Pembuatan Etil Ester Sebagai Biodiesel Dari Crude Palm Oil Menggunakan Katalis Choline Hydroxide
PEMBUATAN ETIL ESTER SEBAGAI BIODIESEL DARI
CRUDE
PALM OIL MENGGUNAKAN KATALIS
CHOLINE HYDROXIDE SKRIPSI Oleh NADYA GEMA BESTARI 110405109 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN AGUSTUS 2015
PEMBUATAN ETIL ESTER SEBAGAI BIODIESEL DARI
CRUDE PALM OIL MENGGUNAKAN KATALIS CHOLINEHYDROXIDE
SKRIPSI
Oleh
NADYA GEMA BESTARI
110405109
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
AGUSTUS 2015
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan Etil Ester sebagai Biodiesel dari Crude Palm Oil Menggunakan Katalis Choline Hydroxide
”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis ionic liquid choline hydroxide, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing sekaligus koordinator penelitian yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi yang luar biasa dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Dr. Eng. Rondang, ST, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
3. Ir. Iriany, M.Si sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan dukungan tanpa henti kepada penulis.
4. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku kepala Laboratorium Proses Industri Kimia yang telah mendukung penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU.
6. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.
7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.
8. Dania Khaerani Syabri sebagai partner atas kerjasamanya yang luar biasa selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
9. Keluarga Laboratorium Proses Industri Kimia, Rahayu Wulandari, Pascalis Novalina Sitorus, Nora Panjaitan, Ely, Sari Wahyu Waryani, Rio Nazif, William, Aidil Saputra, Ruben Simangunsong, Ahmad Ridho dan Jekky Bahagia.
10. Sahabat-sahabat di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara stambuk 2011 tanpa terkecuali, khususnya Dwi Gita Ferani, Ayu Afrina, Atikah Risyad, Resi Levi Permadani, Intan Afrilia, Yusrina Ika Putri, Rahayu Wulandari, Bunga Indah Sari, Dedy OS Siburian, Rio Nazif, Erlangga Wicaksana, William, Muhammad Fauzy Ramadhan Tarigan, Oktris Novali Gusti, Aidil Saputra dan Kelvin Hadinatan serta teman baik penulis Norray Lammalif yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup, dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.
11. Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara baik junior maupun senior yang telah banyak memberi sokongan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 1 Agustus 2015 Penulis,
Nadya Gema Bestari
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Nofizar dan Ibu Syafirna Orang tua dengan perhatian dan kasih sayang yang telah membesarkan dan mendidikku hingga seperti saat ini. Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih dan do’a yang selalu kalian berikan kepadaku.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Nadya Gema Bestari NIM : 110405109 Tempat, tanggal lahir : Padang, 9 Februari 1993 Nama orang tua : Nofizar dan Syafirna Alamat orang tua : Jl. Karyawisata Villa Prima Indah Blok C No. 11, Medan Johor, Sumatera Utara.
Asal Sekolah: SDN 024 Padang 1999 – 2002 SD Kartika 1-9 Pekanbaru 2002 – 2005 SMPN 1 Pekanbaru 2005 – 2008 SMAN 8 Pekanbaru 2008 – 2009 SMAN 1 Palembang 2009 – 2011 Pengalaman Organisasi: 1.
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Hubungan Masyarakat.
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Hubungan Masyarakat.
3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara periode 2014/2015. Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional: 1.
Palm Biodiesel by Transesterification Process Using Choline Hydroxide as Catalyst pada seminar 28
th
Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE 2015) yang akan berlangsung di Putrajaya, Malaysia pada 20-22 Oktober 2015.
2. Methyl Ester as Biodiesel from Crude Palm Oil (CPO) Using Choline Hydroxide Catalyst pada seminar 22
nd
Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2015) yang akan berlangsung di Bangkok, Thailand pada 24-25 September 2015.
ABSTRAK
Biodiesel umumnya dibuat secara transesterifikasi menggunakan katalis basa. Pilihan katalis yang digunakan sangat mempengaruhi biodiesel yang dihasilkan. Katalis choline hydroxide (ChOH) adalah cairan ionik basa yang memiliki reaksi katalitik yang sangat baik dalam sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO). Katalis ini mampu menghasilkan biodiesel tanpa pembentukan sabun dimana pada akhir reaksi terbentuk dua hingga tiga lapisan. Lapisan tersebut adalah biodiesel, katalis itu sendiri dan gliserol. Hal ini mempermudah pemisahan biodiesel dari produk sampingan tersebut. Beberapa variabel penting lainnya selain pilihan katalis ialah dosis katalis, rasio molar etanol terhadap CPO dan waktu reaksi. Hasil tertinggi dari biodiesel yang dihasilkan adalah 99,8452% dengan rasio molar etanol terhadap CPO adalah 9:1, waktu reaksi 90 menit dan 5,5% katalis (w/w) pada 70 °C dan kecepatan pengadukan 400 rpm. Variabel yang paling berpengaruh adalah dosis katalis yang memberikan perbedaan yield yang signifikan dari biodiesel yang dihasilkan. Ini dibuktikan dengan semakin meningkatnya dosis katalis yang digunakan juga akan meningkatkan yield biodiesel secara signifikan.
Kata kunci: Biodiesel sawit, Cairan ionik, Choline hydroxide, Crude Palm Oil, Etanol, Transesterifikasi.
