Pemanfaatan Limbah Biji Alpukat Sebagai Sumber Energi Alternatif Biodiesel [PDF]

Citation preview

PROPOSAL PEMANFAATAN LIMBAH BIJI ALPUKAT SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF BIODIESEL MELALUI PROSES TRANSESTERIFIKASI Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Pengolahan Limbah Industri



NUR RIZKY INAYAH / 09220200078



JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2020



DAFTAR ISI DAFTAR ISI................................................................................................... i KATA PENGANTAR......................................................................................iii BAB I PENDAHULUAN.................................................................................I-1 1.1 Latar Belakang............................................................................................I-1 1.2 Rumusan Masalah.......................................................................................I-2 1.3 Tujuan.........................................................................................................I-2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................II-1 2.1 Biji Alpukat................................................................................................II-1 2.2 Biodiesel.....................................................................................................II-2 2.3 Proses Pembuatan Biodiesel.......................................................................II-3 BAB III METODE PENELITIAN...................................................................III-1 3.1 Alat.............................................................................................................III-1 3.2 Bahan..........................................................................................................III-1 3.3 Variabel Penelitian......................................................................................III-3 3.4 Diagram Alir...............................................................................................III-3 BAB IV PENUTUP..........................................................................................IV-1 4.1 Kesimpulan.................................................................................................IV-1 4.2 Saran...........................................................................................................IV-1 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................V



ii



KATA PENGANTAR



Puji syukur Kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberi rahmat dan hidayahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal Pemanfaatan Limbah Biji Alpukat Sebagai Sumber Energi Alternatif Biodiesel Melalui Proses Transesterifikasi, sebagaimana pemenuhan tugas mata kuliah Pengolahan Limbah Industri. Dalam penulisan tugas ini, penulis banyak mengalami kesulitan dan hambatan. Namun, berkat arahan dari semua pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan proposal ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada teman-teman, terutama Orang tua yang telah memberikan dorongan moril dan materil. Penulis sangat bersyukur telah menyelesaikan proposal ini. Besar harapan penulis semoga proposal ini dapat berjalan sesuai dengan rencana dan dapat bermanfaat bagi kita semua.



Bontang, 27 November 2020



Penulis



iii



I-1



PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kehidupan manusia tidak pernah bisa lepas dari kebutuhan energi. Selama ini masyarakat Indonesia hanya menggantungkan kebutuhan energi BBM bersumber pada energi minyak yang terbuat dari fosil. Padahal, cadangan energi fosil di Indonesia dan dunia semakin hari semakin berkurang, sedangkan kebutuhannya terus meningkat. Perkiraan ekstream menyebutkan, minyak bumi di Indonesia dengan tingkat konsumsi seperti saat ini akan habis dalam waktu 10-15 tahun lagi. Fakta lain juga menyebutkan, bahwa Indonesia sudah menjadi net importir minyak (solar) dari tahun 2005 (Susilo, 2006). Permasalahan dengan salah satu alternatif untuk mengatasi masalah akan kelangkaan BBM adalah dengan memanfaatkan sumber daya alam yang melimpah, salah satunya adalah biji buah alpukat (avocado seeds). Biodiesel adalah salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan, tidak mempunyai efek terhadap kesehatan yang dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor yang dapat menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel terbuat dari minyak nabati yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Bahan baku yang berpotensi sebagai bahan baku pembuat biodiesel antara lain kelapa sawit, kedelai, jarak pagar, alpukat dan beberapa jenis tumbuhan lainnya. (Wikipedia, 2007). Salah satu sumber bahan baku biodiesel adalah buah alpukat. Bahan yang digunakan terletak pada biji dari buah alpukat. Menurut Prasetyowati, biji alpukat mengandung 15 - 20 % minyak. Kandungan minyak biji alpukat lebih tinggi bila dibandingkan dengan tanaman-tanaman seperti kedelai, jarak, biji bunga matahari dan kacang tanah. Namun, kandungan minyak alpukat masih lebih rendah bila dibandingkan dengan kelapa sawit. Pemanfaatan biji alpukat hingga saat ini hanya digunakan sebagai obat penghilang stress dan belum dimanfaatkan untuk yang lainnya padahal biji alpukat memiliki kandungan fatty acid methyl ester sebagai bahan baku pembuatan biodiesel (Hidayat, 2007).



