indra riadi_universitas diponegoro
TRANSCRIPT
IMEC 2013INNOVATIVE MATERIALS
ENGINEERING COMPETITION
OPTIMALISASI PROSES PRODUKSI BIODIESELDENGAN KATALIS HETEROGEN BERBAHANBAKU MINYAK MIKROALGA SCENEDESMUSSP DALAM UPAYA MENUJU SWASEMBADA
ENERGI TERBARUKAN
TIM
Indra Riadi 21030112120017
Indah Dita Oktaviani 21030112120006
Ni PutuWedha Ramanitya 21030112140173
UNIVERSITAS DIPONEGORO
TEKNIK KIMIA
2013
ii
IMEC 2013
INNOVATIVE MATERIALS ENGINEERING COMPETITION
1. Judul : Optimalisasi Proses Produksi Biodiesel
dengan Katalis Heterogen Berbahan Baku
Minyak Mikroalga Scenedesmus sp dalam
Upaya Menuju Swasembada Energi
Terbarukan
2. Nama Ketua TIM : Indra Riadi
NIM : 21030112120017
Alamat Rumah : Jl.Arief Rahman Hakim No.73 Subang
Jawa Barat
No. Telepon/fax : 08381656653
E-mail : [email protected]
3. Asal Perguruan tinggi : Universitas Diponegoro
4. Nama Anggota Tim 1 : Indah Dita Oktaviani
NIM : 21030112120006
Nama Anggota Tim 2 : Ni Putu Wedha Ramanitya
NIM : 21030112140173
5. Dosen Pendamping : Andri Cahyo Kumoro, ST., MT., PhD
NIP : 197405231998021001
Alamat Rumah dan No.HP : Jl. Wonodri Baru Raya 27 Semarang
081805899868
Dosen Pendamping Ketua TIM
.Andri Cahyo Kumoro, ST., MT., PhD Indra RiadiNIP. 197405231998021001 NIM.21030112120017
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kemudahan
sehingga karya tulis ini dapat terselesaikan. Sholawat serta salam senantiasa
tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, yang telah menuntun manusia
dengan Al Qur’an dan Sunnah. Karya tulis ini disusun dalam rangka IMEC 2013
INNOVATIVE MATERIALS ENGINEERING COMPETITION yang
diselenggarakan oleh Himpunan Mahasiswa Teknik Material dan Metalurgi
Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Karya tulis ini berjudul “Optimalisasi Proses Produksi Biodiesel dengan
Katalis Heterogen Berbahan Baku Minyak Mikroalga Scenedesmus sp dalam
Upaya Menuju Swasembada Energi Terbarukan”. Penyusunan karya tulis ini tidak
terlepas dari bantuan yang telah diberikan oleh banyak pihak, baik bantuan materi
maupun non materi. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Andri
Cahyo Kumoro, ST. MT. PhD atas bimbingan dan arahannya selama penulis
menyelesaikan karya tulis ini, juga kepada keluarga yang senantiasa mencurahkan
cinta dan kasih sayangnya, dan teman-teman yang telah memberikan dorongan
dan semangat. Tiada hal yang sempurna di dunia ini, hanyalah Dia yang memiliki
segala kesempurnaan.
Penulis menyadari begitu banyak kekurangan dalam tulisan ini sehingga
kritik dan saran yang membangun sangat diperlukan untuk memperbaiki tulisan
ini. Semoga karya kecil ini dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan bagi
khasanah ilmu pengetahuan Indonesia.
Semarang, Februari 2013
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... iiKATA PENGANTAR ......................................................................................... iiiDAFTAR ISI ........................................................................................................ ivDAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vDAFTAR TABEL................................................................................................. viABSTRAK ............................................................................................................ 1BAB I PENDAHULUAN
I. 1. Latar Belakang ........................................................................................ 2I. 2. Rumusan Masalah................................................................................... 3I. 3. Tujuan Penulisan..................................................................................... 3I. 4. Manfaat Penulisan................................................................................... 4
BAB II TELAAH PUSTAKAII. 1. Scenedesmus sp Sebagai Sumber Minyak Bahan Baku Biodiesel.......... 5II. 2. Karakteristik Fisik dan Kimia Biodiesel................................................. 6II. 3. Pembuatan Biodiesel............................................................................... 7
II. 3. 1 Esterifikasi................................................................................... 7II. 3. 2 Transesterifikasi .......................................................................... 7
II. 4. Katalis Hidrogen ..................................................................................... 8II. 5. Pembuatan Katalis Heterogen................................................................. 9
BAB III METODE PENULISANIII.1. Jenis Penulisan ........................................................................................10III.2. Objek Penulisan ......................................................................................10III.3. Teknik Pengambilan Data.......................................................................10III.4. Prosedur Penulisan..................................................................................10III.5. Kerangka Berfikir ..................................................................................11
