LAPORAN PENDAHULUAN

LABORATORIUM UNIT PROSES

METIL ESTER

Disusun Oleh :

WULAN NOVI ASTUTI (03111003008)

NESSA SELVIANY (03111003014)

ITALIANA HAKIM (03111003050)

GIGIH TEJO PURBOYO (03111003067)

MUHAMMAD EKO WAHYU UTAMA (03111003086)

NAHDIA CHAIRANI (03111003092)

ASISTEN :

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Saat ini pengembangan bahan bakar nabati untuk menggantikan bahan bakar

fosil terus dilakukan. Pengembangan bahan bakar nabati seperti biodiesel dan

bioethanol diharapkan dapat menanggulangi krisis energi yang kini mendera

negara kita. Biofuel akan menggantikan premium, solar, maupun kerosin atau

minyak tanah. Pemerintah menargetkan antara tahun 2009-2010 komposisi

biofuel dan bahan bakar fosil mencapai 15 persen berbanding 85

persen. Kebutuhan nasional untuk bahan bakar nabati sedikitnya 18 miliar liter per

tahun. Akan tetapi, keterbatasan bahan baku menjadi kendala utama karena harus

berbagi dengan berbagai industri lain.

Biodiesel adalah sebuah alternatif untuk bahan bakar diesel berbasis minyak

bumi yang terbuat dari sumber daya terbarukan seperti minyak nabati, lemak

hewan, atau alga. Ia memiliki sifat pembakaran yang sangat mirip dengan diesel

petroleum. Kelebihan biodiesel adalah penggunaan biodiesel melepaskan lebih

sedikit emisi dibandingkan dengan diesel konvensional, sekitar 78% lebih sedikit

dibandingkan dengan diesel konvensional dan tidak mengandung sulfur sehingga

ramah terhadap lingkungan, tidak beracun, merupakan bahan bakar biodegradable

sehingga dapat diuraikan oleh alam dan tidak menjadi limbah yang mencemari

lingkungan. Biodiesel lebih aman dipakai dibandingkan dengan diesel

konvensional karena dapat dengan mudah dicampur dengan diesel konvensional,

dan dapat digunakan di sebagian besar jenis kendaraan saat ini, bahkan dalam

bentuk biodiesel B100 murni. Penggunaan biodiesel dapat membantu mengurangi

ketergantungan kita pada bahan bakar fosil, dan meningkatkan keamanan dan

kemandirian energi. Biodiesel memiliki sifat pelumas yang sangat baik, secara

signifikan lebih baik daripada bahan bakar diesel konvensional, sehingga dapat

memperpanjang masa pakai mesin. Biodiesel juga hanya butuh waktu pengapian

yang relatife singkat dibandingkan dengan diesel konvensional. Namun

kelemahannya biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari jagung yang dapat

menyebabkan kekurangan pangan dan meningkatnya harga pangan. Hal ini bisa

memicu meningkatnya kelaparan di dunia. Biodiesel 20 kali lebih rentan terhadap

kontaminasi air dibandingkan dengan diesel konvensional, hal ini bisa

menyebabkan korosi, filter rusak, pitting di piston, dll.Selain itu, biodiesel murni

memiliki masalah signifikan terhadap suhu rendah. Secara signifikan biodiesel

lebih mahal dibandingkan dengan diesel konvensional. Biodiesel memiliki

kandungan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan diesel

konvensional, sekitar 11% lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar diesel

konvensional. Kemampuan biodiesel yang dapat melepaskan oksida nitrogen yang

dapat mengarah pada pembentukan kabut asap.

Biodiesel terdiri dari asam lemak rantai panjang dengan alkohol terpasang,

sering berasal dari minyak nabati. Hal ini dihasilkan melalui reaksi minyak nabati

dengan alkohol metil atau etil alkohol dengan adanya katalis. Lemak hewani

adalah sumber potensial. Umumnya katalis digunakan adalah kalium hidroksida

(KOH) atau sodium hidroksida (NaOH). Pada prinsipnya, pengolahan minyak

jelantah menjadi biodiesel adalah proses konversi trigliserida menjadi metil atau

etil ester. Biodiesel disebut metil ester jika alkohol yang digunakan adalah

metanol. Jika etanol yang digunakan, disebut etil ester. Proses konversi ini biasa

disebut transesterifikasi. Proses transesterifikasi merupakan reaksi antara minyak

dengan alkohol untuk memutus tiga rantai gugus ester dari tiap cabang

trigliserida. Proses ini pada dasarnya bertujuan mengubah tri, di, mono gliserida

berberat molekul dan berviskositas tinggi yang mendominasi komposisi refined

fatty oil menjadi asam lemak methil ester (FAME). Reaksi pada transesterifikasi

membutuhkan panas sebagai energi dan katalis basa sebagai mediator konversi

agar diperoleh mutu produk reaksi yang tinggi. Pada reaksi ini, bahan baku

misalnya minyak jelantah di konversi menjadi biodiesel yang dapat digunakan

sebagai bahan bakar setelah dicampur dengan petroleum konvensional. Selain itu

proses ini juga menghasilkan gliserin sebagai produk sampingan. Gliserin yang

dihasilkan memiliki kemurnian yang tinggi sehingga dapat dijual juga sebagai

bahan baku produksi untuk diolah menjadi lilin maupun sabun dengan beberapa

proses dan bahan tambahan.