I-2



The National Biodiesel Foundation (NBF) telah meneliti buah alpukat sebagai bahan bakar sejak 1994 dan mengungkapkan bahwa biji alpukat mengandung lemak nabati yang tersusun dari senyawa alkil ester. Bahan ester tersebut memiliki komposisi yang sama dengan bahan bakar diesel, bahkan nilai angka setana yang dimiliki oleh biji alpukat lebih baik jika dibandingkan dengan solar sehingga gas buangnya menjadi lebih ramah lingkungan (Hidayat, 2007). Hal inilah yang melatarbelakangi penulis dalam mengajukan proposal tentang potensi pemanfaatan biji alpukat. Melimpahnya limbah biji alpukat dapat dimanfaatkan secara maksimal dengan memanfaatkan limbah biji alpukat sebagai bahan baku pembuatan biodiesel melalui proses transesterifikasi. 1.2 Rumusan Masalah 1.2.1



Bagaimana cara memanfaatkan limbah biji alpukat menjadi Biodiesel?



1.2.2



Berapa perbandingan minyak dan metanol yang digunakan agar memperoleh rendemen biodiesel yang maksimal?



1.3 Tujuan 1.3.1



Mengetahui cara memanfaatkan limbah biji alpukat menjadi Biodiesel



1.3.2



Mengetahui perbandingan minyak dan metanol yang sesuai agar memperoleh rendemen biodiesel yang maksimal



II-1



TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biji Alpukat Buah alpukat mengandung 84% asam lemak tidak jenuh, termasuk oleat dan linoleat. Biji bulat seperti bola, diameter 2,5 – 5 cm, keeping biji putih berwarna kemerahan. Hamper setiap bagian dari pohon alpukat memiliki manfaat. Biji alpukat biasanya digunakan sebagai obat atau dalam industri pakaian. Biji alpukat juga ternyata dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel karena mengandung lemak nabati yang tersusun dari senyawa yang dapat menghasilkan minyak. Biji alpukat merupakan bahan biomassa yang mengandung trigliserida dan asam lemak bebas (FFA). Minyak biji alpukat memiliki kandungan asam lemak (FFA) yang rendah yaitu 0,367% sehingga dapat dijadikan biodiesel dengan proses transesterifikasi. Kandungan asam lemak yang tinggi dapat menyebabkan pembentukan sabun yang dapat menghambat proses transesterifikasi (Marheni & Setyoningrum, 2010). Komposisi asam lemak minyak biji alpukat dapat dilihat pada tabel II.1 Tabel II.1. Komposisi Asam Lemak Minyak Biji Alpukat (Rachimoellah, 2009) Asam Lemak



%



Palmetic acid



11,85



Palmitoleic acid



3,98



Stearic acid



0,87



Oleic acid



70,54



Linoleic acid



9,45



Linolenic acid



0,87



Eliosenoic acid



0,39



Behenic acid



0,61



Jumlah total asam lemak



98,56



II-1



II-2



2.2 Biodiesel Biodiesel diartikan sebagai bioenergi atau bahan bakar nabati yang dibuat dari minyak nabati, baik minyak baru maupun bekas melalui proses esterfikasi, transesterfikasi atau esterifikasi-transesterifikasi (Hambali et al., 2007). Biodiesel secara kimiawi dinyatakan sebagai monoalkil ester dari asam lemak rantai Panjang yang bersumber dari golongan lipida (Darnoko et al., 2001). Monoalkil ester dapat berupa metil ester atau etil ester yang merupakan senyawa yang relative stabil, berwujud cair pada temperature ruang (titik leleh antara 4-18 0C), titik didih rendah dan tidak korosif. Metil ester lebih stabil secara pirolitik dalam proses distilasi fraksional dan lebih ekonomis sehingga lebih disukai dibandingkan etil ester (Sonntag, 1982). Standar biodiesel tidak membedakan bahan dasar yang digunakan dalam memproduksi biodiesel. Kualitas biodiesel sebagai produk bahan bakar mesin diesel ditentukan oleh beberapa parameter, antara lain massa jenis, viskositas, titik nyala, titik tuang, residu karbon, korosi lempeng tembaga. Persyaratan mutu biodiesel di Indonesia sudah dibakukan dalam SNI-04-7182-2006. Terlihat pada tabel II.2. Tabel II.2. Spesifikasi Biodiesel (BSN, 2006)



II-3



2.3 Proses Pembuatan Biodiesel Pada proses pembuatan biodiesel rekayasa proses dilakukan untuk mengubah karakteristik minyak nabati sehingga memiliki viskositas yang lebih rendah dan memiliki kemiripan dengan karakteristik petrodiesel dan biodiesel. Teknologi proses produksi biodiesel secara konvensional umumnya dilakukan dengan melakukan



beberapa



Langkah.