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASANIV.1. Analisis ...................................................................................................13IV.2. Rancangan Metode Pembuatan Biodiesel ..............................................14IV.3. Uji Karakterisasi Biodiesel dengan Katalis Hidrogen ............................15IV.4. Parameter Karakteristik Biodiesel ..........................................................17
BAB V PENUTUPV.1. Kesimpulan .............................................................................................18V.2. Saran .......................................................................................................18
DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Scenedesmus sp ...................................................................................5
Gambar 2. Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak Menjadi Ester..........................7
Gambar 3. Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester Asam-
Asam Lemak.........................................................................................7
Gambar 4. Zeolit ...................................................................................................8
Gambar 5. Kerangka Berpikir Penulisan ..............................................................11
Gambar 6. Alur Proses Pembuatan Biodiesel dari Scenedesmus sp ....................13
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan Antara 3 Tumbuhan Penghasil Minyak ...........................3
Tabel 2. Kandungan Scenedesmus sp....................................................................5
Tabel 3. Karakteristik Biodiesel sesuai SNI .........................................................6
Tabel 4. Kandungan Asam Lemak pada Scenedesmus sp.....................................6
Tabel 4. Kandungan Metil Ester pada Produksi Biodiesel dengan Katalis
Heterogen................................................................................................15
Tabel 5. Kandungan FAME dengan Menggunakan CaO sebagai Katalis ............16
Tabel 6. Kandungan FAME dengan Menggunakan MgO sebagai Katalis...........16
Tabel 7. Kandungan Metil Ester dengan Menggunakan Katalis Homogen..........16
Tabel 8. Parameter Karakteristik Biodiesel ..........................................................17
ABSTRAK
Energi merupakan salah satu kebutuhan utama manusia. Ketahanan energi saat ini
sudah mencapai titik kritis karena bahan bakar yang umum dipakai bersumber dari
minyak bumi yang merupakan bahan bakar terbarukan. Wilayah laut Indonesia yang
sangat luas berpotensi menjadi sumber bahan bakar minyak lainnya, yakni
mikroalga. Mikroalga memiliki kandungan rendemen minyak sebesar 35-80 %
sehimgga dapat dijadikan alternatif bahan bakar minyak. Salah satu jenis mikroalga
yang mudah diperoleh adalah Scenedesmus sp. Tujuan penulisan karya ilmiah ini
adalah memberi gagasan rancangan pengolahan minyak Scenedesmus sp yang
efisien dan efektif menjadi biodiesel dengan katalis heterogen. Untuk mencapai
tujuan tersebut, mikroalga Scenedesmus sp diekstraksi dan dianalisis nilai asam
lemak bebasnya (FFA). Jika FFA <2% maka hanya melalui tahap transesterifikasi.
Namun, jika FFA >2% maka harus melalui tahap esterifikasi yang dilanjutkan
dengan transesterifikasi. Setelah proses tersebut, dihasilkan crude biodiesel untuk
dipisahkan sehingga menghasilkan fraksi-fraksi seperti metil ester, sisa minyak, dan
gliserol. Metil ester yang dihasilkan dilakukan uji karakterisasi untuk dijadikan
biodiesel berstandar SNI. Hasil analisis menunjukkan bahwa biodiesel berbahan
baku minyak mikroalga Scnedesmus sp dengan katalis heterogen menyamai
karakteristik yang sesuai dengan SNI. Angka setana yang tinggi menunjukkan bahwa
biodiesel dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah sehingga akan mudah
terbakar di dalam silinder pembakaran mesin dan tidak terakumulasi. Proses
produksi biodiesel dengan menggunakan katalis heterogen lebih efisien dan efektif
daripada proses dengan metanol superkritik dan katalis homogen.
Keyword : Biodiesel, Scenedesmus sp, katalis heterogen, katalis homogen, metil ester
2
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Sudah berabad-abad lamanya, manusia telah menggantungkan kebutuhan
energi pada bahan bakar fosil seperti minyak dan gas bumi. Dewasa ini, kedua
sumber energi tersebut tengah menghadapi permasalahan yang cukup serius, yaitu
kelangkaan persediaan bahan bakar dan perubahan iklim global yang diakibatkan
oleh akumulasi emisi karbondioksida. Menurut Departemen ESDM, diperkirakan
ketersediaan cadangan minyak Indonesia akan habis pada tahun 2015 (Dep. ESDM,
2005).
Sejak 1978 sampai 1996, Departemen Energi di Amerika Serikat telah
menghabiskan dana yang terbilang besar, yaitu mencapai US $ 25 juta untuk program
pengembangan bahan bakar kendaraan dari mikroalga. Bagaimana dengan Indonesia
yang dikenal memiliki keanekaragaman hayati laut dengan panjang garis pantai
81.000 km atau 14% garis pantai seluruh dunia, di mana 2/3 wilayah Indonesia
berupa perairan laut, luas laut kedaulatan 3.1 juta km2 luas laut ZEE 2.7 jt km2,
termasuk kemungkinannya pada sumber daya mikroalga laut tertinggi di dunia,
karena Indonesia termasuk iklim tropis yang suhunya menyesuaikan suhu optimal
untuk kultivasi mikroalga yaitu antara 24-30oC. Hal ini masih luput dari fokus
penelitian kelautan dan kajian dalam rencana jangka panjang diversifikasi penyediaan
energi ramah lingkungan.