1.2. Tujuan

1) Untuk mengetahui pengaruh rasio reaktan terhadap konversi minyak menjadi

metil ester.

2) Untuk mengetahui pengaruh dari temperatur reaksi terhadap pembentukan

metil ester.

3) Untuk mengetahui pengaruh dari waktu reaksi terhadap pembentukan metil

ester.

4) Untuk mengetahui prinsip dan cara kerja proses pembuatan metil ester.

1.3. Rumusan Masalah

1) Bagaimana metode pengolahan minyak kedelai menjadi bahan bakar

alternatif.

2) Apa yang menjadi pertimbangan untuk menjadi bahan bakar yang dapat

digunakan.

3) Mengapa timbul pemikiran untuk membuat sebuah alternative bahan bakar.

1.4. Manfaat

1) Dapat mengetahui proses pembuatan metil ester dari minyak jelantah

2) Dapat mengetahui pengaruh penggunaan katalis untuk masing-masing reaksi

esterifikasi dan transesterifikasi.

3) Dapat mengetahui cara menghitung laju/kecepatan reaksi pada proses

pembuatan metil ester

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Biodiesel

Biodiesel adalah bioenergi atau bahan bakar nabati yang dibuat dari

minyak nabati, turunan tumbuh-tumbuhan yang banyak tumbuh di Indonesia

seperti kelapa sawit, kelapa, kemiri, jarak pagar, nyamplung, kapok, kacang tanah

dan masih banyak lagi tumbuh-tumbuhan yang dapat meproduksi bahan minyak

nabati (BBN) dan dalam penelitian ini bahan bakar nabati berasal dari minyak

kacang tanah setelah mengalami beberapa proses seperti ekstraksi,

transesterifikasi diperoleh metil ester (biodiesel), kemudian biodiesel dicampur

dengan bahan bakar solar. Hasil campuran itu disebut B10, B20 dengan tujuan

agar bahan bakar B10, B20 ini mempunyai sifat-sifat fisis mendekati sifat-sifat

fisis solar sehingga B10 B20 dapat dipergunakan sebagai pengganti solar.

Biodiesel dapat dibuat dari transesterifikasi asam lemak. Asam lemak dari

minyak lemak nabati direaksikan dengan alkohol menghasilkan ester dan produk

samping berupa gliserin yang juga bernilai ekonomis cukup tinggi. Biodiesel telah

banyak digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Bahan baku biodiesel

yang dikembangkan bergantung pada sumber daya alam yang dimiliki suatu

negara, minyak kanola di Jerman dan Austria, minyak kedelei di Amerika Serikat,

minyak sawit di Malaysia, dan minyak kelapa di Filipina Indonesia mempunyai

banyak sekali tanaman penghasil minyak lemak nabati. Beberapa tanaman yang

potensial untuk bahan baku biodiesel yakni seperti kelapa sawit, jarak (kastroli),

jarak pagar, kapok, nyamplung.

Agar dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar, biodiesel

harus mempunyai kemiripan sifat fisik dan kimia dengan minyak solar. Salah satu

sifat fisik yang penting adalah viskositas. Sebenarnya, minyak lemak nabati

sendiri dapat dijadikan bahan bakar, namun, viskositasnya terlalu tinggi sehingga

tidak memenuhi persyaratan untuk dijadikan bahan bakar mesin diesel.

Perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dengan minyak solar disajikan pada

Tabel 2.

Tabel 2.1 perbandingan sifat fisik dan kimia biodiesel dan solar

Sifat fisik / kimia Biodiesel Solar

Komposisi Ester alkil Hidrokarbon

Densitas, g/ml 0,8624 0,8750

Viskositas, cSt 5,55 4,6

Titik kilat, oC 172 98

Angka setana 62,4 53

Energi yang dihasilkan 40,1 MJ/kg 45,3 MJ/kg

                                              (Sumber : Internasional Biodiesel, 2001)

Dibandingkan dengan minyak solar, biodiesel mempunyai beberapa

keunggulan. Keunggulan utamanya adalah emisi pembakarannya yang ramah

lingkungan karena mudah diserap kembali oleh tumbuhan dan tidak mengandung

SOx. Emisi biodiesel lebih rendah daripada emisi diesel minyak bumi.