ABSTRACT
Biodiesel is generally made by transesterification using alkaline catalyst. Choice of catalyst used, affects greatly the biodiesel produced. Choline Hydroxide (ChOH) catalyst is a basic ionic liquid which has excellently catalytic reactions in the biodiesel production from Crude Palm Oil (CPO). This catalyst is able to produce biodiesel without soap formation and at the end of the reaction, two-three layers formed. They are biodiesel, the catalyst itself and glycerol. It makes it easy to separate biodiesel from the by product. Several other important variables in addition to the choice of catalyst, is catalyst dosage, molar ratio of ethanol against CPO and reaction time. The highest yield of biodiesel produced is 99,8452% with molar ratio of ethanol against CPO is 9:1, reaction time is 90 minutes and 5,5% catalyst (w/w) at 70 °C and 400 rpm stirring speed. The most influential variable is catalyst dosages that give the significant difference yield of biodiesel produced. It evidenced by more dosages of catalyst used, significantly higher yield of biodiesel produced.
Keywords: Choline hydroxide, Crude palm oil, Ethanol, Ionic liquid, Palm biodiesel,
Transesterification.DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR SINGKATAN xvii
DAFTAR SIMBOL xviii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
2
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 CRUDE PALM OIL (CPO)
5
2.2 BIODIESEL
6
2.3 PRODUKSI BIODIESEL
6
2.4 TRANSESTERIFIKASI
9
2.5 CHOLINE HYDROXIDE (ChOH)
10
2.6 ETANOL
12
2.7 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI CPO
12 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
13
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
14
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
14
3.2.1 Bahan Penelitian
14
3.2.2 Peralatan Penelitian
14
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN
15
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
16
3.4.1 Pretreatment Bahan Baku
16
3.4.2 Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan ChOH
16
3.4.3 Sketsa Percobaan
17
3.4.4 Prosedur Analisis
18
3.4.4.1 Analisis Kadar Air Bahan Baku CPO
18
3.4.4.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku
18 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-
40
3.4.4.3 Analisis Komposisi Bahan Baku CPO dan Biodiesel
18 yang Dihasilkan Menggunakan GCMS
3.4.4.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
19 Metode Tes ASTM D 445
3.4.4.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
19 Metode Tes OECD 109
3.5 FLOWCHART PENELITIAN
20
3.5.1 Flowchart Pretreatment Bahan Baku
20
3.5.2 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan ChOH
21 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
23
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO)
23
4.2 PERBANDINGAN YIELD BIODIESEL DENGAN REAKTAN
27 ALKOHOL YANG BERBEDA
4.3 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN
28
4.3.1 Pengaruh Interaksi Variabel Dosis Katalis dengan Rasio Mol
30 Reaktan terhadap % Yield Biodiesel
4.3.2 Pengaruh Interaksi Variabel Dosis Katalis dengan Waktu
32 Reaksi terhadap % Yield Biodiesel
4.3.3 Pengaruh Interaksi Variabel Rasio Mol Reaktan dengan Waktu
33 Reaksi terhadap % Yield Biodiesel
4.4 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL
35
4.4.1 Analisis Densitas
35
4.4.2 Analisis Viskositas Kinematik
36 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
37
5.1 Kesimpulan
37
5.2 Saran
38 DAFTAR PUSTAKA
39
DAFTAR GAMBAR
28 Gambar 4.7 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Dosis Katalis vs Rasio Molar Reaktan
53
52 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO
52 Gambar L4.6 Foto Analisis Viskositas
51 Gambar L4.5 Foto Analisis Densitas
51 Gambar L4.4 Foto Produk Akhir Biodiesel
50 Gambar L4.3 Foto Pemisahan Etil Ester
50 Gambar L4.2 Foto Proses Transesterifikasi
34 Gambar L4.1 Foto Proses Degumming CPO
32 Gambar 4.9 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Rasio Molar Reaktan vs Waktu Reaksi
30 Gambar 4.8 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Dosis Katalis vs Waktu Reaksi
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Ionisasi Choline Hydroxide (ChOH)26 Gambar 4.5 Grafik RUN Percobaan vs % Yield Etil Ester
25 Gambar 4.4 % Yield Etil Ester Menggunakan Bahan Baku CPO dan DPO
24 Gambar 4.3 Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak CPO
23 Gambar 4.2 Grafik Analalis Kadar FFA terhadap CPO dan DPO
22 Gambar 4.1 Grafik Analisis Kadar Air Bahan Baku
18 Gambar 3.3 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan ChOH
17 Gambar 3.2 Flowchart Pretreatment Bahan Baku
Etanol dan Katalis Choline Hydroxide
Palm Oil (CPO) Secara Transesterifikasi Menggunakan
11 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dari Crude
11 Gambar 2.2 Skema Reaksi Transesterifikasi Choline Hydroxide pada Proses Sintesis Biodiesel
27 Gambar 4.6 % Yield Biodiesel Menggunakan Alkohol yang Berbeda Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel dari CPO tanpa Degumming
54 Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1
64 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12
71 Gambar L6.2 Hasil Pengolahan Data dengan Statistica
70 Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan
69 Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 17
68 Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16
67 Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15
66 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 14
65 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13
63 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11
55 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2
62 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10
61 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9
60 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8
59 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7
58 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6
57 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5
57 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4
56 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3
72
DAFTAR TABEL
36 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO
46
46 Tabel L2.3 Hasil Yield Etil Ester
46 Tabel L2.2 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel
45 Tabel L2.1 Hasil Analisis Densitas Biodiesel
45 Tabel L1.4 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO
44 Tabel L1.3 Kadar Air CPO
44 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO
Halaman
Tabel 1.1 Perlakuan Terkode untuk Variabel Proses29 Tabel 4.4 Hasil Analisis Densitas Biodiesel
29 Tabel 4.3 Estimasi Parameter Model Persamaan Statistik
25 Tabel 4.2 Yield Etil Ester pada Central Composite Design
15 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil)
15 Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 3 Variabel
7 Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi
6 Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Biodiesel
3 Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak dalam CPO
35 Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel