158-492-1-PB

8/20/2019 158-492-1-PB

1/8

Jurnal Teknik Kimia No. 4, Vol. 19, Desember 2013 Page 45

PEMBUATAN BIODIESEL DARI

MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN KATALIS CaO

DISINARI DENGAN GELOMBANG MIKRO

Susila Arita.R.*, Attaso.K, Rangga Septian*Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662

Abstrak

Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif. Biodiesel dapat dibuat dari minyak sawit dan

bahan baku lainnya. Penelitian ini mempelajari kondisi optimum minyak Biodiesel minyak sawit dengan

reaksi metanolisis katalis heterogen kalsium oksida (CaO) komersial dibantu oleh penyinaran gelombang

mikro. Perlakuan awal katalis untuk mendapatkan kondisi optimum telah dilakukan kalsinansi pada

500oC selama 1 jam. Pengurangan FFA mencapai 0,2% dengan esterifikasi. Hasil biodiesel dianalisis

dengan gas kromatografi untuk mengukur total konversi metil ester. Kondisi optimum untuk

transesterifikasi adalah 400 watt dengan katalis 5% CaO dari berat minyak, memiliki yield biodiesel

75,60% dan konversi metil ester 92%. Secara umum, kualitas produk biodiesel dalam percobaan ini tidak

dapat memenuhi persyaratan standar biodiesel secara komersial.

Kata Kunci : Biodiesel, Minyak Sawit, Katalis Heterogen, Gelombang Mikro, CaO

Abstract

Biodiesel is one of the alternative fuels. Biodiesel can be made from palm oil and the other raw material.

This research studies the optimum condition of palm oil (RPO) production by methanolysis reaction

heterogeneust catalyst of calcium Oxide (CaO) commercial aided by microwave irradiation. In order to

get optimum condition, pretreatment catalyst has been done in 500oC at 1 hour. FFA removal can be

reduced until 0,2% by esterification . The result of biodiesel was analyzed by Gas chromatography to

measure the total of methyl esters conversion. The optimum condition for transesterification was 400

watts and catalyzed by 5% of CaO, have the yield of biodiesel 75,60% and the conversion of methyl

esters 92%. In general, the quality of biodiesel product in this experiment can’t fulfill the standard

requirement of biodiesel enough.

Keywords: Biodiesel, Palm Oil, Heterogeneust Catalyst, Microwave,Calcium Oxide

1. PENDAHULUAN

Selama krisis energi dewasa ini, harga

minyak mentah menjadi mahal dan masalah

lingkungan telah mendorong pemerintah dan

masyarakat untuk menetapkan kebijakan energi

nasional dengan penekanan pada energi

terbarukan seperti biodiesel untuk mengurangi

konsumsi bahan bakar fosil dan untuk

meningkatkan keamanan energi negara. Di

Thailand dan Indonesia, kelapa sawit adalah

sumber daya biomassa yang memiliki potensi

tinggi sebagai sumber energi terbarukan untuk

produksi biodiesel. Minyak sawit mentah

8/20/2019 158-492-1-PB

2/8

8/20/2019 158-492-1-PB

3/8


menjadi ester dengan pemanasan konvensional

selama 60 menit dengan temperature 65oC dijaga

konstan sampai reaksi selesai. Hasil esterifikasi

didiamkan selama 24 jam di corong pemisah dan

hasil esterifikasi pada lapisan bawah corong pisahakan digunakan pada reaksi transesterifikasi.