Teknologi biodiesel memiliki beberapa kelebihan sebagai berikut :

a. Menguatkan (security of supply) bahan bakar diesel yang independen dalam

negeri.

b. Mengurangi impor BBM atau Automatic Diesel Oil.

c. Meningkatkan kesempatan kerja orang Indonesia di dalam negeri.

d. Meningkatkan kemampuan teknologi pertanian dan industri di dalam negeri.

e. Memperbesar basis sumber daya bahan bakar minyak nabati (BBN).

f. Meningkatkan pendapatan petani kacang tanah.

g. Mengurangi pemanasan global dan pencemaran udara karena biodiesel ramah

lingkungan. (Prakoso, T., 2008)

h. Lebih aman dalam penyimpanan karena titik kilatnya lebih tinggi.

i. Bahan bakunya terbaharukan.

j. Angka cetan tinggi.

2.2. Alkohol

Alkohol digunakan sebagai reaktan dalam reaksi esterifikasi maupun

transesterifikasi. Alkohol yang sering digunakan adalah metanol, etanol, propanol,

dan isopropanol. Dalam skala industri, metanol lebih banyak digunakan karena

harganya lebih murah daripada alkohol yang lain. Alkohol diumpankan dalam

reaksi esterifikasi maupun transesterifikasi dalam jumlah berlebih untuk

mendapatkan konversi maksimum. Pemakaian alkohol yang berlebih tentu saja

menambah biaya produksi pembuatan biodiesel, maka alkohol sisa di daur ulang.

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah

senyawa kimia dengan rumus kimia C H 3OH. Pada keadaan atmosfer, metanol

berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar,

dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol

digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai

bahan aditif bagi etanol industri.

Metanol merupakan cairan polar yang dapat bercampur dengan air,

alkohol – alkohol lain, ester, keton, eter, dan sebagian besar pelarut organik.

Metanol sedikit larut dalam lemak dan minyak . Secara fisika metanol mempunyai

afinitas khusus terhadap karbon dioksida dan hidrogen sulfida. Titik didih metanol

berada pada 64,7oC dengan panas pembentukan (cairan) –239,03 kJ/mol pada

suhu 25oC . Metanol mempunyai panas fusi 103 J/g dan panas pembakaran pada

25oC sebesar 22,662 J/g. Tegangan permukaan metanol adalah 22,1 dyne/cm

sedangkan panas jenis uapnya pada 25oC sebesar 1,370 J/(gK) dan panas jenis

cairannya pada suhu yang sama adalah 2,533 J/(gK). Sebagai alkohol alifatik yang

paling sederhana dengan rumus kimia CH3OH, reaktifitas metanol ditentukan

oleh group hidroksil fungsional. Metanol bereaksi melalui pemutusan ikatan C-O

atau O-H yang dikarakterisasi dengan penggantian group –H atau –OH.

Metanol dapat diproduksi dari dua macam metoda yaitu metoda alamiah

dengan cara ekstraksi atau fermentasi, dan metoda sintesis dengan cara sintesis

gas hidrogen dan karbon dioksida atau oksidasi hidrokarbon atau dengan cara

elektro/radiasi sintesis gas karbon dioksida. Metanol dapat diproduksi dari

berbagai macam bahan baku seperti : gas alam, dan batu bara. Dari hasil

penelitian menunjukkan bahwa metanol paling ekonomis diproduksi dari gas alam

dibanding dari batu bara. Biaya produksi metanol dari gas alam sekitar 0,736

USD/galon sedangkan dari batu bara sekitar 1,277 USD/galon. Perusahaan

penghasil metanol di Indonesia diantaranya adalah Pertamina dan PT. Kaltim

Methanol Industry (PT. KMI) dengan bahan baku gas alam. Pabrik metanol

Pertamina berada di Pulau Bunyu dengan kapasitas produksi 110 juta galon/tahun

sedangkan pabrik metanol PT. KMI berada di Kalimantan Timur dengan kapasitas

produksi sekitar 220 juta galon/tahun. Produksi metanol dari Indonesia

diperuntukan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri antara 167.000 – 834.000

galon per bulan selebihnya dieksport ke Amerika , Korea , Jepang, dan Taiwan .

Saat ini kapasitas produksi metanol dunia diperkirakan sekitar 12,5 milyar galon

(37,5 juta ton) per tahun. Jika dilihat dari jumlah ini maka produksi metanol

Indonesia hanya sekitar 2,67% dari produksi dunia.