Langkah-langkah



yang dilakukan



dalam



pembentukan biodiesel dijelaskan dibawah ini. 2.3.1 Perolehan minyak dengan Solvent Extraction Ekstraksi adalah suatu cara untuk mendapatkan minyak dari bahan yang diduga mengandung minyak. Prinsip dari proses ini adalah ekstraksi dengan melarutkan minyak dalam pelarut minyak. Pelarut minyak yang digunakan dalam proses ekstraksi yaitu pelarut organic yang mudah menguap seperti petroleum eter, benzene, karbin tetraklorida, dan n-heksana (Ketaren, 1986). 2.3.2 De-gumming Komponen utama yang terkandung dalam gum, yang harus dipisahkan adalah fosfatida. De-gumming merupakan suatu proses pemisahan getah yang terdiri dari fosfatida, protein, karbohidrat dan air tanpa mengurangi jumlah asam lemak bebas dalam minyak. Proses dilakukan dengan menambahkan asam mineral pekat (umumnya menggunakan 0,1 – 0,4 %berat H3PO4) ke minyak yang disertai dengan pemanasan antara suhu 90 – 110 0C. Pada suhu tersebut kekentalan minyak akan berkurang sehingga gum mudah terpisah dari minyak (Karen, 1986). 2.3.3 Transesterifikasi Transesterifikasi adalah tahap konversi trigliserida menjadi alkil ester melalui reaksi dengan alcohol dan menghasilkan produk samping gliserol. Proses ini dilakukan pada minyak nabati yang memiliki kandungan FFA yang rendah seperti minyak biji bintaro dan jarak pagar. Katalis yang sering digunakan pada proses transesterifikasi adalah katalis basa seperti NaOH, KOH, NaOCH3 dan KOCH3.



II-4



Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi yang bersifat reversible dengan kalor reaksi kecil (Prihandana, 2006). Pergeseran reaksi produk biasanya dilakukan dengan menggunakan alcohol berlebih. Methanol, etanol, propanol dan butanol banyak digunakan dalam reaksi ini (Freedman et al., 1984). Pelarut methanol lebih sering digunakan karena harganya lebih murah dibandingkan dengan alkohol jenis lainnya dan dapat bereaksi cepat dengan trigliserida serta dapat melarutkan katalis asam dan basa. Selain itu, secara fisika dan kimia methanol bersifat polar dan memiliki rantai paling pendek. Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa harus dilakukan pada minyak yang bersih, bebas air dan tidak mengandung katalis. Mekanisme reaksi transesterifikasi



(Freedman et al., 1984) adalah sebagai berikut. Transesterifikasi merupakan reaksi yang berlangsung dalam 3 tahap. Pertama, trigliserida (TG) dihirolisis menjadi digliserida (DG), selanjutnya trigliserida dihidrolisis menjadi monogliserida (MG) yang akhirnya membentuk alkil ester dan gliserol (Darnoko, 2001). Ketiga reaksi tersebut disajikan sebagai berikut. Proses konversi pada reaksi transesterifikasi dipengaruhi oleh faktor internal dan eskternal. Faktor internal merupakan kondisi yang berasal dari minyak, seperti kadar air dan asam lemak bebas. Sedangkan faktor eksternal merupakan kondisi yang berasal dari luar bahan, seperti suhu reaksi, waktu reaksi, kecepatan pengadukan, rasio metanool dan jenis katalis yang digunakan (Freedman et al., 1984). Proses transesterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya sebagai berikut : -



Suhu minyak (sebelum dilakukan transesterifikasi



II-5



Suhu minyak sebelum dicampur dengan katalis dan metanol sangat berpengaruh pada reaksi. Jika pemanasan pada minyak melebihi 60 0C akan menyebabkan hilangnya methanol pada proses batch karena metanol akan menguap (Prawitasari & Lestari, 2009). -



Suhu reaksi Laju reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu reaksi. Secara umum, reaksi akan mendekati titik didih metanol pada tekanan atmosfer.