.Langkah selanjutnya dalam penelitan ini adalah

pretreatment katalis kalsium oksida dengan

kalsinasi katalis CaO di dalam tungku dengan

temperature 500oC selama 1 jam, lalu

dicampurkan dengan metanol yang akan

direaksikan dan diaduk selama 15 menit dengan

kecepatan pengadukan 300-400 rpm. Setelah

perlakuan katalis selesai, reaksi metanolis

dilakukan pada reaktor batch berupa labu reaksi

yang dihubungkan dengan kondensor pada

microwave konvensional seperti yang ditunjukkan

gambar 2. Reaksi dilakukan untuk semua variasi

katalis dan daya gelombang mikro. Hasil

transesterifikasi didiamkan pada corong pisah

selama 6 jam dan biodiesel dipisahkan dari

gliserol, katalis lalu dicuci dengan aquades

dengan perbandingan 1:1, temperature aquades

50-60oC untuk memisahkan sabun dari crude

biodiesel. Pencucian dilakukan di corong pisah

selama 2 kali dan biodiesel dikeringkan pada oven

laboratorium dengan temperature 90oC selama 6

jam untuk menghilangkan kadar air. Dari hasil uji

biodiesel akan didapatkan perolehan yield

biodiesel, FFA hasil transesterifikasi, angka asam,

densitas, dan konversi biodiesel yang dianalisa

gas kromatografi AS 2000.

Gambar 2 Rangkaian alat transesterifikasi

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam pembuatan biodiesel menggunakan

minyak kelapa sawit sebagai bahan baku telah

ditemukan bahwa kandungan asam lemak bebas

masih cukup tinggi untuk melakukan reaksi

metanolisis , sebelum reaksi dilakukan , kita perlu

mengurangi persentase asam lemak bebas dalam

minyak sawit dengan mengkonversi asam lemak

bebas ( FFA ) menjadi ester melalui reaksi

esterifikasi. Rasio molar metanol dengan minyakadalah 18:1 , lalu ditambahkan ke 100 gr minyak

dan 3 % asam sulfat ( H2SO4 ) dari berat minyak .

Esterifikasi dilakukan dengan pemanasan

konvensional selama 1 jam pada suhu 65oC

(Buathip T et al, 2013). Diketahui kandungan

FFA pada minyak sebanyak 1,06 % dan setelah

pengurangan FFA melalui esterifikasi , asam

lemak bebas ( FFA ) telah berubah menjadi 0,20

% . Menurut Garpen ( 2004) kadar FFA

diperbolehkan dalam katalis basa adalah < 1 %

atau setara dengan 2 mg KOH/g sampel ( Berrios ,

2007) . Reaksi esterifikasi membutuhkan metanol

dan katalis asam untuk mengubah FFA menjadi

ester dan air. Penggunaan katalis asam untuk

reaksi ini memiliki alasan yaitu tidak

menyebabkan reaksi saponifikasi dengan

kandungan FFA tinggi.

Studi tentang pembuatan biodiesel melalui

pemanasan batch konvensional telah dilakukan

oleh banyak orang dan tentunya lebih mahal

karena energi yang dipakai lebih tinggi dan waktu

proses yang lama , Padil (2010) telah melakukan

penelitian tentang transesterifikasi minyak nabati

dengan menggunakan CaO dengan pemanasan

batch konvensional dan dihasilkan konversi

methyl ester sekitar 73,03 % dan 73,38 % reaksi

ini membutuhkan suhu sekitar 105oC dengan

waktu reaksi 1,5 jam . Ini berarti menggunakan

pemanas konvensional membutuhkan waktu

reaksi yang lama untuk membuat FAME ( Fatty

Acid Methyl Ester ), namun kita dapat mengurangi

semua itu dengan microwave . Dalam hal ini

microwave komersial digunakan reactor skala

batch . Metode batch memiliki beberapakeuntungan jika kita bandingkan dengan metode

continous karena lebih mudah dalam mengontrol

proses dan tidak perlu banyak peralatan untuk

melakukan percobaan. Transesterifikasi

membutuhkan banyak metanol untuk mengubah

trigliserida menjadi metil ester , itu sebabnya

dalam penelitian menggunakan perbandingan

molar tinggi antara metanol dan minyak (18:01) ,

hal itu akan membuat keseimbangan reaksi akan

bergerak ke arah kanan (produk) dan membuat

konversi metil ester menjadi lebih tinggi , karena

8/20/2019 158-492-1-PB

4/8


3 mol metanol dan 1 mol trigliserida akan

membentuk 3 mol metil ester dan 1 mol gliserol. (

Bradshaw dan Meuly , 1994).