Selama ini mikroalga sudah dikenal sebagai bahan baku biofuel karena
memiliki kandungan minyak yang cukup tinggi salah satunya adalah Botryococcus
brauni, mikroalga yang memiliki kandungan minyak alami sampai dengan 70% dari
3
massa tubuhnya. Bila dibandingkan, maka mikroalga mampu menghasilkan minyak
30 kali lipat lebih banyak daripada sejumlah tanaman tingkat tinggi lainnya, yang
telah digunakan untuk memproduksi bio-bahan bakar (Dayananda,2006).
Jika dalam satu hektar lahan kultivasi mikroalga dapat menghasilkan 100.000
liter bio-bahan bakar, maka dengan area yang sama tanaman kelapa sawit hanya
memproduksi bio bahan bakar sebanyak 2700 liter bahkan tanaman jarak pun hanya
menghasilkan 1.400 liter (Kawaroe, 2010).
Tabel 1 Perbandingan Antara 3 Tanaman Penghasil Minyak
Jenis Tanaman Penghasilminyak
Kandungan Minyak(% berat kering)
Produktivitas( per tahun)
Jarak 30-35 600 L/haKelapa Sawit 25-30 5830 L/ha
Mikroalga 35-80 58700-136900 L/haPenggunaan biodiesel menjadi suatu inovasi bagi umat manusia dalam bidang
energi karena peranannya dalam membantu mengurangi polusi udara. Sejumlah besar
minyak dari tanaman dapat dijadikan sebagai biodiesel melalui proses
transesterifikasi dengan menggunakan katalis homogen. Namun, dengan
menggunakan katalis homogen diperlukan langkah-langkah pemisahan gliserol dan
pencucian serta pemurnian yang rumit dan padat energi. Produksi katalis heterogen
telah muncul karena ramah lingkungan dan tidak perlu pencucian dan pemisahan
produk jauh lebih mudah dan murah (Surbhi, 2010).
I.2. Rumusan Masalah
Bagaimana rancangan pengolahan minyak mikroalga Scenedesmus Sp yang
efisien dan efektif menjadi biodiesel dengan katalis heterogen ?
I.3. Tujuan Penulisan
Untuk memberi gagasan dalam optimalisasi rancangan pengolahan minyak
nabati dari mikroalga Scenedesmus sp yang efisien dan efektif menjadi
biodiesel dengan katalis heterogen.
4
I.4. Manfaat Penulisan
1. Memberikan sumbangan pemikiran terhadap pembuatan rancangan metode
pengolahan minyak mikroalga Scenedesmus sp menjadi Biodiesel.
2. Memberikan sumbangan pemikiran metode pembuatan biodiesel yang efisien
dan efektif.
3. Dapat dijadikan sebagai solusi untuk mengatasi krisis energi bahan bakar
alternatif di Indonesia.
5
BAB II
TELAAH PUSTAKA
II.1. Scenedesmus sp Sebagai Sumber Minyak Bahan Baku Biodiesel
Scenedesmus sp seperti gambar 1. Termasuk dalam kingdom Plantae
(Haeckel, 1866), subkingdom Viridaeplantae (Cavalier-Smith, 1981), filum
Chlorophyta, kelas Chlorophycea (Christensen, 1994), ordo Chlorococcales, famili
Scenedesmaceae, genus Scenedesmus (Meyen, 1829).
Gambar 1. Scenedesmus sp
Dalam tubuh mikroalga Scenedesmus sp terkandung lemak 2-40 % dan
sisanya berupa protein 8-56 %, karbohidrat 10-52 %, dan asam nukleat 3-6 %. Dari
hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Kawaroe et al., (2009), asam lemak yang
terkandung dalam Scenedesmus sp, diantaranya :
Tabel 2. Kandungan Asam Lemak pada Scenedesmus sp
Komposisi Asam KandunganLauratStearatPalmitatOleatMyristatPalmitoleatLinoleatbvxLinolenatKapriat
0,22 %13,85 %20,29 %2,41 %0,34%9,78 %25,16%16,16 %0,07%
6
II. 2. Karakteristik Fisik dan Kimia Biodiesel
Biodiesel didefinisikan sebagai metil ester yang diproduksi dari minyak
tumbuhan atau lemak hewan yang merupakan sumber daya alam terbaharukan dan
memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel
(Vicente et al., 2006).
Keuntungan pemakaian biodiesel dibandingkan dengan bahan bakar solar
(BBM) diantaranya adalah bahan bakunya dapat diperbaharui, cetane number tinggi,
biodegradable, dapat digunakan pada mesin diesel tanpa harus modifikasi, berfungsi
sebagai pelumas sekaligus membersihkan injector, serta dapat mengurangi emisi gas-
gas polutan yang berbahaya. Menurut SNI, karakteristik biodiesel adalah seperti
ditunjukkan oleh Tabel 3.