2.3. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang dapat mempercepat laju reaksi reaksi kimia

pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu

sendiri. Katalis dapat dibedakan  ke dalam dua golongan utama: katalis homogen

dan katalis heterogen. Katalis homogen adalah senyawa yang memiliki fase sama

dengan reaktan ketika reaksi kimia berlangsung. Katalis homogen merupakan

katalis yang mempunyai fasa sama dengan reaktan dan produk. Penggunaan

katalis homogen ini mempunyai kelemahan yaitu: mencemari lingkungan, dan

tidak dapat digunakan kembali. Contoh Katalis Homogen : Katalis dan pereaksi

berwujud gas, dan katalis dan pereaksi berwujud cair. Sebagian besar reaksi

katalis homogen adalah asam basa, seperti halnya reaksi hidrolisis dari ester atau

mutarotasi glukosa.

Katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan fase zat

yang bereaksi maupun zat hasil reaksi.Katalis heterogen biasanya membutuhkan

pendukung (support), karena pendukung katalis memiliki kekuatan mekanik,

tahan panas, mempunyai kerapatan ruah yang optimal, dan kemampuan pelarutan

fase aktif. Dalam mempelajari katalis asam basa akan diketahui katalisator asam

spesifik, katalisator basa spesifik, katalisator asam umum dan  katalisator basa

umum.

Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau

memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya

terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi

yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk

berlangsungnya reaksi. Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama:

katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada

dalam fase berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang dikatalisinya, sedangkan

katalis homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk

katalisis heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana

pereaksi-pereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-

substrat menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru.

katan atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.

Pada umumnya asam dan basa keras adalah semua yang mungkin

membentuk ikatan ionik seperti Li+, Na+, H+ dan OH. Dalam reaksi

transesterifikasi dengan katalis asam terjadi interaksi antara H+ dari katalis yang

berperan sebagai asam keras dengan basa keras pada trigliserida yaitu gugus

karboksilat. Kestabilan dari interaksi keras-keras dan lunak-lunak harus dibedakan

dengan kekuatan sifat asam atau basa.

Jika dilihat dari mekanisme reaksi maka dapat dilihat adanya gugus

elektrofilik dan ada gugus nukleofilik. Gugus elektrofilik adalah gugus yang

kekurangan elektron sehingga afinitas elektronnya menjadi berkurang contohnya

proton, kation, dan karbon radikal. Sedangkan gugus nukleofilik mempunyai

pasangan elektron bebas yang memiliki kecenderungan bereaksi dengan substrat

yang kekurangan elektron.

Seperti reaksi kimia pada umumnya, pada reaksi esterifikasi dan

transesterifikasi ditambahkan katalis untuk mempercepat laju reaksi dan

meningkatkan perolehan.

2.3.1. Katalis Reaksi Esterifikasi

Reaksi esterifikasi berjalan baik jika dalam suasana asam. Katalis yang

sering digunakan untuk reaksi ini adalah asam mineral kuat, garam, gel silika, dan

resin penukar kation. Asam mineral yang banyak dipakai adalah asam klorida,

asam sulfat, dan asam fosfat. Asam klorida banyak dipakai untuk skala

laboratorium, namun jarang dipakai untuk skala industri karena sangat korosif.

Asam fosfat jarang digunakan sebagai katalis karena memberikan laju reaksi yang

relatif lambat. Asam sulfat paling banyak digunakan dalam industri karena

memberikan konversi tinggi dan laju reaksi yang relatif cepat. Selain asam

mineral, katalis yang sering dipakai adalah resin penukar kation. Keunggulan

katalis ini adalah fasanya yang padat sehingga pemisahannya lebih mudah dan

dapat dipakai berulang. Selain itu, ester yang terbentuk tidak perlu dinetralkan.

Namun, resin penukar kation merupakan katalis yang mahal dibandingkan dengan

asam mineral.

2.3.2. Katalis Reaksi Transesterifikasi

Katalis yang sering digunakan untuk reaksi transesterifikasi yaitu alkali,

asam, atau enzim. Penggunaan enzim masih belum umum dibandingkan alkali dan

basa karena harganya mahal dan belum banyak penelitian yang membahas kinerja

katalis ini. Alkali yang sering digunakan yaitu natrium metoksida (NaOCH3),

natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), kalium metoksida,

natrium amida, natrium hidrida, kalium amida, dan kalium hidrida (Sprules and

Price, 1950). Natium hidroksida dan natrium metoksida merupakan katalis yang

paling banyak digunakan. Natrium metoksida lebih efektif dibandingkan natrium

hidroksida (Fredman et. al., 1984; Hartman, 1956) tetapi harganya lebih mahal

dan beracun. Untuk perbandingan molar alkohol dan asam lemak 6:1, perolehan

ester untuk NaOH 1% dan NaOCH3 0,5% hampir sama setelah direaksikan selama

60 menit Namun, pada perbandingan molar alkohol dan asam lemak 3:1, katalis

natrium metoksida menunjukkan hasil yang lebih baik (Fredman et. al., 1984).

