulu.

Terbentuknya sabun dalam jumlah yang cukup besar dapat menghambat proses pemisahan gliserol dari metil ester dan berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi reaksi esterifikasi digunakan sebagai proses pendahuluan untuk mengkonversikan FFA menjadi metil ester sehingga dapat mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya ditransesterifikasi dengan menggunakan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida menjadi metil ester (Utomo, 2011).

2.2.2 Reaksi Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek yang menghasilkan metil ester asam lemak (Fatty Acids Methyls Esters / FAME) atau biodiesel dan gliserol (gliserin) sebagai produk samping. Transesterifikasi merupakan reaksi perubahan dari suatu tipe ester ke tipe ester lain. Ester adalah rantai hidrokarbon yang akan terikat dengan molekul yang lain. Molekul minyak nabati terdiri dari tiga ester yang menempel pada satu molekul gliserin. Sekitar 20 % dari minyak nabati adalah gliserin. Gliserin pada minyak nabati mempunyai viskositas yang tinggi dan berubah ubah terhadap temperature. Pada proses transesterifikasi, gliserin digantikan kedudukannya oleh alkohol. Pada dasarnya molekul trigliserida merupakan trimester dari gliserol. Mono dan digliserida dapat diperoleh dari trigliserida dengan mensubstitusi dua dan satu asam lemak sebagian dengan gugus hidroksil. Pada saat ini alkohol rantai pendek yang sering digunakan adalah metanol, karena harganya murah dan reaktifitasnya yang tinggi. Berikut merupakan contoh reaksi transesterifikasi trigliserida dengan menggunakan metanol dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Reaksi keseluruhan:

Gambar 2.3 Reaksi transesterifikasi gliserida dengan methanol (Utomo, 2011).

Trigliserida sebagai penyusun utama minyak nabati akan terkonversi secara bertahap menjadi digliserida, monogliserida, untuk kemudian akhirnya menjadi gliserol. Pada setiap tahapan ini akan dihasilkan satu mol senyawa ester. Karena reaksi ini adalah reaksi reversible, maka digunakan alcohol berlebih untuk menggeser kesetimbangan alami bergerak kea rah pembentukan senyawa ester asam lemak dan gliserol. Reaksi tersebut menghasilkan 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol untuk setiap mol trigliserida yang bereaksi.

Reaksi transesterifikasi membutuhkan katalis untuk menghasilkan laju konversi dan jumlah yield produk yang baik. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat. Sifat dari katalis merupakan hal yang mendasar karena dapat menentukan batas komposisi umpan yang harus disediakan (Utomo, 2011).2.3 Minyak Goreng

Minyak goreng adalah minyak nabati yang telah dimurnikan dan dapat digunakan sebagai bahan pangan. Minyak goreng merupakan salah satu dari sembilan bahan pokok yang dikonsumsi oleh seluruh lapisan masyarakat. Konsumsi minyak goreng biasanya digunakan sebagai media menggoreng bahan pangan, penambahan cita rasa, atau shorthening yang membentuk tekstur pada pembuatan roti.

Zat warna dalam minyak terdiri dari 2 golongan yaitu zat warna alamiah dan hasil degradasi zat warna alamiah didalam bahan yang mengandung minyak dan ikut terekstrak bersama minyak pada proses ekstraksi. Zat warna terbuat antara lain terdiri dari dan keroten, xantofil, dan anthosyanin. Zat warna ini menyebabkan minyak berwarna kuning, kuning kecoklatan, kehijau-hijauan, dan kemerah-merahan. Pigmen yang merah jingga atau kuning disebabkan oleh karotenoid yang bersifat larut dalam minyak. Karotenoid merupakan persenyawaan hidrokarbon tak jenuh dan jika minyak dihidrogenasi sehingga intensitas warna kulit kuning berkurang.

Minyak goreng berfungsi sebagai penghantar panas, penambah rasa gurih, dan penambah nilai kalori dan bahan pangan. Mutu minyak goreng ditentukan oleh nilai titik asapnya, yaitu suhu pemansan minyak sampai terbentuk akrolein yang tidak diinginkan dan dapat menimbulkan rasa gatal pada tenggorokan. Hidrasi gliserol akan membentuk aldehida tidak jenuh atau akrolein tersebut. Makin tinggi titik asap, makin baik mutu minyak goreng tersebut. Titik asap suatu minyak goreng tergantung dari kadar gliserol bebas. Lemak atau minyak yang dipakai untuk menggoreng titik asapnya akan turun, karena telah terjadi hidrolisis molekul lemak. Karena itu untuk menekan terjadinya hidrolisis, pemanasan minyak atau lemak sebaiknya dilakukan pada suhu yang tidak terlalu tinggi. Lemak dan minyak goreng yang baik digunakan adalah oleo, stearin, oleo oil, lemak babi atau lemak nabati yang dihidrogenasi dengan titik cair 35-40C.

Minyak goreng bekas adalah minyak nabati yang telah digunakan dan telah mengalami pemanasan sehingga jumlah rantai karbonnya meningkat. Minyak goreng bekas sangat berbahaya apabila dikonsumsi karena mengandung senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik yang dapat menimbulkan penyakit bagi manusia, antara lain kanker dan penyempitan pembuluh darah. Sedangkan bila minyak ini dibuang ke lingkungan, akan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Untuk dapat mencegah pencemaran ini, minyak goreng bekas tersebut dapat dikonversi menjadi bahan yang lebih bermanfaat dan diharapkan dapat mengurangi pencemaran lingkungan.

