Proses Etanolisis Minyak Sawit Dalam Sistem Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis Choline Chloride – Etilen Glikol

LAMPIRAN A

DATA BAHAN BAKU

LA.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU CPO HASIL

ANALISIS GCMS

Tabel A.1 Komposisi asam lemak CPO Asam Lemak Komposisi

(%)

Berat

Molekul Mol %Mol

%Mol x BM Asam Laurat (C12:0) 0,08 200,32 0,0004 0,1085 0,2174 Asam Miristat (C14:0) 0,61 228,37 0,0027 0,7260 1,6580 Asam Palmitat (C16:0) 36,37 256,42 0,1418 38,5517 98,8543 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,11 254,41 0,0004 0,1175 0,2990 Asam Stearat (C18:0) 4,78 284,48 0,0168 4,5670 12,9921 Asam Oleat (C18:1) 43,01 282,46 0,1523 41,3871 116,9019 Asam Linoleat (C18:2) 14,49 280,45 0,0517 14,0432 39,3841 Asam Linolenat (C18:3) 0,19 278,43 0,0007 0,1855 0,5164 Asam Arakidat (C20:0) 0,28 312,53 0,0009 0,2435 0,7610 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,08 310,51 0,0003 0,0700 0,2174

Jumlah 100% 0,3679 271,8017

Dari perhitungan, maka diperoleh berat molekul rata-rata FFA CPO sebesar271,8017gr/mol.

LA.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO Tabel A.2 Komposisi trigliserida CPO Trigliserida Komposisi

(%)

Berat

Molekul Mol %Mol %Mol x BM

Trilaurin (C39H74O6) 0,08 639,010 0,0001 0,1069 0,6828 Trimiristin (C45H86O6) 0,61 723,160 0,0008 0,7200 5,2067 Tripalmitin (C51H98O6) 36,37 807,320 0,0451 38,455 310,4360 Tripalmitolein (C51H92O6) 0,11 801,270 0,0001 0,1172 0,9389 Tristearin (C57H110O6) 4,78 891,480 0,0054 4,5717 40,7997 Triolein (C57H104O6) 43,01 885,432 0,0486 41,463 367,1117 Trilinolein (C57H98O6) 14,49 879,384 0,0165 14,065 123,6793 Trilinolenin (C57H92O6) 0,19 873,337 0,0002 0,1857 1,6217 Triarakidin (C63H122O6) 0,28 975,640 0,0003 0,2450 2,3899 Trieikosenoin (C63H116O6) 0,08 969,624 0,0001 0,0704 0,6828

Jumlah 100% 0,1172 853,5496

Dari perhitungan, maka diperoleh berat molekul rata-rata FFA CPO sebesar853,5496gr/mol.

LA.3 KADAR AIR CPO

Tabel A.3 Kadar air CPO Kadar Air (%)

SebelumDegumming SetelahDegumming

2,36 2,50

% Kenaikan Kadar Air = Setelah degumming – sebelum degumming = 2,50 -2,36

= 0,14 %

LA.4 KADARFREE FATTY ACID(FFA) CPO

Tabel A.4 Kadarfree fatty acid(FFA) CPO Kadar FFA (%)

SebelumDegumming SetelahDegumming

4,71 4,84

% Kenaikkan FFA= Setelah degumming – sebelum degumming = 4,84 – 4,71

LAMPIRAN B

DATA PENELITIAN

LB.1 DATA DENSITAS BIODIESEL

Tabel B.1 Hasil analisis densitas biodiesel suhu 15o_C Jumlah DES (b/b) Rasio Molar Reaktan Waktu Reaksi (menit) Densitas Biodiesel (g/ml)

4 % 9 : 1 60 0,8886

LB.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL Tabel B.2 Hasil analisis viskositas biodiesel Jumlah DES (b/b) Rasio Molar Reaktan Waktu Reaksi (menit)

Waktu Alir (detik) trata-rata Biodiesel

(detik)