Kalium hidroksida (KOH) mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan

dengan katalis lainnya. Pada akhir proses, KOH yang tersisa dapat dinetralkan

dengan asam fosfat menjadi pupuk (K3PO4) sehingga proses produksi biodiesel

dengan katalis KOH tidak menghasilkan limbah cair yang berbahaya bagi

lingkungan. Selain itu, KOH dapat dibuat dari abu pembakaran limbah padat

pembuatan minyak nabati. Asam yang dapat digunakan diantaranya asam sulfat

(H2SO4), asam fosfat, asam klorida, dan asam organik. Katalis asam yang paling

banyak banyak dipakai adalah asam sulfat.

Pada kondisi operasi yang sama, katalis alkali jauh lebih cepat daripada

katalis asam (Fredman et. al., 1984). Alkali dapat memberikan perolehan yang

tinggi untuk waktu reaksi sekitar 1 jam sedangkan asam baru memberikan

perolehan ester yang tinggi setelah bereaksi selama 3-48 jam. Pada alkali

perolehan ester akan memuaskan untuk perbandingan molar alkohol dan asam

lemak 6:1 sedangkan pada asam baru memberikan perolehan ester yang

memuaskan untuk perbandingan molar alkohol dan asam lemak 30:1. Tetapi,

katalis alkali tidak mengizinkan adanya kandungan asam lemak bebas dalam

jumlah besar pada reaktan karena akan terjadi reaksi penyabunan. Oleh karena itu,

untuk minyak nabati yang banyak mengandung asam lemak bebas dan air maka

penggunaan katalis asam patut dipertimbangkan.

2.4. Reaksi Pembuatan Biodiesel

Ester dapat dibuat dari minyak lemak nabati dengan reaksi esterifikasi atau

transesterifikasi atau gabungan keduanya.

2.4.1. Reaksi Esterifikasi

Reaksi esterifikasi merupakan reaksi antara asam lemak bebas dengan

alkohol membentuk ester dan air. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi endoterm,

sehingga memerlukan pasokan kalor dari luar. Temperatur untuk pemanasan tidak

terlalu tinggi yaitu 55-60 oC (Kac, 2001). Secara umum reaksi esterifikasi adalah

sebagai berikut :

Asam lemak bebas          alkohol                             ester alkil                  air

Reaksi esterifikasi dapat dilakukan sebelum atau sesudah reaksi

transesterifikasi. Reaksi esterifikasi biasanya dilakukan  sebelum reaksi

transesterifikasi jika minyak yang diumpankan mengandung asam lemak bebas

tinggi (>0.5%). Dengan reaksi esterifikasi, kandungan asam lemak bebas dapat

dihilangkan dan diperoleh tambahan ester.

Dalam ilmu kimia, ester adalah campuran organik dengan simbol R’ yang

menggantikan suatu atom hidrogen atau lebih. Ester juga dibentuk dengan asam

yang tidak tersusun teratur; sebagai contoh, dimetil sulfat yang juga disebut asam

belerang, dimethyl ester. Reaksi esterifikasi adalah suatu reaksi antara asam

karboksilat dan alkohol membentuk ester. Turunan asam karboksilat membentuk

ester asam karboksilat. Ester asam karboksilat ialah suatu senyawa yang

mengandung gugus -CO2 R dengan R dapat berupa alkil maupun aril. Esterifikasi

dikatalisis asam dan bersifat dapat balik.

Penamaan ester hampir menyerupai dengan penamaan basa, walaupun

tidak benar-benar mempunyai kation dan anion, namun memiliki kemiripan dalam

sifat lebih elektropositif dan keelektronegatifan. Suatu ester dapat dibuat sebagai

produk dari suatu reaksi pemadatan pada suatu asam (pada umumnya suatu asam

organik) dan suatu alkohol ( atau campuran zat asam karbol), walaupun ada cara-

cara lain untuk membentuk ester. Pemadatan adalah suatu jenis reaksi kimia di

mana dua molekul bekerja sama dan menghapuskan suatu molekul yang kecil,

dalam hal ini dua gugus OH yang merupakan hasil eliminasi suatu molekul air.

Suatu reaksi pemadatan untuk membentuk suatu ester disebut esterifikasi.

Esterifikasi dapat dikatalis oleh kehadiran ion H+. Asam belerang sering

digunakan sebagai sebagai suatu katalisator untuk reaksi ini. Nama ester berasal

dari Essig-Äther Jerman, sebuah nama kuno untuk menyebut etil asam cuka ester

(asam cuka etil). Ester dapat dibuat oleh suatu reaksi keseimbangan antara suatu

alkohol dan suatu asam karbon. Ester dinamai menurut kelompok alkil dari

alkohol dan kemudian alkanoat (bagian dari asam karbon). Sebagai contoh, reaksi

antara metanol dan asam butir menghasilkan ester metil butir C3H7-COO-CH3

seperti halnya air. Yang paling sederhana adalah H-COO-CH3,metil metanoat.