Tabel 3. Karakteristik Biodiesel sesuai SNI
Parameter dan satuannya Batas nilai Metode ujiMassa jenis pada 400C, kg/m3 850-890 ASTM D 1298Viskositas kinematik pada 400C, mm2/s (cSt) 2,3-6,0 ASTM D 445Angka setana Min. 51 ASTM D 613Titik nyala (mangkok tertutup, 0C Min. 100 ASTM D 93Titik kabut, 0C Maks. 18 ASTM D 2500Korosi bilah tembaga (3jam, 500C) Maks. No. 3 ASTM D 130Residu karbon, % berat :
- dalam contoh asli Maks. 0,05 ASTM D 4530- dalam 10% ampas distilasi Maks. 0,03
Air dan sedimen, %-volume Maks. 0,05 ASTM D 2709Temperatur distilasi 90%, 0C Maks. 360 ASTM D 1160Abu tersulfatkan, %-berat Maks. 0,02 ASTM D 874Belerang, ppm-b (mg/kg) Maks. 100 ASTM D 5453Fosfor, ppm-b (mg/kg) Maks. 10 AOCS Ca 12-55Angka asam, mg-KOH/g Maks. 0,8 AOCS Cd 3-63Gliserol-bebas, %-berat Maks. 0,02 AOCS Ca 14-56Gliserol total, %-berat Maks. 0,24 AOCS Ca 14-56Kadar ester alkil, %-berat Min. 96,5 DihitungAngka iodium, g-I2/(100 g) Maks. 115 AOCS Cd 1-25Uji Halphen Negatif AOCS Cb 1-25
7
II. 3. Pembuatan Biodiesel
II.3.1. Esterifikasi
Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi esternya.
Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat dan karena ini, asam
sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-
katalis yang biasa dipilih sebagai katalis dalam industri (Soerawidjaja, 2006 dalam
Djoko 2011).
RCOOR’+R”OH RCOOR” + R’OH ............................ (1)
Gambar 2. Reaksi esterifikasi asam lemak menjadi metil ester (Schuchardt et al., 1998)
Agar reaksi dapat berlangsung dan mencapai konversi yang tinggi pada temperatur
rendah (misal paling tinggi 1200C) maka reaktan metanol harus disediakan dalam
jumlah yang berlebihan. Selain itu, gliserol yang dihasilkan harus segera dipisahkan
dari fase reaksi, misalnya dengan mengikatnya menggunakan larutan garam dapur
yang jenuh.
II.3.2. Transesterifikasi
Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari
trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan alkohol dengan
bantuan katalis basa, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.
H2C – OCOR’ ROCOR’ H2C – OH
HC – OCOR” + 3 ROH ROCOR” + HC – OH
H2C – OCOR”’ ROCOR”’ H2C – OH ........................... (2)
Gambar 3. Reaksi Transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester asam lemak (Schuchardt et
al., 1998)
Reaksi transesterifikasi juga memerlukan katalis untuk mengarahkan reaksi ke arah
produk, menurunkan suhu reaksi, dan meningkatkan konversi. Tanpa adanya katalis,
katalis
Katalis
8
konversi yang dihasilkan masih sangat rendah dan berjalan dengan lambat
(Mittlebatch, 2004).
II.4. Katalis Heterogen
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu
tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Katalis
heterogen adalah katalis yang ada dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi
yang dikatalisinya (Etna, 2011).
Gambar 4. Zeolit
Produksi katalis heterogen biodiesel telah muncul sebagai pilihan karena
ramah lingkungan tidak memerlukan pencucian dan pemisahan produk jauh lebih
mudah (Surbhi, 2011). Jenis-jenis katalis heterogen seperti logam hidroksida (Dalai
et.,al, 2006) kompleks logam (Abreu et al, 2003.), Oksida logam seperti kalsium
oksida (Granados et al., 2007), magnesium oksida (Wang dan Yang , 2007)
zirkonium oksida (Jitputti et al., 2006), zeolit (Gambar 4) (Xie dan Huang, 2006).
Jenis katalis yang telah diteliti sebagai katalis padat yang mengatasi beberapa
kelemahan pada penggunaan katalis homogen. Urutan aktivitas dari katalis adalah
sebagai berikut :
BaO> SrO> CaO> MgO (Cantrell et al., 2005)
9
II.5. Pembuatan katalis heterogen
Katalis ZrO2/Al2O3 dibuat melalui proses impregnasi senyawa ZrOCl2.8H2O
dengan γ-Al2O3 dicampur dengan aquadest dan diaduk dengan menggunakan
magnetic stirrer. Campuran selanjutnya dikeringkan dalam oven dan dilanjutkan
dengan kalsinasi dalam reaktor pipa dengan mengalirkan udara. Proses pembuatan
katalis ZrOCl2 ditumjukkan pada Gambar 5. Katalis yang terbentuk dikarakterisasi
dengan metode XRD untuk identifikasi komponen-komponen dalam katalis.
Gambar 5. Skema Proses Pembuatan KatalisZrO2/Al2O3.
ZrOCl2.8H2O
Karakterisasi XRD
+ AkuadestDiaduk
+ Drying
Al2O3
Ditimbang
Kalsinasi Ditimbang
10
BAB III
METODE PENULISAN
III.1 Jenis Penulisan
Tulisan dalam karya tulis ini bersifat kajian pustaka atau library research.