Dalam percobaan ini telah dilakukan

reaksi transesterifikasi dengan berbagai katalis 1% , 3 % dan 5 % dari berat minyak untuk setiap

sampel dan juga kekuatan daya microwave 200

watt , 300 watt , dan 400 watt . wakty setiap

reaksi adalah sama yaitu 20 menit dan kecepatan

pengadukan yang sama juga untuk setiap sampel

yaitu 600 rpm . Produk utama metanolisis adalah

biodiesel ( metil ester ) , dan gliserol. Biasanya

proses pembuatan biodiesel dengan katalis

heterogen akan membuat 3 lapisan , bagian bawah

adalah katalis yang digunakan , bagian tengah

adalah gliserol dan atas adalah produk (

biodiesel), tapi dari percobaan ini didapatkan 4

lapisan dengan pemanasan microwave dibawah

300oC . lapisan bagian atas adalah metanol

berlebih yang belum bereaksi atau diduga tidak

bereaksi , di tengah adalah biodiesel , di lapisan 3

adalah gliserol dan lapisan 4 adalah katalis.

Diasumsikan bahwa pada suhu rendah

metanol tidak dapat terkonversi penuh menjadi

biodiesel karena reaksi waktu yang singkat .

Tetapi pada 300oC - 400

oC ,,semua metanol telah

diubah menjadi biodiesel dan hanya menghasilkan

3 lapisan . Lapisan adalah biodiesel , lapisan

tengah adalah gliserol dan lapisan 3 adalah

katalis. Hasil yang ditampilkan produk dapat

dilihat pada gambar 4.1. Kita bisa melihat dari

data yang ditampilkan hasil tertinggi adalah 300

watt daya microwave dan katalis 1 % CaO

menghasilkan 91% yield biodiesel. Dan yield

terendah pada 200 watt daya dan dengan katalis 1

% CaO yang hanya memiliki 60,48% yield

biodiesel. Itu berarti 300 watt lebih baik daripada

200 watt . kekuatan daya gelombang mikro telah

dipelajari Putra,RP dkk ( 2012) , merekamendapatkan hasil sekitar 60,11% yield biodiesel

dalam 20 menit reaksi pada 200 watt dengan

katalis 1 % CaO.

Tapi untuk kondisi reaksi dengan suhu 300

watt dengan konsentrasi katalis 3 % dan 5 % ,

yield biodiesel adalah berkurang dari 91,15%

menjadi 86,6 % dan 77,34 % . Diduga bahwa

terjadi human error saat pencucian biodiesel.

Karena berdasarkan grafik di atas bahwa 200 watt

dan 400 watt daya gelombang mikro , yield

biodiesel akan naik untuk katalis yang lebih tinggi

. Penggunaan katalis dapat mempengaruhi hasil

yang diperoleh, dalam hal waktu dan suhu reaksi

tergantung pada karakteristik masing-masing

katalis.

Penelitian sebelumnya telah dilakukanmenggunakan NaOH sebagai katalis basa

homogen dan membentuk biodiesel sebesar 98 %

pada 260 Watt dan suhu operasi 50oC selama 20

menit.

Gambar 3. Grafik Perbandingan Terhadap Yield

Biodiesel Dengan Variasi Katalis dan Daya

Gelombang Mikro.

suhu operasi 50oC selama 20 menit. ( Santoso

dan Wijaya, 2009). Seperti kita ketahui katalis

homogen akan menghasilkan yield yang lebih

tinggi tetapi membutuhkan biaya produksi yang

lebih besar dan pemisahannya sulit.

Analisis oleh Trace Gas

Chromatography AS 2000 digunakan untuk

menentukan jenis senyawa yang terkandung

dalam metil ester dari minyak sawit , dan untuk

menghitung persentase konversi Fatty Acid

Methyl Ester ( FAME ) pada biodiesel yang

terbentuk . Analisis ini menghasilkan puncak

spektrum masing-masing menunjukkan jenis metil

ester tertentu. Berdasarkan data dari GC ,

berbagai jenis metil ester untuk biodiesel dapatdiketahui. Analisis senyawa biodiesel dilakukan

terhadap puncak fragmentasi yang dapat

diidentifikasi sebagai senyawa biodiesel

berdasarkan kemiripan dengan senyawa standar.

Senyawa A dikatakan mirip dengan senyawa

standar jika memiliki berat molekul yang sama ,

pola serupa, fragmen, dan nilai indeks kesamaan

yang tinggi . Untuk menggunakan GC kita

membutuhkan larutan standar,heksana dan

sampel. Dalam penelitian ini digunakan 2 ml

heksana dan dicampur dengan 0,2 ml minyak.