Karena ester dari asam yang lebih tinggi, alkana menyebut dengan - oat pada

akhiran. Secara umum Ester dari asam berbau harum meliputi benzoat seperti

metil benzoat.

Laju esterifikasi suatu asam karboksilat bergantung pada halangan sterik

dalam alkohol dan asam karboksilatnya. Kuat asam dari asam karboksilat hanya

memainkan peranan kecil dalam laju pembentukkan ester. Seperti kebanyakan

reaksi aldehida dan keton, esterifikasi suatu asam karboksilat berlangsung melalui

serangkaian tahap protonasi dan detonasi. Oksigen karbonil diprotonasi, alkohol

nukleofilik menyerang karbon positif dan eliminasi air akan menghasilkan ester.

Proses esterifikasi dengan asam fosfat yang berlangsung dalam tubuh kita disebut

juga proses fosforilasi dengan bantuan enzim esterase yang mampu memecah

ikatan ester dengan cara hidrolisis.

Ester diturunkan dari asam karboksilat. Sebuah asam karboksilat

mengandung gugus -COOH, dan pada sebuah ester hidrogen di gugus ini

digantikan oleh sebuah gugus hidrokarbon dari beberapa jenis. Disini kita hanya

akan melihat kasus-kasus dimana hidrogen pada gugus -COOH digantikan oleh

sebuah gugus alkil, meskipun tidak jauh beda jika diganti dengan sebuah gugus

aril (yang berdasarkan pada sebuah cincin benzen).

2.4.2. Reaksi Transesterifikasi

Reaksi Transesterifikasi sering disebut reaksi alkoholisis, yaitu reaksi

antara trigliserida dengan alkohol menghasilkan ester dan gliserin. Alkohol yang

sering digunakan adalah metanol, etanol, dan isopropanol. Transesterifikasi adalah

proses transformasi kimia molekul trigliserida yang besar, bercabang dari minyak

nabati dan lemak menjadi molekul yang lebih kecil, molekul rantai lurus, dan

hampir sama dengan molekul dalam bahan bakar diesel. Minyak nabati atau

lemak hewani bereaksi dengan alkohol (biasanya metanol) dengan bantuan katalis

(biasanya basa) yang menghasilkan alkil ester (atau untuk metanol, metil ester).

Tidak seperti esterifikasi yang mengkonversi asam lemak bebas  menjadi

ester, pada transesterifikasi yang terjadi adalah mengubah trigliserida menjadi

ester. Perbedaan antara transesterifikasi dan esterifikasi menjadi sangat penting

ketika memilih bahan baku dan katalis. Transesterifikasi dikatalisis oleh asam atau

basa, sedangkan esterifikasi, bagaimanapun hanya dikatalisis oleh asam. Pada

transesterifikasi, reaksi saponifikasi yang tidak diinginkan bisa terjadi jika bahan

baku mengandung asam lemak bebas yang mengakibatkan terbentuknya sabun.

merekomendasikan bahan baku yang mengandung kurang dari 0,5% berat asam

lemak saat menggunakan katalis basa untuk menghindari pembentukan sabun. 

Berikut ini adalah tahap-tahap reaksi transesterifikasi :

trigliserida  

            alkohol                   digliserida                      ester

digliserida    

        alkohol                       monogliserida            ester  

monogliserida         alkohol                         gliserin                    ester

Secara keseluruhan reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut :

Trigliserida             3 (alkohol)                  gliserin              3 (ester)

Trigliserida bereaksi dengan alkohol membentuk ester dan gliserin. Kedua

produk reaksi ini membentuk dua fasa yang mudah dipisahkan. Fasa gliserin

terletak dibawah dan fasa ester alkil diatas. Ester dapat dimurnikan lebih lanjut

untuk memperoleh biodiesel yang sesuai dengan standard yang telah ditetapkan,

sedangkan gliserin dimurnikan sebagai produk samping pembuatan biodiesel.

Gliserin merupakan senyawaan penting dalam industri. Gliserin banyak

digunakan sebagai pelarut, bahan kosmetik, sabun cair, dan lain-lain.

Transesterifikasi trigliserida dengan katalis basa homogen merupakan

aspek kimia biodiesel yang paling penting. Spesies reaktif dalam transesterifikasi

menggunakan katalis basa homogen alkoksida yang terbentuk ketika alkohol dan

katalis bereaksi. Alkoksida yang sangat reaktif kemudian terlibat dalam serangan

nukleofilik pada gugus karbonil dari asam lemak sehingga memungkinkan

serangan nukleofilik oleh alkohol melalui oksigen yang bersifat elektronegatif. 

