Mengenal Reaksi Esterifikasi-Transesterifikasi pada Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah

Reaksi esterifikasi-transesterifikasi memainkan peran kunci dalam pembuatan biodiesel dari minyak jelantah. Proses ini melibatkan penggabungan minyak jelantah dengan metanol alam keberadaan katalis, seperti natrium hidroksida atau kalium hidroksida. Selama esterifikasi, asam lemak bebas dalam minyak jelantah bereaksi dengan metanol atau etanol untuk membentuk ester metil atau etil serta gliserol. Langkah transesterifikasi kemudian terjadi, di mana ester yang dihasilkan dari esterifikasi berreaksi dengan metanol atau etanol lagi untuk menghasilkan biodiesel dan gliserol sebagai produk sampingan. Reaksi ini penting untuk mengubah minyak jelantah menjadi biodiesel yang dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan, serta mengurangi limbah minyak jelantah yang dapat merugikan lingkungan.

Pengantar Minyak Jelantah

Minyak jelantah merupakan minyak bekas hasil dari penggunaan minyak goreng baik itu penggunaan rumah tangga, industri dan restoran. Minyak jelantah atau minyak bekas pakai merupakan kategori dari limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun). Adapun bahaya dari minyak jelantah sebagai berikut;

1. Lingkungan Perairan

Minyak jelantah yang dibuang melalui saluran air tempat cuci piring, menyebabkan penyumbatan saluran air atau drainase. Hal ini karena minyak jelantah akan menempel pada pipa dan lama kelamaan akan menjadi kerak.

Jika minyak jelantah yang tidak diolah terlebih dahulu dan langsung dibuang, maka akan menimbulkan kerusakan pada lingkungan. Dimana minyak jelantah tidak larut dalam air, sehingga keberadaannya mengapung dipermukaan. Akibatnya ekosistem perairan menjadi terganggu, sebab tidak terjadi fotosintesis, serta pertukaran udara dan nutrisi akibat terhalang oleh minyak jelantah yang mengapung.

2. Tanah

Minyak jelantah yang langsung dibuang ke tanah, juga menimbulkan kerusakan lingkungan. Minyak jelantah merupakan benda cair yang dapat terserap ke dalam tanah. Minyak tersebut akan menggumpal dan menutup pori-pori tanah, sehingga tekstur tanah akan keras. Akibatnya bila terjadi musim penghujan, tanah tidak dapat menyerap air dengan baik.   

3. Kesehatan Tubuh

Minyak jelantah sudah tidak dapat dikonsumsi oleh tubuh manusia. Minyak goreng bekas mengandung asam lemak bebas (Free Fatty Acid = FFA) yang sangat tinggi. FFA yang berlebih pada tubuh dapat merusak kesehatan. FFA dapat meningkatkan kadar glukosa di dalam darah, meningkatkan berat badan yang berlebih (obesitas), menyebabkan diabetes, dan menyebabkan kematian.

Minyak jelantah paling banyak dihasilkan dari minyak goreng kelapa sawit. Minyak goreng kelapa sawit (palm oil) paling disukai dalam menggoreng karena asap yang hasilkan sedikit, pemanasan yang cepat merata, dan tingkat korosi terhadap kuali lebih rendah dibandingkan minyak kelapa. Kandungan zat kimia utama pada minyak jelantah adalah gliserol, FFA, dan air. Gliserol merupakan senyawa alkohol yang memiliki gugus hidroksil (-OH), sedangkan FFA merupakan jenis asam karboksilat yang terlepas dari trigliseralida dengan gugus fungsi karbonil (-COOH). Keberadaan dua senyawa ini membuktikan bahwa minyak jelantah dapat di daur ulang menjadi produk baru seperti menjadi sabun jelantah, dan bahan bakar nabati yaitu biodiesel.

Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jelantah

Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang dihasilkan dari sumber terbarukan (renewable resources) seperti minyak nabati maupun daur ulang dari minyak jelantah. Kandungan utama dari biodiesel adalah metil ester atau dikenal juga sebagai fatty acid methyl ester (FAME). Biodiesel merupakan senyawa organik yang memiliki gugus fungsi ester (R-COOR”). Biodiesel yang berasal dari minyak nabati melalui proses transesterifikasi dengan metanol dan bantuan katalis asam maupun basa.

Apabila biodiesel terbuat dari minyak jelantah dengan kadar FFA > 5%, maka terlebih dahulu dilakukan reaksi esterifikasi. Kemudian, dilanjutkan proses transesterifikasi. Kandungan asam lemak bebas dari minyak goreng bekas dihasilkan dari reaksi oksidasi dan hidrolisis saat penggorengan. Jadi semakin sering minyak goreng digunakan secara berulang, maka akan semakin banyak asam lemak bebas yang dihasilkan.