-



Rasio alkohol terhadap minyak Variabel lain yang berpengaruh besar pada pembentukan yield pada biodiesel adalah perbandingan volume alkohol terhadap volume minyak. Perbandingan volume alkohol yang lebih besar terhadap minyak akan berpengaruh pada pemisahan gliserol. Hal ini menunjukkan bahwa rasio yang lebih rendah akan menbutuhkan waktu yang lebih lama untuk membentuk



biodiesel



dengan



yield



yang



lebih



tinggi.



Dengan



perbandingan volume yang lebih besar akan meningkatkan konversi tetapi akan mempersulit proses pemisahan gliserol yang terbentuk dari hasil samping reaksi. -



Jenis reaksi KOH dan NaOH sering digunakan sebagai katalis basa. Penambahan konsentrasi katalis basa pada range 0,1% - 1% berat, memberikan yield sampai 94-99% konversi minyak nabati dalam membentuk ester. Meskipun campuran antara alkohol dengan minyak yang digunakan bebas air, namun sejumlah air akan dihasilkan dalam sistem dari reaksi hidroksida dengan alkohol. Keberadaan air mengakibatkan meningkatnya hidrolisis ester yang dihasilkan dari pembentukan sabun. Reaksi saponifikasi tidak diinginkan selama proses karena dapat mereduksi yield ester dan mengakibatkan pemisahan gliserol menjadi sulit karena pembentukan emulsi (Manurung, 2006).



-



Proses pencucian



II-5



Produk biodiesel setelah transesterifikasi masih mengandung impuritas yang harus diminimalkan agar menghasilkan yield lebih tinggi dan biodiesel



II-6



lebih murni. Keuntungan dengan menggunakan dry washing ini adalah tidak terjadi reaksi dengan biodiesel saat pencucian tetapi mampu menghilangkan senyawa-senyawa yang tidak diinginkan dan tidak menggunakan air sehingga tidak perlu menghilangkan air sisa pencucian yang masih terkandung dalam biodiesel yang membutuhkan proses yang lama, tidak ada risiko akan timbulnya emulsi dan hemat energi. Metode pencucian tanpa air (dry washing) menggunakan bahan adsorben yang mampu mengikat kotoran, sisa reaktan (metanol) yang tidak bereaksi. Magnesium silikat merupakan adsorben yang sering digunakan untuk proses dry washing, merupakan kristal mineral yang berwarna putih (Herdiani, 2009).



III-1



METODE PENELITIAN 3.1 Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut. -



Pisau



-



Hotplate



-



Stirer



-



Gelas Piala



-



Corong pemisah



-



Kertas saring



-



Botol penampung minyak



-



Alat pengepresan



3.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut. -



Biji Alpukat



-



Metanol 96%



-



NaOH 40%



-



H3PO4 85%



-



Magnesium silikat



3.3 Prosedur Penelitian Proses pembuatan biodiesel dari biji alpukat dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu preparasi bahan baku, proses pengambilan minyak biji alpukat, pretreatment, proses transesterifikasi minyak biji alpukat menjadi biodiesel dan pencucian biodiesel. 3.3.1 Preparasi Bahan Baku a) Biji alpukat yang diperoleh dari sumber dicuci terlebih dahulu agar mengurangi bau tidak sedap sisa daging alpukat yang menempel. b) Biji alpukat kemudian dijemur selama 2-3 hari dibawah sinar matahari c) Biji alpukat yang telah dikeringkan kemudian dipotong kecil-kecil untuk mempermudah saat proses pengepresan



III-2



3.3.2 Proses Pengambilan Minyak Biji Alpukat a) Biji alpukat yang telah dipotong kecil-kecil ditimbang secara keseluruhan b) Biji alpukat dimasukkan ke dalam kain penyaring lalu dimasukkan ke dalam mesin pres c) Biji alpukat kemudian di pres secara manual. Pengepresan dilakukan sebanyak 3 kali untuk hasil yang maksimal d) Minyak biji alpukat kemudian ditampung dalam botol penampungan minyak