Alkohol yang paling umum digunakan adalah metanol dan etanol,

terutama metanol, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi

(sehingga reaksinya disebut metanolisis). Produk yang dihasilkan (jika

menggunakan metanol) lebih sering disebut sebagai metil ester asam lemak (fatty

acid methyl ester/FAME) daripada biodiesel, sedangkan jika etanol yang

digunakan sebagai reaktan, maka akan diperoleh campuran etil ester asam lemak

(fatty acid ethyl ester/FAEE). Dengan minyak berbasis bio (minyak nabati) maka

hubungan stoikiometrinya memerlukan 3 mol alkohol per mol TAG (3:1), tetapi

reaksi biasanya membutuhkan alkohol berlebih berkisar 6:1 hingga 20:1,

tergantung pada reaksi kimia untuk transesterifikasi katalis basa dan 50:1 untuk

transesterifikasi katalis.

Laju reaksi transesterifikasi sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi.

Umumnya reaksi dilakukan pada suhu yang dekat dengan titik didih metanol (60-

70oC) pada tekanan atmosfer. Dengan menaikkan lagi dari suhu tersebut, maka

akan lebih banyak lagi metanol yang hilang atau menguap. Pada prinsipnya,

pembuatan biodiesel didasarkan kepada proses transesterifikasi trigliserida

menjadi metil ester (biodiesel). Dalam reaksinya terjadi penggantian

gugus alkohol dari ester dengan alkohol lain. Pada umumnya, alkohol yang

digunakan dalam proses transesterifikasi adalah metanol. Selain itu, untuk

mempercepat terjadinya reaksi, digunakan pula katalis NaOH. Pada proses

transesterifikasi ini dihasilkan juga gliserol yang menjadi produk samping dalam

pembuatan biodiesel ini.

Faktor utama yang mempengaruhi rendemen metil ester yang dihasilkan

pada reaksi transesterifikasi adalah rasio molar antara trigliserida dan alkohol,

jenis katalis yang digunakan, suhu reaksi, waktu reaksi, kandungan air, dan

kandungan asam lemak bebas. Besarnya kandungan asam lemak yang terkandung

dalam trigliserida bergantung pada penggunaan minyak jelantah dalam

penggorengan. Penggunaan minyak jelantah bekas penggorengan bahan makanan

yang mengandung banyak lemak atau protein akan meningkatkan kandungan

asam lemak dalam trigliserida yang akan mempengaruhi reaksi.

Selain itu, suhu yang terlalu tinggi pada saat proses transesterifikasi bisa

menyebabkan minyak berbusa karena terjadi reaksi penyabunan yang disebabkan

oleh NaOH yang bereaksi dengan minyak pada suhu tinggi. Umumnya suhu

reaksi ideal pada transesterifikasi ini antara 50o-60oC. Selain itu, proses pemurnian

dan penyaringan juga bisa mengurangi jumlah metil ester yang dihasilkan.

Proses bleaching yang terlalu lama bisa menyebabkan minyak dan airteremulsi

dan sulit dipisahkan karena antara asam lemak, minyak, dan air akan saling

terikat.

Pada proses akhir (purifikasi) dimana metil ester dipanaskan, akan terjadi

penguapan air dan sisa metanol yang tidak ikut bereaksi. Metanol dan air ini perlu

dihilangkan untuk mencegah kerusakan mesin ketika proses pembakaran biodiesel

dalam mesin. Metil ester yang baik memiliki pH netral (6-8). pH yang terlalu

asam atau basa bisa menyebabkan kerusakan pada tangki bahan bakar apabila

biodiesel ini digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.

Gambar 2.4.2. Diagram Pembuatan Biodiesel dari Biji Jarak

Untuk menaikkan status ekonomi dan fungsi gliserol sekaligus

mengurangi kelebihan produksi, konversi menjadi akrolein, propilen glikol, 1,3-

propanediol, asam gliserik, maupun gliserol karbonat adalah sekian cara yang

telah dikembangkan. Khususnya gliserol karbonat (hydroxymethyl dioxolanone),

senyawa turunan gliserol ini paling menarik perhatian karena memiliki kegunaan

yang cukup beragam mulai dari elastomer, surfaktan, perekat, tinta, cat, pelumas,

and elektrolit.  Senyawa ini juga merupakan zat antara (intermediet) penting dari

polikarbonat, poliester, poliuretan, dan poliamide.