Reaksi Esterifikasi

Tahap pretreatment dalam pembuatan biodiesel dari minyak jelantah adalah menghilangkan kandungan FFA, melalui proses esterifikasi. Esterifikasi merupakan reaksi yang berlangsung antara suatu asam karboksilat dengan alkohol menghasilkan produk ester dengan bantuan katalis asam kuat seperti H₂SO₄.

FFA pada minyak jelantah merupakan golongan senyawa asam karboksilat yang telah terpecah dari trigliseralida palmitat. Melalui persamaan reaksi esterifikasi pada minyak jelantah, diketahui bahwa FFA telah berubah menjadi metil ester (biodiesel). Dapat disimpulkan bahwa proses esterifikasi dilakukan untuk mengoptimalkan pembentukan dan kualitas biodiesel yang dihasilkan. Jika minyak jelantah langsung melalui proses transesterifikasi, dipastikan biodesel yang terbentuk tidak optimal dan masih menyisakan banyak FFA.

Reaksi Transesterifikasi

Reaksi transesterifikasi adalah proses pertukaran gugus organik alkil/R’ pada suatu ester dengan alkil/R” dari alkohol. Reaksi transesterifikasi dapat terjadi melalui katalis asam dan basa. Dalam pembentukan biodiesel dari minyak jelantah, trigliseralida sisa dari minyak jelantah akan mengalami pemecahan dan migrasi pada alkil/R’ dari gugus ester. Gugus alkil/R’ akan digantikan oleh gugus alkil/R” dari reagen alkohol, dalam hal ini adalah metanol. Produk yang dihasilkan dari reaksi ini adalah biodiesel dan gliserol.

Faktor yang mempengaruhi reaksi esterifikasi-transesterifikasi

Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Ada beberapa faktor yang mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan produk biodiesel seperti; 1) Pengadukan yang baik, 2) Suhu dan waktu reaksi yang sesuai, 3) Pemberian katalis untuk mempercepat laju rekasi, dan 4) Pemberian pelarut tambahan (co-solvent) untuk meningkatkan produk. Faktor yang paling berperan dalam proses esterifikasi-transesterifkasi adalah katalis.

Katalis merupakan reagen maupun material yang berperan dalam mempercepat laju reaksi dalam suatu proses kimia. Katalis yang digunakan dalam pembuatan biodiesel dapat berupa katalis asam maupun katalis basa. Katalis asam yang biasanya digunakan adalah H₂SO₄ dan HCl. Senyawa asam tersebut bersifat sangat efektif dalam proses esterifikasi FFA menjadi metil ester. Namun, katalis asam baru berjalan baik pada suhu sekitar 100^oC.  Selain itu, katalis asam bersifat korosif, sehingga tidak dapat digunakan kembali dan berpotensi mencemari lingkungan. Dalam proses transesterifikasi katalis asam cenderung kurang efektif dibandingkan katalis basa. Katalis basa yang digunakan umunya adalah NaOH dan KOH. Bahan tersebut dapat digunakan pada suhu dan tekanan rendah serta memiliki kemampuan katalisator yang baik. Namun, sisa bahan tersebut harus dipisahkan dari produk. 

Jika ditinjau dari wujud zat maka katalis yang digunakan yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen merujuk pada wujud zat katalis yang sama ataupun dapat larut saat proses reaksi berlangsung. Katalis homogen yang dimaksud adalah H₂SO₄, HCl, NaOH, dan KOH. Bahan-bahan tersebut semuanya akan bercampur dan larut dalam sistem reaksi, sehingga perlu proses pemisahan. Selain itu, katalis yang sudah digunakan tidak dapat digunakan kembali, sehingga menimbulkan limbah. Katalis heterogen paling banyak diminati. Hal ini karena memiliki wujud zat yang berbeda dari reagen pada sistem esterifikasi-transesterifikasi. Umumnya wujud zat dari katalis heterogen adalah padat. Katalis heterogen tidak mengalami perubahan wujud zat saat ikut bereaksi, sehingga dapat dipisahkan dengan mudah dan dapat digunakan kembali. Contoh katalis heterogen dalam pembuatan biodiesel adalah CaO (basa), ZrO₂ (asam), dan campuran oksida logam lainnya yang diembankan pada batu apung, clay, zeolite dan karbon aktif.