Viskositas Kinematik

(cSt) t1 t2 t3

4 % 9 : 1 60 47 46 48 47 3,86

LB.3 DATA_YIELDDAN KEMURNIAN ETIL ESTER Tabel B.3 Hasilyielddan kemurnian etil ester No Jumlah DES

% (b/b) Kemurnian % Yield

1 0 99,17 75,12

2 1 95,63 60,82

3 2 95,75 70,62

4 3 93,80 75,13

5 4 99,35 81,72

6 5 99,66 78,54

LAMPIRAN C

CONTOH PERHITUNGAN

LC.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO Kadar FFA = N x V x M

10 x Berat sampel%

Keterangan: N = Normalitas larutan NaOH V = Volume larutan NaOH terpakai

M = Berat molekul FFA (BM FFA CPO =271,8017gr/mol)

LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming Normalitas NaOH = 0,25 N

Volume larutan NaOH yang terpakai = 4,61 ml BM FFA =270,942118gr/mol

Berat CPO = 7 gram

Kadar FFA =

sampel massa x 10 NxVxM % = 7 10 271,8017 85 , 4 25 , 0 x x x %

= 4,71 %

LC.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO SetelahDegumming Normalitas NaOH = 0,25 N

Volume larutan NaOH yang terpakai = 3,95 ml BM FFA =270,942118gr/mol

Berat CPO = 7 gram

Kadar FFA =

sampel massa x 10 NxVxM % = 7 10 271,8017 98 , 4 25 , 0 x x x %

LC.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN ETANOL

Massa CPO = 20 gr

Etanol : CPO = 9 : 1 (mol/mol)

% katalis = 0,75 % (b/b)

BM Trigliserida =853,4571gr/mol

Mol CPO =

da Trigliseri BM Massa = mol gr gr / 4571 , 853 20

= 0,023 mol Mol etanol =9

1x 0,023 = 0,211 mol

Maka, massa etanol = mol etanol x BM etanol = 0,211 mol x 46 gr/mol = 9,706 gram

Volume etanol =

 m = ml gr gr / 79 , 0 706 , 9

= 12,286 ml

LC.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL Volume piknometer = berat air

densitas air= 9,654 ml Densitas sampel = berat sampel

volume piknometer

Berat piknometer kosong = 16,42 gr = 0,0162 kg Berat piknometer + biodiesel = 24,94 = 0,02494 kg Berat biodiesel = 8,52 gr = 0,00852 kg

Densitas minyak biodiesel = 0,00852kg

0,000009991m3 = 886,1 kg/m

3 Untuk data yang lainnya analog dengan perhitungan di atas.

LC.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL sg =densitas sampel

densitas air

viskositas sampel = k x sg x t Dimana t = waktu alir

Kalibrasi air:

air(40oC) = 992,25 kg/m3= 0,99225 g/m3 [50] Viskositas air (40oC) = 0,656 x 10-3kg/m.s [50] tair= 8 detik

sgair= 1

Viskositas air = k x sg x t 0,6560 x 10-3kg/m.s = k x 1 x 8 s

k = 8,20 x 10-5kg/m.s Viskositas Biodiesel

trata-rata biodiesel = 47 detik sgbiodiesel = 882,5 kg/m

3

992,25 kg/m3= 0,889 Viskositas biodiesel = k x sg x t

= 8,20 x 10-5x 0,889 x 47 = 0,003426 kg/m.s

Viskositas kinematik =0,003426 kg/m.s

882,5kg/m3 = 3,88 x 10 -6_m2_/s

= 3,88 mm2/s = 3,86 cSt Untuk data yang lainnya analog dengan perhitungan di atas.