3.3.3 Pre-treatment a) Minyak biji alpukat dituang ke gelas piala dan dipanaskan di atas hot plate pada suhu 90 0C. b) Ditambahkan H3PO4 85% sebanyak 0,5% dari berat minyak sambal diaduk menggunakan stirrer selama 30 menit c) Hasil pengadukan kemudian dimasukkan ke corong pemisah dan didiamkan selama 24 jam d) Minyak biji alpukat selanjutnya dipisahkan sehingga diperoleh minyak biji alpukat hasil de-gumming. e) Minyak biji alpukat hasil de-gumming kemudian di tampung dalam wadah khusus



3.3.4 Transesterifikasi Minyak Biji Alpukat Menjadi Biodiesel a) Minyak biji alpukat hasil de-gumming ditambahkan metanol dengan variasi penambahan minyak : metanol yaitu 1 : 4, 1 : 6 dan 1 : 8. b) Ditambahkan NaOH 40% sebanyak 1% dari berat minyak c) Dilakukan pemanasan pada suhu 60 0C menggunakan hotplate dengan kecepatan 600 rpm selama 1 jam d) Campuran kemudian dimasukkan ke corong pemisah dan didiamkan selama 24 jam atau hingga terbentuk 2 lapisan yang terpisah dengan jelas. e) Dilakukan pemisahan terhadap biodiesel yang terbentuk dan hasil samping gliserol. f) Biodiesel ditampung dalam wadah khusus 3.3.5



Pencucian Biodiesel



a) Biodiesel yang dihasilkan ditambahkan magnesium silikat sebanyak 100 gram untuk 500 mL biodiesel



III-3



b) Didiamkan selama 2 jam sehingga akan terpisah biodiesel dengan pengotor (sisa metanol dan NaOH) c) Diperoleh biodiesel murni



3.4 Variabel Penelitian Variabel dalam penelitian ini terdiri dari variabel bebas yaitu perbandingan jumlah minyak : metanol (X) dan variabel terikat yaitu rendemen biodiesel yang dihasilkan (Y). 3.5 Diagram Alir



IV-1



PENUTUP 4.1 Kesimpulan Biji alpukat memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan sebagai biodiesel karena mengandung lemak nabati yang tersusun dari senyawa yang dapat



menghasilkan minyak serta memiliki kandungan nilai FFA yang rendah. Adanya pemanfaatan ini akan mengurangi limbah biji alpukat sekaligus sebagai energi alternatif pengganti solar yang ramah terhadap lingkungan. 4.2 Saran Semoga proposal ini dapat terlaksana dan dimanfaatkan sebagaimana mestinya serta dapat disosialisasikan kepada masyarakat sebagai masukan alternatif pengganti bahan bakar solar.



V-1



DAFTAR PUSTAKA



Susilo, B. 2006. Biodiesel. Edisi Revisi. Cetakan kedua. Surabaya : Trubus Agrisarana. Trisunaryanti, W. Shiba, R. Miura, M. Nomura, M.Nishiyama, N. Matsukata. 1996. Characterisation and Modification of Indonesian Natural Zeolites and Their Properties for Hydrocracking of a Paraffin. Skiyu Gakkaishi. 39(1). 20-25 Okasa. Hambali, E., dkk. 2007. Teknologi Bioenergi. Cetakan Pertama. Jakarta : Agro Media M. Ghiaci, B. Aghabarari, and A. Gil. "Production of biodiesel by esterification of natural fatty acids over modified organoclay catalysts" Fuel, vol. 90, no. 11, pp. 3382-3389, 2011. Prasetyowati, R. Pratiwi, dan F. Tris O., "Pengambilan minyak biji alpukat (persea americana mill) dengan metode ekstraksi", Jurnal Teknik Kimia, vol. 17, no. 2, pp. 16-24, 2010.



Priyanto, U. 2007. Menghasilkan Biodiesel Jarak Pagar Berkualitas. PT Agromedia Pustaka. Tangerang S. Risnoyatiningsih "Biodiesel from avocado seeds by transesterification process", Jurnal Teknik Kimia, vol. 5, no. 1, p. 345-351, 2010.



V-1