Biodiesel; Keunggulan, dan Bentuk Kemandirian Energi di Indonesia

Biodiesel adalah bahan bakar nabati (BBN) yang digunakan pada mesin atau motor diesel. Kandungan utama biodiesel adalah metil ester atau dikenal juga sebagai fatty acid methyl ester (FAME), yang terbuat dari minyak nabati atau minyak jelantah melalui proses esterifikasi-transesterifikasi. Biodiesel digunakan sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar minyak untuk jenis diesel atau solar. Biodiesel dapat diaplikasikan dalam bentuk 100% atau B100, maupun campuran dengan minyak solar dengan tingkat konsentrasi tertentu seperti B20, B30, dan B50. Saat ini Indonesia telah menggunakan biodiesel B30 dan B35 per tanggal 1 Februari 2023, yang diberi nama Biosolar, Dexlite, dan Pertamina Dex. Biodiesel B30 merupakan bahan bakar nabati dengan komposisi 30% biodiesel dan 70% solar.

Biodiesel dianggap sebagai bahan bakar ramah lingkungan. Berdasarkan hasil laporan kajian dan uji pemanfaatan biodiesel yang dilakukan oleh Kementerian ESDM melalui Ditjen EBTKE;

1. Kendaraan berbahan bakar B30 menghasilkan emisi CO (karbon monoksida) yang lebih rendah dibandingkan penggunaan solar biasa. Hal ini dipengaruhi oleh tingginya angka cetane (CN = 51 – 53), dan kandungan oksigen pada B30 sehingga mendorong terjadinya reaksi pembakaran yang lebih sempurna.
2. Kendaraan berbahan bakar B30 menghasilkan emisi total hidrokarbon (THC) yang lebih rendah dibandingkan solar biasa.
3. Bahan bakar B20, dan B30 mengandung sulfur yang rendah (maksimal 1200 ppm) dan mengandung additive tambahan yang berperan untuk mencegah korosi dan penyebab kerak di tempat penyimpanan saluran bahan bakar di kendaraan, dan saat berinteraksi dengan mesin kendaraan.

Tujuan implementasi Program Mandatori BBN di Indonesia yaitu mengurangi emisi gas di udara; meningkatkan ketahanan dan kemandirian energi; dan mengurangi konsumsi dan impor BBM. Kemandirian energi terutama dalam penyediaan bahan bakar di Indonesia diperkirakan dapat meningkatkan perekonomian masyarakat. Selain itu, biodiesel dapat meningkatkan nilai tambah melalui hilirisasi industri kelapa sawit, dimana saat ini Indonesia menggunakan crude palm oil (CPO) sebagai bahan baku biodiesel. Walaupun demikian, banyak pelaku usaha dan peneliti telah memulai produksi biodiesel dari minyak jelantah. Kegiatan produksi biodiesel dari minyak jelantah merupakan solusi ‘Green’ dalam mengurangi limbah B3.

Baca juga: Bioremediasi, Metode Pengolahan Limbah yang Hemat (warstek.com)

Referensi

• Aziz, I., Nurbayti, S., dan Ulum, B., 2011, Pembuatan produk biodiesel dari Minyak Goreng Bekas dengan cara Esterifikasi dan Transesterifikasi, Valensi, 2(3), 443-448.
• Ditjen EBTKE., 2019, FAQ: Program Mandatori Biodiesel 30% (B30), Diakses pada 16 September 2023 melalui: https://ebtke.esdm.go.id/post/2019/12/19/2434/faq.program.mandatori.biodiesel.30.b30  
• Fatimah, I., Rubiyanto, D., and Kartika, N.C., 2016, Effect of Calcination Temperature on the Synthesis of ZrO₂-Pillared to Catalytic Activity in Menthol Esterification, Indones. J.Chem., 16(1), 8 – 13.
• Rahim, A.M.E.N., dan Prihatiningtyas, I., 2015, Pengaruh Katalis Asam dan Basa terhadap Biodiesel yang dihasilkan pada Proses Trans(esterifikasi) In Situ Biji Karet (Havea brasiliensis), Prosiding Seminar Nasional ReTII Ke-10, Tersedia melalui: https://journal.itny.ac.id/index.php/ReTII/article/view/306
• Solomons, T.W.G., and Fryhle, C.B., 2011, Organic Chemistry, 10^th edition, USA: John Wiley & Sons.
• Yaakob, Z., Mohammad, M., Alherbawi, M., Alam, Z., and Sopian, K., 2011, Overview of the production of biodiesel from Waste cooking oil, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 184-193.