LC.5 PERHITUNGANYIELDBIODIESEL

Massa Minyak = 20,00 gr

Massa Biodiesel = 12,72 gr Etil Ester Content = 95,63 % YieldBiodiesel =Massa Biodiesel

Massa Minyak x Etil Ester Content =12,72 gr

20gr x 95,63 % = 60,82 %

LAMPIRAN D

DOKUMENTASI

Gambar D.1 Pembuatandeep eutectic solvent

Gambar D.3 Rangkaian peralatan pembuatan biodiesel

Gambar D.5 Pemisahan biodiesel dan gliserol hasil reaksi

Gambar D.7 Pengeringan biodiesel

Gambar D.9 Biodiesel yang dihasilkan

LAMPIRAN E

HASIL UJI LABORATORIUM

DAFTAR PUSTAKA

[1] Caldas, Bárbara S., Cátia S. Nunes, Paulo R. Souza, Fernanda A. Rosa,Jesuí V. Visentainer, Oscar de Olivera S. Júnior, Edvani C. Muniz.Supercritical ethanolysis for biodiesel production from edible oilwaste using ionic liquid [HMim][HSO4] as catalyst. Applied Catalysis B: Environmental 181 (2016) 289–297

[2] Musa, Idris Atadashi.The effects of alcohol to oil molar ratios and the type of alcohol on biodiesel production using transesterification process. Egyptian Journal of

Petroleum (2016) 25, 21–31

[3] K. Shahbaz, F.S. Mjalli, M.A. Hashim, I.M. AlNashef. Eutectic Solvents For The Removal Of Residual Palm Oil-Based Biodiesel Catalyst. Separation and Purification

Technology 81 (2011) 216–222

[4] Fadhil, Abdelrahman B.,Adnan I. Ahmed. Ethanolysis of fish oil via optimized protocol and purification by dry washing of crude ethyl esters. Journal of the Taiwan

Institute of Chemical Engineers 000 (2015) 1–13

[5] Narvaez, P.C., M.A. Noriega, J.G. Cadavid.Kinetics of palm oil ethanolysis. Energy

83 (2015) 337-342

[6] Cernoch, Michal., Martin Hajek, František Skopal. Study of effects of some reaction conditions on ethanolysis of rapeseed oil with dispergation. Bioresource Technology

101 (2010) 1213–1219

[7] Avramovic, Jelena M., Ana V. Velickovic, Olivera S. Stamenkovic, Katarina M. Rajkovic, Petar S. Milic, Vlada B. Veljkovic. Optimization of sunflower oil ethanolysis catalyzed by calcium oxide: RSM versus ANN-GA. Energy Conversion

and Management 105 (2015) 1149–1156

[8] Roschat, Wuttichai., Theeranun Siritanon, Teadkait Kaewpuang, Boonyawan Yoosuk, Vinich Promarak.Economical and green biodiesel production process using river snail shells-derived heterogeneous catalyst and co-solvent method. Bioresource

Technology 209 (2016) 343–350

[9] Encinar, Jose M., Ana Pardal, Nuria Sánchez. An improvement to the transesterification process by the use 4 of co-solvents to produce biodiesel. Fuel xxx

(2015) xxx–xxx

[10] Radošević, Kristina., Marina Cvjetko Bubalo, Višnje Gaurina Srček, Dijana Grgas, Tibela Landeka Dragičević, Ivana Radojčić Redovniković.Evaluation of toxicity and biodegradability of choline chloride based deep eutectic solvents.Ecotoxicology and

Environmental Safety 112 (2015) 46–53.

[11] Tang, Baokun., Kyung Ho Row.Recent Developments In Deep Eutectic Solvents In Chemical Sciences. Springer-Verlag Wien (2013) 402-751

[12] Gu, Ling., Wei Huang, Shaokun Tang, Songjiang Tian, Xiangwen Zhang. A Novel Deep Eutectic Solvent For Biodiesel Preparation Using A Homogeneous Base Catalyst. Chemical Engineering Journal 259 (2015) 647–652

[13] Santi, Valerio De., Fabio Cardellini, Lucia Brinchi, Raimondo Germani. Novel Brønsted Acidic Deep Eutectic Solvent As Reaction Media For Esterification Of Carboxylic Acid With Alcohols. Tetrahedron Letters 53 (2012) 5151–5155