Data yang diperoleh disajikan secara deskriptif yang disertai dengan analisis
sehingga menunjukkan suatu kajian ilmiah yang dapat dikembangkan dan
diterapkan lebih lanjut.
III.2 Objek Penulisan
Objek tulisan ini adalah proses produksi biodiesel dengan katalis
heterogen berbahan baku minyak mikroalga Scenedesmus sp. Dengan adanya
pemanfaatan biodiesel ini diharapkan dapat memberikan solusi bahan bakar yang
ramah lingkungan.
III.3 Teknik Pengambilan Data
Informasi yang dikumpulkan adalah informasi yang berkaitan dengan
Scenedesmus sp, katalis heterogen, parameter karakterisasi biodiesel dari
Scenedesmus sp dan proses produksi biodiesel. Informasi ini diperoleh dari
berbagai literatur baik berupa majalah, jurnal ilmiah, internet maupun buku yang
relevan dengan objek yang akan dikaji.
III.4 Prosedur Penulisan
Setelah dilakukan pengumpulan data informasi, semua hasil diseleksi
untuk mengambil data dan informasi yang relevan dengan masalah yang dikaji.
11
III.5 Kerangka Berfikir
Tulisan ini memiliki kerangka berpikir dalan proses penulisannya.
Kerangka atau alur berpikir digunakan untuk mempermudah proses penulisan.
Adapun kerangka berpikir dalam tulisan ini akan dijelaskan pada gambar di
bawah ini.
Latar Belakang
Kelangkaan bahan bakar di Indonesia yang menyebabkan krisis
energi.
Potensi keanekaragaman hayati laut di Indonesia, sebagai peluang
untuk menjadikan mikroalga laut sebagai bahan baku bio-bahan bakar
alternatif.
Kandungan minyak mikroalga lebih besar dari tanaman tingkat tinggi
yang menghasilkan minyak.
Pemanfaatan biodiesel sebagai bahan bakar ramah lingkungan dan
pembuatan biodiesel yang efisien dan efektif dengan katalis heterogen.
A
Perumusan Masalah
Bagaimana rancangan pengolahan minyak mikroalga Scenedesmus sp
yang efisien dan efektif menjadi biodiesel dengan katalis heterogen ?
Studi Literatur
Tinjauan tentang Scenedesmus Sp
Tinjauan tentang Pembuatan Biodiesel
Tinjauan tentang Katalis Heterogen
12
Gambar 5. Kerangka berpikir penulisan
A
Pembahasan
Rancangan metode proses pembuatan biodiesel dengan bahan bakuScenedesmus sp
Pengambilan Minyak dari Mikroalga Scenedesmus sp
Prosedur Kerja
Uji karakteristik biodiesel dengan katalis heterogen
Luaran yang diharapkan
Menerapkan pembuatan biodiesel dari mikroalga menggunakan katalisheterogen upaya optimalisasi pembuatan biodiesel
13
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1. Analisis
IV.1.1. Rancangan metode proses pembuatan biodiesel dengan
bahan baku Scenedesmus sp
Gambar 6. Alur Proses Pembuatan Biodiesel dari minyak mikroalga Scenedesmus Sp (Kawaroe, 2010)
Mikroalga (dalam berat kering)
Ekstraksi
Dengan n-heksanselama 5-6 jam
Dengan kloroform-metanol-air(1:1:0,9) selama 5-8 jam
Minyak Mikroalga
Karakterisasi
Penentuan bilangan AsamLemak Bebas
TransesterifikasiEsterifikasi
FFA>2%
Crude Biodiesel
FFA<2%
Separasi Sisa Minyak
Metil Ester
Gliserol
Biodiesel SNI
14
Ada beberapa hal yang menjadi keunggulan Scenedesmus sp dijadikan sebagai
bahan baku biodiesel dengan katalis heterogen adalah :
1. Rendemen minyak pada proses ekstraksi yang tinggi sekitar 35-80%
(Kawaroe, 2010).
2. Pemanfaatannya tidak berkompetisi dengan kepentingan pangan.
3. Indonesia sebagai negara kepulauan yang memiliki garis pantai yang
panjang dan jumlah pulau-pulau kecil yang banyak menjadikan negara
ini memiliki potensi yang sangat baik untuk produksi biodiesel dari
mikroalga.
4. Dengan katalis heterogen lebih hemat waktu dan ramah lingkungan
karena jauh lebih mudah pada pemisahan gliserol dan tidak memerlukan
pencucian.
IV.2. Rancangan Metode Pembuatan Biodiesel
1. Pengambilan Minyak dari Mikroalga Scenedesmus sp
Mikroalga yang telah dikeringkan dengan oven bersuhu 105-110oC
akan dimasukan ke dalam alat pemeras mikroalga (presser) untuk diperoleh
minyaknya. Setelah itu, dapat dilakukan proses ekstraksi untuk mengambil
sisa minyak yang tertinggal. Proses ekstraksi dilakukan dengan menggunakan
seperangkat makro soklet dan pelarut n-heksan. Proses ini dijalankan selama
kurang lebih 5-6 jam untuk memperoleh hasil yang maksimal dari mikroalga
(Dayananda et al., 2006).