Salah satu bentuk pemanfaatan minyak goreng bekas agar dapat bermanfaat dari berbagai macam aspek ialah dengan mengubahnya secara proses kimia menjadi biodiesel. Hal ini dapat dilakukan karena minyak goring bekas juga merupkan minyak nabati, turunan dari CPO (crude palm oil).

2.3.1 Kerusakan Minyak Goreng

Kerusakan minyak goreng selama proses menggoreng akan mempengaruhi mutu dan nilai gizi dari bahan pangan yang digoreng. Minyak yang rusak akibat proses oksidasi dan polimerisasi menghasilkan bahan makanan dengan rupa kurang menarik dan cita rasa tidak enak, serta kerusakan sebagian vitamin dan asam lemak essensial yang terdapat dalam minyak.

Kerusakan minyak karena pemanasan suhu tinggi, disebabkan oleh proses oksidasi dan polimerisasi. Oksidasi minyak menghasilkan senyawa aldehida, keton, hidrokarbon, lakton serta senyawa aromatis yang mempunyai bau tengik dan rasa getir. Pembentukan senyawa polimer selama proses menggoreng terjadi karena reaksi polimerisasi adisi dari asam lemak tidak jenuh. Hal ini terbukti dengan terbentuknya bahan menyerupai gum (gummy material) yang mengendap didasar ketel atau wadah penggoreng. Proses polimerisasi ini mudah terjadi pada minyak setengah mengering atau minyak mengering, karena minyak tersebut mengandung asam-asam lemak tidak jenuh dan dalam jumlah yang besar. Kerusakan lemak atau minyak akibat suhu tinggi (200-5c) mengakibatkan keracunan dalam tubuh dan berbagai macam penyakit.------daftar pustaka apa???2.4 Katalis

Katalis adalah zat kimia yang dapat meningkatkan laju reaksi dengan meningkatkan energi aktivasi dan mengarahkan reaksi untuk mencapai kesetimbangan tanpa terkonsumsi. Reaksi kimia yang menggunakan bantuan katalis disebut reaksi katalitik. Beberapa ciri dan manfaat kehadiran katalis dalam reaksi kimia adalah:

a. Katalis dapat menurunkan energi aktivasi

b. Katalis dapat mempercepat reaksi untuk mencapai kesetimbangan

c. Katalis bersifat spesifik (membentuk produk tertentu)

d. Katalis mengantarkan reaktan melalui jalan baru yang lebih mudah untuk berubah menjadi produk

e. Katalis tidak mengubah kesetimbangan tetapi katalis hanya berpengaruh pada sifat kinetik

f. Hanya diperlukan jumlah sedikit katalis untuk reaktan dalam jumlah yang besar

Menurut sukardjo (1990) semua katalisator mempunyai sifat yang sama yaitu:1. Katalisator tidak berubah selama reaksi berlansung, namun ada kemungkinan ikut dalam reaksi tetapi setelah reaksi berakhir, katalisator tersebut diperoleh kembali.

2. Katalisator tidak mempengaruhi letak dan besarnya tetapan kesetimbanga, sebab semua reaksi akan berakhir setelah terjadi kesetimbangan.

3. Katalisator tidak dapat mengawali suatu reaksi, reaksi yang harus sudah berjalan walau lambat.

4. Katalisator yang diperlukan untuk mempercepat reaksi biasanya hanya sedikit namun pada umumnya jumlah juga mempengaruhi kecepatan reaksi.

Katalis diproduksi dalam bentuk serbuk, kemudian dibuat menjadi partikel yang bentuknya disesuaikan dengan penggunaannya. Karakteristik dari berbagai macam bentuk katalis tersebut disajikan pada tabel dibawah ini: -------Daftar pustaka?????Tabel 2.2 Karakteristik bentuk Katalis

No.TipeKarakteristik

1.

2.

3.

4.

5.

6.Pellet

Extrudatesa

Bola ( Sphere )

Granula

Serpihan (flake)

Bubuk (powder)a. Dibuat dengan Tekanan Tinggi

b. Bentuk : silinder,Cicin,Semua uniform

c. Ukuran diameter : 2-10 mm

d. Penggunaan : Reaktor isian (packed),

e. reaktor tubular

a. Dicetak dengan lubang cetakan

b. Bentuk : tidak teratur,penampang berbentuk bintang atau cuping

c. Penggunaan : Reaktor isian (packed) , reaktor tubular

a. Dibuat dengan liquid drop dalam waktu yang lama

b. Ukuran : 1-20 mm

c. Penggunaan : reaktor tubular,unggun bergerak

a. Dibuat dengan fusing

(menggabungkan yang lebih besar) dan crushing (memecah partikel besar menjadi partikel yang lebih kecil)

b. Ukuran 8-14 sampai dengan 2-4 mesh

c. Penggunaan : Reaktor tubular isian (packed)

a. Bubuk dibuat kapsul dengan menggunakan lilin (wax)

b. Penggunan : reaktor yang berfase liquid (cairan)

a. Ukuran diameter :