[14] Hayyan, Adeeb., Mohd Ali Hashim, Maan Hayyan, Farouq S. Mjallic, Inas M. AlNashef.A New Processing Route For Cleaner Production Of Biodiesel Fuel Using A Choline Chloride Based Deep Eutectic Solvent. Journal of Cleaner Production 65

(2014) 246-251

[15] Zhao, Hua., Cheng Zhang, Tanisha D. Crittle.Choline-Based Deep Eutectic Solvents For Enzymatic Preparation Of Biodiesel From Soybean Oil. Journal of Molecular

Catalysis B: Enzymatic 85– 86 (2013) 243– 247

[16] Dai, Yuntao., Geert-Jan Witkamp, Robert Verpoorte, Young Hae Choi. Tailoring properties of natural deep eutectic solvents with water to facilitate their applications.

Food Chemistry

[17] Gunstone, Frank D.Vegetable Oils In Food Technology: Composition, Properties and Uses. 2002. Blackwell Publishing Ltd.

[18] Demirbas, Ayhan. Progress and recent trends in biodiesel fuels. Journal Of Energy

Conversion and Management 50 (2009a) 14–34.

[19] Demirbas, Ayhan. Biodiesel From Waste Cooking Oil via Base-Catalytic and Supercritical Methanol Transesterification. Journal Of Energy Conversion and

Management 50 (2009a) 923–927

[20] Tan, Yie Hua., Mohammad Omar Abdullah, Cirilo Nolasco-Hipolito. The Potential of Waste Cooking Oil-Based Biodiesel Using Heterogeneous Catalyst Derived From Various Calcined Egg Shells Coupled With An Emulsification Technique : A Revie W On The Emission Reduction and Engine Performance. Journal Of Renewable and

Sustainable Energy Reviews 47 (2015) 589–603

[21] Akhtar, Taimur.Synthesis of Biodiesel from Triglyceride oil. Faculty of Science and

Technology. University of Stavanger. (2011)

[22] Zhang, Pingbo., Qiuju Han, Mingming Fan, Pingping Jiang. A Novel Waste Water Scale-Derived Solid Base Catalyst For Biodiesel Production. Fuel 124 (2014) 66–72

[23] Samart, Chanatip., Chaiyan Chaiya, Prasert Reubroycharoen.Biodiesel Production By Methanolysis Of Soybean Oil Using Calcium Supported On Mesoporous Silica Catalyst. Energy Conversion And Management 51 (2010) 1428–1431

[24] Siongco, Kathrina R., Rhoda B. Leron, Alvin R. Caparang, Meng-Hui Li.Molar Heat Capacities and Electrical Conductivities of Two Ammonium-Based Deep Eutectic Solvents and Their Aqueous Solutions. Thermochimica Acta 566 (2013) 50– 56

[25] Naser, J., F. Mjalli, B. Jibril, S. Al-Hatmi, Z. Gano. Potassium Carbonate as a Salt for Deep Eutectic Solvents. International Journal of Chemical Engineering and

Applications. Vol. 4, No. 3, June 2013

[26] Zhang, Qinghua., Karine De Oliveira Vigier, Sebastien Royer and Francois Jerome.

Deep Eutectic Solvents: Syntheses, Properties And Applications. Chem. Soc. Rev.

2012, 41, 7108−7146

[27] Bagh, Fatemeh Saadat Ghareh., Mohamed Kamel Omar Hadj-Kali, Farouq S. Mjalli, Mohd Ali Hashim, Inas M. AlNashef. Solubility Of Sodium Chloride In Phosphonium-Based Deep Eutectic Solvents. Journal of Molecular Liquids 199 (2014)

344–351

[28] Wen, Qing., Jing-Xin Chen, Yu-Lin Tang, Juan Wang, Zhen Yang. Assessing The Toxicity and Biodegradability of Deep Eutectic Solvents. Chemosphere 132 (2015)

63–69

[29] Harris, Robert Christopher. Physical Properties of Alcohol Based Deep Eutectic Solvents. Thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy at the University of

Leicester, 2008

[30] Leron, Rhoda B., Allan N. Soriano, Meng-Hui Li.Densities and Refractive Indices of The Deep Eutectic Solvents (Choline Chloride + Ethylene Glycol or Glycerol) and Their Aqueous Mixtures at the Temperature Ranging From 298,15 to 333,15 K.

Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 43 (2012) 551–557

[31] Durand, E., J. Lecomte, P. Villeneuve.Deep Eutectic Solvents: Synthesis, Application, And Focus On Lipase-Catalyzed Reactions. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2013, 115,

379–385

[32] Álvarez, Joaquín García. Deep Eutectic Solvents: Deep Eutectic Solvents: Environmentally Friendly Media for Metal-Catalyzed Organic Reactions.

Departamento de Química Orgánica e Inorgánica (IUQOEM), Facultad de Química, Universidad de Oviedo, Oviedo, Principado de Asturias, E-33071, Spain (2014) [33] Long, Tao., Deng Yuefeng, Gan Shucai, Chen Ji. Application of Choline

Chloride·xZnCl2 Ionic Liquids for Preparation of Biodiesel. Chinese Journal of

Chemical Engineering, 18(2) 322 - 327 (2010)

[34] Troter, Dragan Z., Zoran B.Todorović, Dušica R. Đokić-Stojanović, Olivera S. Stamenković, Vlada B.Veljković. Application of ionic liquids and deep eutectic solvents in biodiesel production: A review. Renewable and Sustainable Energy

Reviews 61 (2016) 473–500

[35] Abbott, Andrew P., Paul M. Cullis, Manda J. Gibson, Robert C. Harris and Emma Raven. Extraction of Glycerol from Biodiesel into a Eutectic Based Ionic Liquid.

[36] Blanco, Antonio., Alicia García-Abuín, Diego Gómez-Díaz, and JoséM. Navaza.

Density, Speed of Sound, Viscosity, and Surface Tension of Dimethylethylenediamine + Water and (Ethanolamine + Dimethylethanolamine) + Water from T = (293.15 to 323.15) K. Journal of Chemical & Engineering Data. 2016

[37] Myers, Rusty L. The Basic Of Physics. Greenwood Press. Westport, Connecticut

London (2006)

[38] Butt, Hans-Jurgen and Michael Kappl.Surface and Interfacial Forces. Wiley – VCH

Verlag GmbH & Co. KGaA. Germany (2010)

[39] Dixit, Savita., Sangeeta Kanakraj. Enzymatic Degumming of Feedstock’s (Vegetable Oil) For Bio-Diesel – A Review. Journal of Engineering, Science and Management

Education/Vol. 3, 2010/57-59

[40] Araújo, Francisca Diana da Silva., Iranildo C. Araújo, Isabella Cristhina G. Costa, Carla Veronica Rodarte de Moura , Mariana H. Chaves, Eugenio Celso E. Araújo.

Study of Degumming Process and Evaluation of Oxidative Stability of Methyl and Ethyl Biodiesel of Jatropha Curcas L. Oil From Three Different Brazilian States.

Renewable Energy 71 (2014) 495-501

[41] Tu, Qingshi.Assessment of Selected Sustainability Aspects of Biodiesel Production : Water And Waste Conservation. School of Energy, Environmental, Biological and

Medical Engineering. University of Shanghai for Science and Technology. China. 2008

[42] Goembira, Fadjar., Shiro Saka. Effect of Water and Free Fatty Acids in Oil on Biodiesel Production by Supercritical Methyl Acetate Method. Green Energy and

Technology. Zero-Carbon Energy Kyoto. Springer Japan 2013

[43] Hebendanz, Nikolaus. Impurities – How To Get Rid of Unwanted By-Products.