Sampai saat ini gliserol karbonat dibuat melalui reaksi gliserol dengan

fosgen. Fosgen merupakan zat yang sangat beracun dan korosif sehingga proses

tadi sangat jauh dari konsep kimia hijau. Oleh karena itu dipikirkan cara yang

lebih hijau yaitu reaksi transesterifikasi gliserol dengan dialkil karbonat atau etilen

karbonat menggunakan katalis basa, misalnya NaOH atau Na2CO3. Penelitian

terkini banyak memusatkan perhatian pada optimasi sistem katalis yang semula

berupa katalis basa homogen (larut bersama pereaksi) beralih menjadi katalis basa

heterogen (tidak larut) dengan alasan kenyamanan proses pemisahan dan

pendaurulangan.

2.5. Pengotor

Pengotor yang ada dalam biodiesel diantaranya gliserin, air, dan alkohol

sisa. Pemisahan pengotor dilakukan untuk mendapatkan biodiesel yang memenuhi

kriteria untuk dijadikan bahan bakar.

2.5.1. Gliserin

Gliserin dan ester membentuk dua fasa yang tidak saling larut. Gliserin

yang berada di lapisan bawah karena densitasnya lebih besar dari ester. Pemisahan

gliserin dari ester dapat dilakukan dengan cara dekantasi. Gliserin merupakan

produk samping proses pembuatan biodiesel yang bernilai ekonomis tinggi yang

dapat dijual dalam keadaan mentah (crude glycerin) atau  gliserin yang telah

dimurnikan. Pemurnian gliserin akan lebih sulit jika terbentuk sabun hasil reaksi

asam lemak bebas dengan basa.

2.5.2. Air

Salah satu produk samping reaksi esterifikasi adalah air. Air harus

dihilangkan sebelum reaksi transesterifikasi. Pemisahan air ini dapat dilakukan

dengan penguapan atau menggunakan absorber. Pemisahan air dengan penguapan

lebih banyak dilakukan dalam industri biodiesel karena lebih murah. Air menjadi

sulit dipisahkan jika terdapat sabun hasil reaksi asam lemak bebas dengan basa.

Air berikatan dengan sabun dan gliserin sehingga pemisahannya menjadi sulit.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam percobaan yaitu :

1. Erlemeyer 250 ml

2. Labu distilasi

3. Gelas ukur

4. Termometer

5. Alat titrasi

6. Beker Gelas

7. Magnetic stirrer

8. Spatula

9. Corong Pemisah

10. Pipet tetes

Bahan yang digunakan dalam percobaan yaitu :

1. Minyak Goreng baru 1 L

2. Minyak Jelantah 1 L

3. NaOH padat

4. NaOH 0,1 M

5. Aquadest

3.2. Prosedur Percobaan

1. Timbang minyak jelantah sebanyak 100 gram, lalu panaskan di atas hot plate

yang dilengkapi kondensor sampai 70 ºC, jaga suhu agar stabil.

2. Reaksikan katalis NaOH pellet 1 gram ke dalam 58,32 gram etanol dengan

menggunakan magnetic stirrer dan panaskan.

3. Campurkan katalis ke dalam minyak yang dipanaskan. Panaskan sampai 30

menit dan suhu tetap 70 ºC. (Proses transesterifikasi)

4. Setelah 30 menit, minyak dimasukkan ke dalam corong pemisah. Diamkan

semalaman. Akan terbentuk dua fasa.

5. Pisahkan Etil ester yang terbentuk dengan gliserol yang berwarna lebih gelap

dengan pencucian sebanyak 3 kali.

6. Untuk uji % FFA, 5 gram minyak jelantah di campurkan dengan atanol

sebanyak 50 ml dan 3 tetes indikator PP. Titrasi dengan menggunakan larutan

NaOH 0,5 M.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Transesterifikasi. Sumber (Online)

https://id.answers.yahoo.com/question/index?

qid=20080805212730AAni9bK. Diakses tanggal 5 September 2014

Anonim. 2014. Metanol. Sumber (Online)

http://www.batan.go.id/mediakita/current/mediakita.php?group=Artikel

%20Lepas&artikel=tk1&hlm=2. Diakses tanggal 5 September 2014

Idra. 2014. Transesterifikasi. Sumber (Online) http://herlinaidra.blogspot.com/

2014/03/reaksi-transesterifikasi-pada-pembuatan.html. Diakses tanggal 5

September 2014

Izhar. 2013. Transesterifikasi pembentukan biodisel. Sumber (Online)

http://izhar.blog.teknikindustri.ft.mercubuana.ac.id/?p=207. Diakses

tanggal 5 September 2014

Prawito. 2014. Biodiesel. Sumber (Online) http://chemical-

engineer.digitalzones.com/biodiesel.html. Diakses tanggal 5 September

2014

Sarumpaet, Pahala. 2011. Apa itu Biodiesel? Sumber (Online)

http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2011/12/20/apa-itu-biodiesel

423535.html. Diakses tanggal 5 September 2014