0

20

40

60

80

100

CaO

1%

CaO 3% CaO

5%

200 watt

300 watt

400 watt

8/20/2019 158-492-1-PB

5/8

8/20/2019 158-492-1-PB

6/8


partikel CaO, sehingga membentuk banyak pori-

pori pada kalsium oksida . Ukuran CaO yang

digunakan sekitar 200 mesh, produktivitas akan

lebih baik bila luas permukaan katalis per satuan

massa lebih besar . Memperbesar luas permukaankatalis per satuan massa dapat dilakukan dengan

mengurangi ukuran katalis padat . Kita juga perlu

mencampur metanol dengan katalis lalu dilakukan

pengadukan dengan kecepatan 300-400 rpm

selama 10-15 menit . Untuk mendapatkan kondisi

yang optimal pada transesterifikasi , katalis CaO

akan diaktifkan oleh Metanol . Sejumlah kecil

CaO akan bereaksi dengan metanol dan diubah

menjadi Ca(OCH3) 2 dan Ca(OH)2 tetapi beberapa

CaO yang tersisa tidak berubah . Mula-mula CaO

akan bereaksi dengan metanol dan membentuk

Ca(OCH3)2 dan selanjutnya H2O yang dihasilkan

selama pembentukan Ca(OCH3)2 akan bereaksi

dengan CaO membentuk Ca(OH)2. (Ayato

Kawashima, dkk, 2009). Oleh karena itu, perlu

dilakukan aktivasi katalis sebelum reaksi.

Katalis CaO lebih aktif dan telah lama

dipelajari untuk transesterifikasi karena harganya

yang murah, memiliki energi aktivasi yang tinggi

( Liu et al , 2008) dan sedikit larut dalam metanol

dibandingkan alkali tanah hidroksida logam

seperti SrO dan Ba (OH)2 yang sepenuhnya

terlarut dalam media reaksi ( Granados et al ,

2007) . Dalam penelitian yang dilakukan oleh

Granados et al ( 2007) menyimpulkan bahwa

meskipun CaO sangat aktif dalam reaksi

transesterifikasi , keberadaan H2O akan

menyebabkan terbentuknya Ca(OH)2 yang akan

membentuk layer tipis pada permukaan pori CaO

sehingga aktivitas katalitik CaO akan menyerupai

aktivitas katalitik Ca(OH)2.

Tingginya nilai angka asam dapat membuat

masalah baru untuk produk biodiesel. Menurut

Diaz dan Galindo (2007),bahan bakar mesindiesel yang ideal adalah bahan bakar dengan

rantai hidrokarbon yang sepenuhnya jenuh.

Jumlah asam yang dimiliki biodiesel dari minyak

sawit juga sangat rendah, ini berarti Biodiesel

mengandung asam lemak bebas yang sangat

sedikit. Dengan demikian, biodiesel tidak bersifat

korosif dan tidak merusak injektor mesin diesel.

Bilangan asam yang didapatkan sesuai dengan

standar SNI yaitu dibawah ≤ 0,8%.

Dari grafik terlihat bahwa hasil bilangan

asam pada 200 watt dan 400 watt dengan jumlah

katalis yang sama memiliki angka asam sesuai

dengan standar biodiesel dalam ASTM D-6751

yang mengizinkan bilangan asam tertinggi adalah

0,5%. Penambahan katalis mempengaruhi nilai

bilangan asam pada daya 200 watt. Hal tersebutditunjukkan bahwa jumlah katalis 1% memiliki

angka asam 018% , pada penambahan 3% CaO

terjadi kenaikan angka asam tapi grafik turun

kembali ke 0,18% ketika penambahan katalis

dalam 5%, kondisi yang sama juga terjadi pada

daya 400 watt.dapat disimpulkan bahwa

penambahan katalis CaO sebanyak 5% berat

minyak merupakan titik terendah dri setiap daya

microwave, dengan kata lain kondisi inilah yang

terbaik dengan angka asam yang kecil.