American Oil Chemist’s Society. (1990) 161-163

[44] Morad, Noor Azian., Mustafa Kamal Abd Aziz, Rohani binti Mohd Zin. Process Design in Degumming and Bleaching of Palm Oil. Centre of Lipids Engineering and

Applied Research. Universiti Teknologi Malaysia (2006)

[45] Nwaigwe, Kevin N., Nnamdi V. Ogueke, Clifford Kamalu, & Emmanuel E. Anyanwu. Design and Construction of A Biodiesel Batch Reactor With Improved Settling Capability. International Mechanical Engineering and Exhibition Congress &

Exposition November (2014)

[46] Lam, Man Kee., Keat Teong Lee, Abdul Rahman Mohamed. Homogeneous, Heterogeneous and Enzymatic Catalysis for Transesterification of High Free Fatty Acid Oil (Waste Cooking Oil) to Biodiesel: A Review. Biotechnology Advances 28

(2010) 500–518

[47] Abbaszadeh, A., B. Ghobadian, G. Najafi, T. Yusaf.An Experimental Investigation of the Effective Parameters on Wet Washing of Biodiesel Purification. International

[48] Stojković, Ivan J., Olivera S. Stamenković, Dragan S. Povrenović, Vlada B. Veljković. Purification Technologies for Crude Biodiesel Obtained by Alkali-Catalyzed Transesterification. Renewable and Sustainable Energy Reviews 32 (2014)

1–15

[49] Kralchevsky, P.A. and K. Nagayama.Particles at Fluid Interfaces and Membranes.

Attachment of Colloid Particles and Proteins to Interfaces and Formation of Two-Dimensional Arrays. Elsevier, Amsterdam, 2001. 469-502

[50] Geankoplis, Christie J. Transport Process and Unit Operation. Third Edition.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama lebih kurang 6 bulan.

3.2 Bahan dan Peralatan 3.2.1 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain :

1. Minyak sawit

2. Choline Cloride(ChCl) 3. Etilen Glikol (C2H6O2)

4. Kalium Hidroksida (KOH)

5. Aquadest (H2O)

6. Natrium Hidroksida (NaOH)

7. Etanol (C2H5OH)

8. Phenolftalein (C20H14O4) 9. Asam Fosfat (H3PO4)

3.2.2 Peralatan Penelitian

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain :

1. Erlenmeyer

2. Magnetic Stirrer

3. Hot Plate

4. Corong Pemisah

5. Beaker Glass

6. Gelas Ukur

7. Neraca Digital

8. Batang Pengaduk

10. Corong Gelas 11. Pipet Tetes 12. Statif dan Klem 13. Stopwatch

14. Piknometer

15. Viskosimeter Ostwald 16. Karet Penghisap 17. Buret

18. Gabus

3.3 Rancangan Percobaan

3.3.1 SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

Sintesis deep eutectic solvent (DES) dilakukan dengan variabel tetap berupa

kecepatan pengadukan, suhu reaksi, waktu dan rasio molarcholine cloride (ChCl) :

etilen glikol.

3.3.2 Sintesis Biodiesel

Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan variabel tetap berupa kecepatan pengadukan, suhu reaksi, waktu reaksi, rasio molar etanol : minyak sawit dan konsentrasi katalis serta variabel bebas berupa konsentrasi DES. Adapun kombinasi perlakuan penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut.

Tabel 3.1 Rancangan percobaan sintesis biodiesel

Run Rasio Molar Etanol:Minyak Sawit (Mol) Konsentrasi Katalis (%, wt) Rasio Molar ChCl: Etilen Glikol

(Mol)

Konsentrasi DES (%)

1

9:1 1 1:2

1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6

3.4 Prosedur Penelitian

3.4.1 PretreatmentBahan Baku

Pretreatment bahan baku dilakukan jika bahan baku yang digunakan adalah

crude palm oil(CPO), dengan prosedurpretreatmentadalah sebagai berikut:

1. Minyak sawit dimasukkan sebanyak 300 gram ke dalamerlenmeyer.

2. Minyak sawit dipanaskan hingga suhu mencapai 80 °C.

3. Asam fosfat 85% ditambahkan sebanyak 0,15% dari berat minyak sawit yang

digunakan.