2. Pembuatan Biodiesel
Prosedur pembuatan biodiesel diawali dengan perhitungan nilai asam
lemak bebas (FFA) dalam crude oil mikroalga. Analisis FFA merupakan salah
satu indikasi kerusakan minyak akibat proses hidrolisis. Dalam proses
hidrolisis, trigliserida dalam minyak akan diubah menjadi asam lemak bebas
dan gliserol akibat adanya air di dalam minyak. Jika kandungan FFA < 2%,
maka proses pembuatan biodiesel hanya melalui tahap transesterifikasi.
15
Sedangkan jika FFA > 2 %, maka pembuatan biodiesel lebih baik dilakukan
dalam 2 tahap, yaitu esterifikasi dan transesterifikasi.
Kapur tohor sebagai katalis heterogen untuk produksi biodiesel.
Sebelum esterifikasi-transesterifikasi CaO diaktifkan terlebih dahulu dengan
menggunakan metanol pada suhu 25oC selama 1,5 jam, sehingga CaO dapat
dikonversi menjadi Ca(OCH3)2 yang menunjukan aktivitas katalik lebih tinggi
dibandingkan CaO yang belum diaktifkan (Kawashima, 2009).
Suhu yang optimal pada saat transesterifikasi menggunakan katalis
heterogen CaO adalah 55oC. Dan menghasilkan yield 98% minyak biodiesel.
Rasio methanol dengan minyak nabati 6:1 dengan 1% katalis dari berat
minyak nabati dan dengan waktu reaksi 2 jam (Veljkovic, 2009).
IV.3. Uji Karakterisasi Biodiesel dengan Katalis Heterogen
Kandungan metil ester pada produksi biodiesel dengan katalis oksida
logam yang dikalsinasi pada suhu dan jenis katalis yang berbeda
menghasilkan metil ester yang berbeda yang disajikan dalam Tabel 4. Kondisi
reaksi pada saat suhu 60oC, dengan katalis 10% dari berat minyak mikroalga,
perbandingan antara methanol dengan minyak 65:1dan direaksikan selama 3
jam (Surbhi, 2010).
Tabel 4. Kandungan Metil Ester Produksi Biodiesel dengan Katalis
Heterogen (Surbhi, 2010)
CatalystOptimum calcination
temperature (oC)Methyl ester
content (wt%)Al2O3 450 0
LiNO3/ γAl2O3 550 93,4NaNO3/γAl2O3 650 95,1KNO3/ γAl2O3 550 94,7
Mg(NO3)2/ γAl2O3 450 10,4Ca(NO3)2/ γAl2O3 450 94,3
16
Pada penelitian lain didapatkan kandungan FAME yang dihasilkan
dengan metode katalis heterogen sebagai berikut :
Tabel 5. kandungan FAME dengan menggunakan CaO sebagai katalis(Martino, 2010)
Reaction temp(oC)
Methanol/oil molarratio
Cat conc(%w/w)
FAME yield(%)
Methanol reflux 4.5:1 0.8 10192 41.1:1 3.0 50
Kandungan FAME pada produksi biodiesel dengan menggunakan CaO
sebagai katalis dengan perbandingan konsentrasi katalis menghasilkan FAME
yang berbeda.
Tabel 6. Kandungan FAME dengan menggunakan MgO sebagai katalis(Martino, 2010)
Surfacearea
Reactiontemp (oC)
Methanol/triglycerides molar
ratio
Reactiontime (h)
Cat conc(% w/w)
FAMEyield (%)
300Methanol
reflux75:1 22 10 64
36 180 12:1 1 5.0 72229 180 12:1 1 5.0 90
Kandungan FAME pada proses produksi biodiesel dengan
menggunakan MgO sebagai katalis dengan perbandingan luas permukaan
menghasilkan FAME yang berbeda.
Pada penelitian lain didapatkan kandungan metil ester pada proses
produksi biodiesel dengan katalis homogen seperti tabel berikut :
Tabel 7. Kandungan Metil Ester dengan Menggunakan Katalis Homogen KOH(Chandra, 2011)
Suhureaksi (oC)
Konsentrasikatalis (% w/w)
Molar metanol: minyak
Yield (%)Metil ester
(%)60 1% 6:1 49 80,22
Tabel diatas menjelaskan kandungan metil ester pada proses produksi
biodiesel dengan menggunakan katalis homogen menghasilkan FAME dengan
jumlah seperti tabel diatas.
17
IV.4. Parameter Karakteristik Biodiesel
Biodiesel dari mikroalga yang dihasilkan dapat dilihat perbandingannya
dengan biodiesel dari katalis lain dan dibandingkan dengan standar baku biodiesel
dari SNI.
