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 :