Gambar 5. Analisa Angka Asam

Densitas biodiesel dalam percobaan ini

dapat dilihat pada gambar 6. Ditunjukkan bahwa

daya microwave mempengaruhi densitas. daya

yang lebih tinggi dapat mengurangi nilai densitas

yang juga dipengaruhi oleh penambahan CaO

sebagai katalis, dan kondisi terbaik berada pada

daya 400 watt . Densitas standar Eropa EN-12414

memiliki persyaratan minimum adalah 860 kg/m3

dan maksimum adalah 900 kg/m3, katalis dalam

kondisi ini tidak mempengaruhi hasil secara

signifikan. grafik dari pengukuran densitas dapatdilihat pada gambar 6.

Dalam daya microwave 400 watt

menunjukkan bahwa hasil uji densitas adalah 860

kg /m dengan variasi katalis 1%, 3%, dan 5% dari

berat minyak. Ini adalah hasil terbaik sesuain

dengan standar biodiesel Eropa EN-12414.

Menurut Prihandana et al., (2006), densitas

biodiesel yang melebihi ketentuan akan membuat

reaksi pembakaran tidak sempurna. Dengan

demikian dapat meningkatkan emisi dan membuat

mesin diesel cepat rusak. Biodiesel dengan

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

CaO 1% CaO 3%CaO 5%

200 watt

300 watt

400 watt

8/20/2019 158-492-1-PB

7/8


densitas 860 kg/m3 dapat menghasilkan

pembakaran sempurna.

Gambar 6. Hasil Analisa Densitas

4. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dan pembahasan dapat

disimpulkan sebagai berikut:

1. Radiasi gelombang mikro (microwave) dapat

dimanfaatkan dalam proses pembuatan

biodiesel dari minyak sawit melalui proses

transesterifikasi secara batch.

2. Penggunaan radiasi gelombang mikro dalam

pembuatan biodiesel dari minyak sawit

dengan daya yang lebih tinggi mampu

meningkatkan hasil yield biodiesel . Dayayang optimal adalah 300 watt pada rasio mol

minyak sawit dengan metanol 1:18 dan

jumlah katalis 1% dari berat minyak memiliki

yield biodiesel sebesar 91,15 %

3. Penyinaran gelombang mikro membuktikan

bahwa dapat mengurangi waktu reaksi

menjadi sangat singkat. Semakin tinggi daya

gelombang mikro maka dapat meningkatkan

konversi metil ester . Daya yang optimal

adalah 400 watt pada rasio mol minyak sawit

dengan metanol pada 1:18 dan persentase

konversi mencapai 92 % dari FAME

4. Kondisi optimum dalam percobaan ini berada

pada 400 watt dan 5 % CaO , yang memiliki

hasil yang lebih baik daripada yang lain

5. Dari variasi berbagai katalis CaO , diperoleh

bahwa kondisi optimum untuk percobaan ini

adalah 5 % katalis dari berat minyak dalam

perbandingan molar minyak dan metanol

1:18.

6. Semakin banyak penambahan katalis CaO

pada daya 200 dan 400 watt dapat

meningkatkan konversi

7. Senyawa biodiesel dari minyak sawit pada

percobaan ini telah dianalisa melaluii gas

kromatografi (AS 2000) adalah sebagai

berikut : metil palmitat , metil palmitoleate ,

metil stearat , dan metil oleat8. Secara umum, kualitas biodiesel yang

dihasilkan dalam penelitian ini belum dapat

memenuhi persyaratan standar cukup

biodiesel Berdasarkan hasil studi

eksperimental yang telah dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

A. Aziz, M. F. Said, M. A. Awang and M. Said,

“Performance of Palm Oil -based

Biodiesel Fuels in a Single Cylinder

Direct Injection Engine”, Palm Oil

Developments, No. 42, June 2005.

A. R. C. de L. M. Duarte, U. H. Bezerra, M. E. de

L. Tostes and G. N. da R. Filho,

“ Alternative Energy Sources in the

Amazon: Evaluating the Energy

Potential of Palm Oil for the Generation

of Electricity in Isolated Communities”,

IEEE Power and Energy Magazine,

January-February. 2007, Vol. 5, No. 1,

pp. 51-57

Atadashi IM, Aroua MK, Aziz AA. “Biodiesel separation and purification”: a

review. Renew Energy 2010;36:437 – 43.

