BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Metil Ester

Metil ester merupakan ester asam lemak yang dibuat melalui proses

esterifikasi dari asam lemak dengan methanol. Pembuatan metal ester ada empat

macam cara, yaitu pencampuran dan penggunaan langsung, mikroemulsi, pirolisis

(thermal cracking), dan transesterifikasi. Namun, yang sering digunakan untuk

pembuatan metal ester adalah transesterifikasi yang merupakan reaksi antara

trigliserida (lemak atau minyak) dengan methanol untuk menghasilkan metil ester

dan gliserol.

Metil ester dapat diperoleh dari hasil pengolahan bermacam-macam

minyak nabati, misalnya di jerman diperoleh dari minyak rapessed, di Eropa

diperoleh dari minyak biji bunga matahari dan minyak rapessed, di Prancis dari

Itali diperoleh dari minyak biji bunga matahari, di Amerika Serikat dan Brazil

diperoleh dari minyak kedelai, di Malaysia diperoleh dari minyak kelapa sawit,

dan di Indonesia diperoleh dari minyak kelapa sawit, minyak jarak pagar, minyak

kelapa, dan minyak kedelai (2, 3, 4). Selain minyak-minyak tersebut, minyak

safflower, minyak linsedd, dan minyak zaitun juga dapat digunakan dalam

pembuatan senyawa metil ester (4, 5). Pada pengolahan minyak nabati di atas juga

dihasilkan gliserol sebagai hasil sampingnya.

Metil ester merupakan bahan baku dalam pembuatan biodiesel atau

emollen dalam produk kosmetika, sedangkan gliserol dapat digunakan sebagai

bahan baku dalam berbagai aplikasi industri seperti kosmetika, sabun, dan

farmasi. Gliserol yang diperoleh sebagai hasil samping pengolahan minyak nabati

ini bukanlah gliserol murni, melainkan gliserol mentah (crude glycerol), biasanya

memiliki kemurnian kira-kira 95%.

Minyak jelantah merupakan minyak nabati yang telah mengalami

degradasi kimia dan mengandung akumulasi kontaminan–kontaminan di

dalamnya. Minyak ini dapat didaur ulang menjadi metil ester dengan reaksi

transesterifikasi, sehingga minyak jelantah yang sebelumnya merupakan limbah

4

5

yang berbahaya jika langsung dibuang ke lingkungan dapat menjadi suatu produk

yang mempunyai nilai ekonomis dan juga dapat mengurangi jumlah limbah

minyak jelantah yang ada. Keuntungan penggunaan minyak jelantah dalam

pembuatan metil ester adalah dapat direduksinya biaya operasional, karena harga

minyak jelantah pasti lebih murah daripada minyak bersih atau minyak baru.

Kekurangannya adalah komposisi asam lemak yang terkandung di dalam minyak

dapat berubah akibat pemanasan dan terikat dengan bahan makanan yang

digunakan pada proses penggorengan.

Senyawa metil ester dapat digunakan sebagai zat tambahan pada suatu

formulasi kosmetika, salah satu contohnya yaitu caprylic atau caprylic

triglyceride yang telah digunakan dalam formulasi kosmetika sebagai emolien.

Oleh karena itu, tidak menutup kemungkinan bahwa senyawa metil ester lainnya

juga dapat digunakan sebagai zat tambahan, baik sebagai emolien maupun fungsi

lainnya. Metil ester yang diperoleh dari reaksi transesterifikasi dapat dimurnikan

dan ditetapkan kadarnya. Ada tiga metode analisis untuk menetapkan kadar metil

ester yaitu kromatografi gas, kromatografi cair kinerja tinggi, dan kromatografi

lapis tipis.

Biodiesel adalah senyawa mono alkil ester yang diproduksi melalui reaksi

tranesterifikasi antara trigliserida (minyak nabati, seperti minyak sawit, minyak

jarak dan lain-lain) dengan metanol menjadi metil ester dan gliserol dengan

bantuan katalis basa. Biodiesel mempunyai rantai karbon antara 12 sampai 20

serta mengandung oksigen. Adanya oksigen pada biodiesel membedakannya

dengan petroleum diesel (solar) yang komponen utamanya hanya terdiri dari

hidrokarbon. Jadi komposisi biodiesel dan petroleum diesel sangat berbeda.

Biodiesel secara nyata dapat mengurangi pencemaran (ramah lingkuangan),

mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar, karbon monoksida, sulfat,

polisiklikaromatik hidrokarbon, dan tidak menyebabkan hujam asam. Sifat-sifat

yang terdapat di biodiesel yaitu:

1) Dapat diperbarui (Renewable)

2) Mudah terurai oleh bakteri (Biodegradable)

3) Ramah lingkungan

6

4) Menurunkan emisi (CO, CO2, SO2)

5) Menghilangkan asap hitam

6) Sifat pelumasan lebih bagus

7) Digunakan oleh mesin diesel.

Bahan baku  yang biasanya digunakan untuk pengolahan biodiesel, antara

lain:

1) Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RPO) Merupakan minyak hasil

kelapa sawit yang telah mengalami proses pemurnian di Revinery.

2) Metanol (CH3OH) merupakan senyawa alkohol yang digunakan sebagai

pereaksi yang akan memberikan gugus alkil kepada rantai trigliserida dalam

reaksi biodiesel.

3) Sodium Methylate (NaOCH3) digunakan sebagai katalis (zat yang digunakan

untuk mempercepat reaksi), merupakan katalis basa karena mengandung

alkalinity 30%.

4) Phosporic Acid (H3PO4) digunakan sebagai zat yang akan mengurangi kadar

sabun dalam biodiesel, mengikat getah-getah (gum) dalam biodiesel, bersifat

asam dengan kadar (>85%).

5) Hydrocloric Acid (HCl) digunakan dalam proses Reacrification I, berfungsi

untuk memisahkan Fatty matter di dalam Heavy Phase (Glycerine-water-

methanol) dengan kadar (>30%).

6) Caustic soda (NaOH) ini digunakan sebagai katalis dalam pembuatan

biodiesel dan untuk penetral pembentukan glyserin.

2.2. Macam-macam proses pembuatan Metil Ester

Proses pembuatanan biodiesel dapat dilakukan dengan dua macam proses,

yaitu esterifikasi dan transesterifikasi.

2.2.1. Esterifikasi

Esterifikasi adalah proses yang mereaksikan asam lemak bebas (FFA atau

Fat Fatty Acid) dengan alkohol rantai pendek (metanol atau etanol) menghasilkan

metil ester asam lemak (FAME) dan air. Katalis yang digunakan untuk reaksi

esterifikasi adalah asam, biasanya asam sulfat (H2SO4) atau asam fosfat (H2PO4).

Berdasarkan kandungan FFA dalam minyak nabati maka proses pembuatan

biodiesel secara komersial dibedakan menjadi dua:

7

1) Transesterifikasi dengan katalis basa (sebagian besar menggunakan kalium

hidroksida) untuk bahan baku refined oil atau minyak nabati dengan

kandungan FFA rendah.

2) Esterifikasi dengan katalis asam (umumnya menggunakan asam sulfat)

untuk minyak nabati dengan kandungan FFA tinggi dilanjutkan dengan

transesterifikasi dengan katalis basa.

Esterifikasi merupakan tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi

ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. 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

terpilih dalam praktek industrial. Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung

ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120°

C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih dan air

produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak.

Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode

penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat

dituntaskan dalam waktu satu sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam

lemak menjadi metil ester adalah:

RCOOH + CH3OH RCOOH3 + H2O

Asam Lemak Metanol Metil Ester Air

Esterifikasi biasa dilakukan untuk membuat biodiesel dari minyak

berkadar asam lemak bebas tinggi (berangka-asam P lima mg-KOH/g). Pada

tahap ini, asam lemak bebas akan dikonversikan menjadi metil ester. Tahap

esterifikasi biasa diikuti dengan tahap transesterfikasi. Namun sebelum produk

esterifikasi diumpankan ke tahap transesterifikasi, air dan bagian terbesar katalis

asam yang dikandungnya harus disingkirkan terlebih dahulu. Faktor-faktor yang

berpengaruh pada reaksi esterifikasi antara lain: waktu reaksi, pengadukan,

katalisator dan suhu reaksi.