Tabel 8. Parameter karakteristik Biodiesel
No. Parameter UjiKatalis
Heterogen(Padil, 2010)
MetanolSuperkritik
(Wayan, 2009)
KatalisHomogen
(Candra, 2011)SNI
1.Berat jenis
kg/m3 860 882 890 850-890
2.Viskositas
mm2/s (cSt)2,44 5,19 3,048 2,3-6,0
3. Titik nyala 0C 110 200 120 Min. 1004. Angka cetane 65,94 47,5 68 Min. 51
5. Angka asam 0,049 0,01 1,88Maks.
0,8
Dari tabel diatas bahwa biodiesel yang dihasilkan semua karakteristiknya
berada dalam rentang standar yang ditetapkan oleh SNI. Menurut Prihandana et al.,
(2006) biodiesel yang memiliki massa jenis melebihi ketentuan akan menghasilkan
reaksi pembakaran tidak sempurna. Sehingga akan meningkatkan emisi dan keausan
mesin. Begitu juga dengan viskositas, dapat dikatakan biodiesel mampu
menghasilkan kinerja injektor mesin diesel dan atomisasi bahan bakar yang lebih
baik. Biodiesel yang memiliki titik nyala yang sesuai dengan ketetapan maka
dinyatakan biodiesel ini aman. Angka setana yang tinggi menunjukkan bahwa
biodiesel dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah sehingga akan mudah
terbakar di dalam silinder pembakaran mesin dan tidak terakumulasi (Prihandana et
al., 2006). Angka asam yang dimiliki biodiesel menyatakan mengandung asam lemak
bebas, dengan demikian biodiesel tersebut menyatakan kekorosifannya. Semakin
tinggi angka asam sifat korosif semakin tinggi.
18
BAB V
PENUTUP
V.1. Kesimpulan
1. Scenedesmus sp dapat dijadikan sebagai bahan baku alternatif pembuatan
biodiesel dengan metode non-katalis, karena memiliki kandungan rendaman
minyak yang tinggi sekitar 35-80 %.
2. Pada pengembangannya proses produksi biodiesel dengan menggunakan
katalis homogen harus diperlukan langkah-langkah pemisahan gliserol dan
pencucian. Produksi biodiesel katalis heterogen lebih ramah lingkungan dan
tidak perlu pencucian dan pemisahan produk jauh lebih mudah.
3. Jenis konsentrasi, suhu, luas permukaan, dan konsentrasi katalis
mempengaruhi hasil kandungan FAME pada proses transesterifikasi.
4. Hasil kandungan FAME pada proses produksi biodiesel dengan menggunakan
katalis heterogen lebih banyak dibandingkan dengan proses produksi biodiesel
dengan menggunakan katalis homogen.
5. Parameter karakteristik hasil produksi biodiesel dengan menggunakan katalis
heterogen lebih baik dari superheated metanol dan katalis homogen.
V.2. Saran
1. Perlu dilakukan pengujian terhadap performa kerja mesin apabila
menggunakan biodiesel dari Scenedesmus sp.
2. Perlunya publikasi, penyuluhan, dan pemanfaatan mikroalga sebagai bahan
baku biodiesel pada masyarakat luas. Menjadi salah satu solusi untuk
mengatasi krisis bahan bakar di Indonesia.
DAFTAR PUSTAKA
Abreu, F.R., Lima, D.G., Hamu, E.H., Einloft, S., Rubim, J.C., Suarez,P.A.Z., 2003. New metal catalysts for soybean oil transesterification.J. Am. Oil Chem. Soc. 80, 601– 604.
Candra, N., Purwanti, E.,. 2011. Kalor Biodiesel Hasil Esterifikasi denganKatalis Asam Sitrat dan Transesterifikasi dengan Katalis KaliumHidroksida Minyak Biji Nyamplung (Calophyllum inophyllum).JurusanKimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam InstitutTeknologi Sepuluh Nopember
Cantrell, D.G., Gillie, L.J., Lee, A.F., Wilson, K., 2005. Structure reactivitycorrelations in MgAl hydrotalcite catalysts for biodiesel synthesis.Appl. Catal. A: Gen. 287, 183–190.
Dalai, A.K., Kulkarni, M.G., Meher, L.C., 2006. Biodiesel productions fromvegetable oils using heterogeneous catalysts and their applications aslubricity additives.IEEEEIC Climate Change Technology Conference,EICCCC art 4057358.
Dayananda, C.; Sarada, R.; Srinivas, P.; Shamala, T.R. and RavishankarG.A.2006. Presence of Methyl branched fatty acids and saturatedhydrocarbon in botryococcene producing strain of Botryococcusbraunii. Acta Physiologiae Plantarum. Vol. 28, no. 3, p.251-256
Djoko, M. 2011. Pemanfaatan Biodiesel dari Limbah Ikan Sebagai AlternatifBahan Bakar Perahu Nelayan. Universitas Diponegoro. Semarang
Granados, M.L., Poves, M.D.Z., Alonso, D.M., Mariscal, R., Galisteo, F.C.,Tost, R.M., et al., 2007. Biodiesel from sunflower oil by using activatecalcium oxide, Appl. Catal. B: Environ. 73, 317–326.
Jitputti, J., Kitiyanan, B., Rangsunvigit, P., Bunyakiat, K., Attanatho, L.,Jenvanitpanjakul, P., 2006. Transesterification of crude palm kernel oiland crude coconut oil by different solid catalysts. Chem. Eng. J. 116,61–66.