Alba-Rubio AC, Santamaría-González J, Mérida-

Robles JM, Moreno-Tost R, Martín

Alonso D, Jiménez-López A, et al.

Heterogeneous transesterification

processes by using CaO supported on

zinc oxide as basic catalysts. Catal

Today 2010;149:281 – 7.

Albuquerque MCG, Jiménez-Urbistondo I,

Santamaría-González J, Mérida- RoblesJM, Moreno-Tost R, Rodríguez-

Castellón E, et al. CaO supported on

mesoporous silicas as basic catalysts for

transesterification reactions. Appl Catal

A: Gen 2008;334:35 – 43.

Allorerung. 2006. Biodiesel dari kelapa.http://

www.sinarharapan.co.id. (20 September

2007).

C. Y. May, M. A. Ngan, C. K. Yoo, R. A. Majid,

A. Y. K. Chung, H. L. L. Nang, C. S. Foon,

Y.C. Liang, P. C. Wei, N. M. Han and Y.

Basiron, “ Palm Diesel: Green and

855

860

865

870

875

CaO 1%CaO 3%CaO 5%

200 watt

300 watt

400 watt

8/20/2019 158-492-1-PB

8/8


Renewable Fuel from Palm Oil ”, Palm Oil

Developments, No. 23, 2005, pp. 3-7.

Handayani,S.P. “ Pembuatan Biodiesel dari

Minyak Ikan dengan Radiasi Gelombang

Mikro”. Skripsi Jurusan FMIPAUniversitas ebelas Maret Surakarta (2010).

Kouzu M, Kasuno T, Tajika M, Sugimoto Y,

Yamanaka S, Hidaka J. Calcium oxide as a

solid base catalyst for transesterification of

soybean oil and its application to biodiesel

production. Fuel 2008;87:2798 – 806.

Kouzu M, Yamanaka S, Hidaka J, Tsunomori M.

Heterogeneous catalysis of calcium

oxide used for transesterification of

soybean oil with refluxing methanol .

Appl Catal A: Gen 2009;355:94 – 9.

López Granados M, Mariscal R, Alba-Rubio AC,

Cavalcante Jr CL, Albuquerque MCG.

Spanish patent application P201131281;

2011.

Lam, M.K, Lee,K.T, dan Mohamed,A.R.

“ Homogeneous, heterogeneous and

enzymatic catalysis for

transesterification of highfree fatty acid

oil (waste cooking oil) to biodiesel ”

School ofChemical Engineering,

Universiti Sains Malaysia, Malaysia

(2010).

Refaat, A.A, dan Sheltawy,S.T. “Time factor in

microwave enhanced biodiesel

production.” The WorldScientific and

Engineering Academy and Society

Transactions on Environment and

Development (2008).

Suppes,G.J, Bockwinkel,K, Lucas,S, Botts,J.B,

Mason,M.H, dan ,J.A. “Calcium

Carbonate Catalyzed Alcoholysis of Fats

and Oils”.Department of Chemical andPetroleum Engineering and Chemistry,

The University of Kansas (2001).

Suppalakpanya,K, Ratanawilai,S, Nikhom,R, dan

Tongurai,C. “ Production of Ethyl Ester

from Crude Palm Oil by Two-Step

Reaction Using Continous Microwave

System”. Department of Chemical

Engineering, Faculty of

Engineering,Prince of Songkla

University, Thailand (2011).

Vicente G, Martínez M, Aracil J. Integrated

biodiesel production: a comparison of

different homogeneous catalysts systems.

Bioresour Technol 2004;92: 297 – 305.

Wang Y, Ou S, Liu P, Xue F, Tang S.Comparison of two different processes to

synthesize biodiesel by waste cooking oil .

J Mol Catal A: Chem 2006;252: 107 – 12.

Wilujeng,R dan Fityatin, A. “ Pembuatan

Biodiesel Secara Kontinyu Dengan

Memanfaatkan Gelombang Mikro

(Microwave). Skripsi Jurusan Teknik

Kimia ITS Surabaya (2011).

Documents

158-492-1-PB