Proses esterifikasi dengan katalis asam diperlukan apabila jika digunakan

minyak nabati mengandung FFA di atas 5%. Jika minyak berkadar FFA yang

tinggi (>5%) langsung ditransesterifikasi dengan katalis basa maka FFA akan

8

bereaksi dengan katalis membentuk sabun. Terbentuknya sabun dalam jumlah

yang cukup besar dapat menghambat pemisahan gliserol dari metil ester dan

berakibat terbentuknya emulsi selama proses pencucian. Jadi esterifikasi

digunakan sebagai proses pendahuluan untuk mengkonversikan FFA menjadi

metil ester sehingga mengurangi kadar FFA dalam minyak nabati dan selanjutnya

ditransesterifikasi dengan katalis basa untuk mengkonversikan trigliserida

menjadi metil ester.

2.2.2. Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah proses yang mereaksikan trigliserida dalam

minyak nabati atau lemak hewani dengan alkohol rantai pendek seperti methanol

atau etanol menghasilkan metal ester asam lemak atau biodiesel dan gliserol

(gliserin) sebagai produk samping. Katalis yang digunakan pada proses

transeterifikasi adalah basa/alkali, biasanya digunakan natrium hidroksida

(NaOH) atau kalium hidroksida (KOH). Transesterifikasi adalah tahap konversi

dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkil ester, melalui reaksi dengan

alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.

Diantara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi sumber atau pemasok

gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah

dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi ini disebut metanolisis). Jadi,

disebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan asam lemak metil

ester (Fatty Acid Metil Ester) reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil

ester adalah:

CH2COOR1 CH2OH

NaOH

CHCOOR2 + 3 CH3OH 3 RCOOCH3 + CHOH

CH2COOR3 CH2OH

TrygliserideMethanolMethyl Ester Glycerol

Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa

adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan

dengan lambat. Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah

9

katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi. Sifat metil ester

(biodiesel) ini sangat mendekati minyak diesel dan tidak menimbulkan dampak

yang buruk pada pemakaian jangka panjang sehingga sangat menjanjikan

untuk digunakan sebagai pengganti atau pencampur minyak diesel. Produk yang

diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah asam lemak metil ester. Terdapat

beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu:

1) Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi.

2) Memisahkan gliserol.

3) Menurunkan temperatur reaksi

Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan metil ester selalu

menginginkan agar didapatkan produk metil ester dengan jumla yang maksimum.

Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel

melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut:

1) Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak nabati yang akan ditranseterifikasi harus memiliki angka asam

yang lebih kecil dari satu. Banyak peneliti yang menyarankan agar

kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0,5%. Selain itu, semua

bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Hal ini dikarenakan air

akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang.

Katalis harus terhindar dari kontak langsung dengan udara agar tidak

mengalami reaksi dengan uap air dan karbondioksida.

2) Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi

adalah tiga mol untuk setiap satu mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol

alkil ester dan satu mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak

nabati 4,8:1 akan dapat menghasilkan konversi 98%. Secara umum

ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan, maka

konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar

6:1 setelah satu jam konversi yang dihasilkan 98-99%, sedangkan pada 3:1

adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6 : 1 karena dapat

memberikan konversi yang maksimum.

10

3) Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang

tertinggi daripada dengan menggunaan etanol atau butanol.

4) Kemurnian reaktan

Pada kondisi reaktan yang sama, konversi untuk reaksi dengan bahan

baku minyak nabati mentah berkisar antara 67-84%. Hal ini disebabkan

oleh tingginya kandungan asam lemak bebas di dalam minyak nabati

mentah, namun masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan

temperatur dan tekanan yang tinggi.

5) Kecepatan pengadukan

Setiap reaksi dipengaruhi oleh tumbukan antar molekul yang larut

dalam reaksi dengan memperbesar kecepatan pengadukan maka jumlah

tumbukan antar molekul zat pereaksi akan semakin besar, sehingga

kecepatan reaksi akan bertambah besar. Pada proses transesterifikasi,

selain menghasilkan metil ester atau biodiesel, hasil sampingnya adalah

gliserin (gliserol). Gliserin dapat dimanfaatkan dalam pembuatan sabun.

6) Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi

bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer

untuk proses transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH) kalium

hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida

(KOCH3). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat

(metoksida) reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang

maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5% minyak nabati. Jumlah katalis

yang efektif untuk reaksi 0,5%. Penggunaan katalisator berguna untuk

menurunkan tenaga aktifasi sehingga reaksi berjalan dengan mudah bila

tenaga aktifasi kecil maka harga konstanta kecepatan reaksi bertambah

besar. Ada tiga golongan katalis yang dapat digunakan, yaitu asam, basa,

dan enzim. Sebagian besar proses transesterifikasi komersial dijalankan

dengan katalis basa, karena reaksinya berlangsung sangat cepat yaitu

empat ribu kali lebih cepat dibanding dengan katalis asam.

11

7) Pengaruh temperatur

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30-65oC

(titik didih metanol sekitar 63-65oC) yang dimana semakin tinggi

temperatur, konversi yang akan diproleh semakin tinggi untuk waktu yang

lebuh singkat.

2.3. Karakteristik Bahan Bakar Minyak

Karakteristik bahan bakar minyak yang akan dipakai pada suatu

penggunaan tertentu untuk mesin atau peralatan lainnya perlu diketahui terlebih

dahulu, agar hasil pembakaran dapat tercapai secara optimal dengan .Secara

umum, karakteristik bahan bakar minyak khususnya minyak solar yang perlu

diketahui adalah sebagai berikut :

1) Berat Jenis (Specific Gravity)

Berat jenis adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan berat bahan

bakar minyak pada temperatur tertentu terhadap air pada volume dan

temperatur yang sama. Bahan bakar minyak umumnya mempunyai specific

gravity antara 0,74 – 0,96 dengan mempunyai specific gravity antara 0,74 –

0,96 bahan bakar minyak lebih ringan dari pada air.

2) Viskositas

Viskositas adalah suatu angka yang menyatakan besarnya hambatan dari

suatu bahan cair untuk mengalir, atau ukuran besarnya tahanan geser dari

bahan cair. Makin tinggi viskositas minyak, akan makin kental dan makin sulit

mengalir, dan sebaliknya. Viskositas minyak sangat bekaitan dengan supply

konsumsi bahan bakar kedalam ruang bakar dan berpengaruh terhadap

kesempurnaan proses pengkabutan bahan bakar malalui injector.

3) Titik Tuang

Titik tuang adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan

bakar minyak sehingga minyak tersebut masih dapat mengalir karena gaya

gravitasi. Titik tuang ini diperlukan sehubungan dengan adanya persyaratan

praktis dari prosedur penimbunan dan pemakaian dari bahan bakar minyak.

Hal ini dikarenakan bahan baker minyak seringkali sulit untuk dipompa

apabila suhunya telah dibawah titik tuangnya.

12

4) Titik nyala

Titik nyala adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan

bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila pada

permukaan minyak tersebut didekatkan pada nyala api. Titik nyala diperlukan

sehubungan dengan pertimbangan-pertimbangan mengenai keamanan dari

penimbunan minyak dan pengangkutan bahan bakar minyak terhadap bahaya

kebakaran.

2.4. Manfaat Metil Ester

Metil ester atau biodiesel dapat berfungsi sebagai bahan bakar alternatif

pengganti minyak bumi khusus untuk mesin diesel otomotif dan industri. Selain

metil ester atau biodiesel, gliserol juga memiliki beberapa manfaat dalam berbagai

bidang diantaranya :

1) Untuk obat

2) Digunakan di dalam medis dan persiapan farmasi, misalnya sebagai pelumas

peralatan kedokteran

3) Dapat digunakan sebagai obat pencuci mulut

4) Sebagai sirup obat batuk.

5) Untuk perawatan pribadi

6) Pasta gigi

7) Obat kumur

8) Cream cukur rambut

9) Makanan dan minuman

10) Sabun

11) Sebagai bahan pelarut dan bahan pemanis

12) Pengawet makanan

13) Pewarna makanan

14) Dipakai untuk membuat poligliserol ester

15) Dalam industri margarin