Kawaroe, M, P. Tri dan D. Ratih. 2009. Pengembangan kultivasi MikroalgaPenghasil Biofuel di Fotobioreaktor dengan menggunakan Media AirLimbah dan Gas Buang CO2. Prosiding Seminar Hasil-Hasil PenelitianIPB 2009. Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat.Institut Pertanian Bogor.
Kawaroe, M. 2010. MIKROALGA Potensi dan Pemanfaatannya untukProduksi Bio Bahan Bakar. IPB Press ; Bogor : 4-5
Kawashima, A., Matsubara, K., Honda, K., 2009. Acceleration of catalyticactivity of calcium oxide for biodiesel production. Bioresour. Technol.100, 696–700.
Margono, Kusnarjo, Basuki S., Revan. A. 2004. Profil Axial AbsorbsiOksigen dalam Air pada Kolom Gelembung Bersekat Vertikal.Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses. JurusanTeknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang.
Martino D, Riccardo T, Lu P, Elio S. 2008. Heterogeneous Catalysts for BiodieselProduction. Dipartimento di Chimica, UniVersità di Napoli “FedericoII”, Via Cintia 80126 Napoli, Italy, and Guangzhou Institute of EnergyConVersion, Academy of Science, China. 22, 207–217.
Mittelbach M, Pokits B and Silberholz A (1992) Production and fuelproperties of fatty acid methyl esters from used frying oil. In: Liquidfuels from renewable sources: Proc. of an Alternative EnergyConf., St.Joseph. Mich. ASAE. pp: 74– 78.
Padil. 2010. Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa Melalui ReaksiMetanolisis Menggunakan Katalis CaCO3 yang Dipijarkan. JurusanTeknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau.
Surbhi S, Ajay K, Rajendra P, Deepak K. 2010. Biodiesel production usingheterogeneous catalysts. College of Engineering, University ofPetroleum & Energy Studies, Dehradun 248007, India. Research &Development Centre, Indian Oil Corporation Limited, Sector-13,Faridabad 121007, India. 2151–2161
Veljkovic, V.B., Stamenkovic, O.S., Todorovic, Z.B., Lazic, M.L., Skala,D.U., 2009. Kinetics of sunflower oil methanolysis catalyzed bycalcium oxide. Fuel 88,554–1562.
Wayan, I. 2009. Pengembangan Proses Produksi Biodiesel Biji Karet MetodeNon Katalis “Superheated Metanol” pada Tekanan Atmosfir. FakultasTeknik, Universitas Negeri Surabaya, Surabaya.
Xie, W., Huang, X., 2006. Synthesis of biodiesel from soybean oil usingheterogeneous KF/ZnO catalyst. Catal. Lett. 107, 53–59.
Yang, Z., Xie, W., 2007. Soybean oil transesterification over zinc oxidemodified with alkali earth metals. Fuel Process. Technol. 88, 631–638.
LAMPIRAN1.1 Ketua Kelompok
Nama : Indra Riadi
NIM : 21030112120017
Tempat, Tgl Lahir : Sumedang, 26 April 1994
Alamat : Rusunawa Undip
No.HP : 083816566653
E-mail : [email protected]
Latar Belakang Pendidikan :
No Tempat Pendidikan Kota/Negara Kelulusan Bidang
1. SDN Langen Sari Subang/Indonesia 2006 -
2. SMPN 4 Subang Subang/Indonesia 2009 -
3. SMAN 1 Subang Subang/Indonesia 2012 IPA
4. UniversitasDiponegoro
Semarang/Indonesia - TeknikKimia
Prestasi :
Karya Ilmiah yang pernah dibuat :
1. Fungsionalisasi Limbah Cair Industri Tahu Sebagai Media KultivasiMikroalga Spirulina sp
1.2 Anggota Kelompok 1
Nama : Indah Dita Oktaviani
NIM : 21030112120006
Tempat, Tgl Lahir : Ogan Komering Ilir, 10Oktober 1994
Alamat : Jl. Banjarsari Gg Tirtasari No 123 B Tembalang
No.HP : 085697283589
E-mail : [email protected]
Latar Belakang Pendidikan :
No Tempat Pendidikan Kota/Negara Kelulusan Bidang
1. SDN Sukadanau 06 Bekasi/Indonesia 2006 -
2. MTS AL’Imaroh Bekasi/Indonesia 2009 -
3. MA AL’Imaroh Bekasi/Indonesia 2012 IPA
4. UniversitasDiponegoro
Semarang/Indonesia - TeknikKimia
1.3 Anggota Kelompok 2
Nama : Ni Putu Wedha Ramanitya
NIM : 21030112140173
Tempat, Tgl Lahir : Semarang, 4 Juli 1994
Alamat : Jl. Waru Timur II/29 Banyumanik
No.HP : 085640355353
E-mail : [email protected]
Latar Belakang Pendidikan :
No Tempat Pendidikan Kota/Negara Kelulusan Bidang
1. SD ST Antonius 02 Semarang/Indonesia 2006 -
2. SMPN 21 Semarang Semarang/Indonesia 2009 -
3. SMAN 3 Semarang Semarang/Indonesia 2012 IPA
4. UniversitasDiponegoro
Semarang/Indonesia - TeknikKimia