indra riadi_universitas diponegoro

28
IMEC 2013 INNOVATIVE MATERIALS ENGINEERING COMPETITION OPTIMALISASI PROSES PRODUKSI BIODIESEL DENGAN KATALIS HETEROGEN BERBAHAN BAKU MINYAK MIKROALGA SCENEDESMUS SP DALAM UPAYA MENUJU SWASEMBADA ENERGI TERBARUKAN TIM Indra Riadi 21030112120017 Indah Dita Oktaviani 21030112120006 Ni PutuWedha Ramanitya 21030112140173 UNIVERSITAS DIPONEGORO TEKNIK KIMIA 2013

Upload: indra-riadi

Post on 26-Nov-2015

71 views

Category:

Documents


1 download

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