4. Pengadukan dilakukan dengan kecepatan 60 rpm selama 15 menit.

3.4.2 Proses SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

1. Choline cloridedan etilen glikol dimasukkan dengan rasio molar 1:2 ke dalam

erlenmeyerdan ditutup dengan gabus.

2. Campuran dipanaskan di atashot platehingga mencapai suhu 80oC dan sambil

dihomogenkan menggunakanmagnetic stirrer dengan kecepatan pengadukan

300 rpm selama 1 jam.

3.4.3 Proses Sintesis Biodiesel

1. Minyak sawit,etanol, katalis KOH danco-solvent deep eutectic solvent(DES) disiapkan dengan berat tertentu.

2. Minyak sawit sebanyak 20 gram dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan

dipanaskan di atashot platehingga mencapai suhu reaksi 70o_C

3. Etanol, co-solvent DES, dan katalis KOH dengan berat tertentu dimasukkan

ke dalam labu leher tiga yang telah berisi minyak sawit sambil diaduk dengan kecepatan pengadukan 600 rpm selama 1 jam

4. Hot plate dimatikan dan campuran didinginkan hingga mencapai suhu kamar

5. Campuran reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dibiarkan hingga

terbentuk 2 lapisan.

6. Lapisan bawah yang merupakan campuran gliserol, etanol, KOH dan DES

7. Air panas ditambahkan ke dalam corong pemisah yang berisi lapisan atas dan dikocok untuk mengekstrak pengotor yang masih ada hingga terbentuk kembali 2 lapisan.

8. Lapisan bawah dibuang kembali dan perlakuan ini diulang beberapa kali hingga air cucian berwarna bening.

9. Lapisan atas yang merupakan etil ester dikeringkan.

10. Etil ester yang telah kering ditimbang dan dianalisis.

11. Prosedur di atas diulangi untuk variabel proses lainnya seperti yang telah dijelaskan pada rancangan percobaan.

3.4.4 Sketsa Percobaan

3.4.4.1 Sketsa Percobaan Proses SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan SintesisDeep Eutectic Solvent(DES) dariCholine

Cloridedan Etilen Glikol Keterangan gambar:

1. Termometer 2. Erlenmeyer 3. Heater

1

2 3

3.4.4.2 Sketsa Percobaan Proses Sintesis Biodiesel

Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Sintesis Biodiesel dari Minyak Sawit Secara

Transesterifikasi Menggunakan Katalis KOH danDeep Eutectic

Solvent(DES) sebagaiCo-Solvent

1

2

3 4

5 6

7 8

4. Labu leher tiga 5.Heater

6. Refluks kondensor Keterangan gambar:

1. Statif dan klem 2. Stirrer

3. Termometer

7. Aliran air masuk 8. Aliran air keluar

3.4.5 Prosedur Analisis

3.4.5.1 Analisis KadarFree Fatty Acid(FFA) Bahan Baku Minyak Sawit dengan Metode Tes AOCSOfficial MethodCa 5a-40

Untuk analisis kadar FFA bahan baku minyak sawit sesuai dengan AOCS

Official MethodCa 5a-40 dengan prosedur sebagai berikut

1. Bahan baku minyak sawit sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer.

2. Etanol 95% sebanyak 75 ml ditambahkan ke dalam erlenmeyer.

3. Campuran dikocok kuat dan dilakukan titrasi dengan NaOH 0,25 N dengan indikator fenolftalein 3-5 tetes. Titik akhir tercapai jika warna larutan berwarna merah rosa dan warna ini bertahan selama 10 detik.

Kadar FFA =

Dimana: T = normalitas larutan NaOH

V = volum larutan NaOH terpakai M = berat molekul FFA

3.4.5.2 Analisis Komposisi Bahan Baku Minyak Sawit dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS

Komposisi bahan baku minyak sawit serta biodiesel yang dihasilkan akan dianalisis menggunakan instrumen GCMS pada Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).

3.4.5.3 Analisis Densitas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

Untuk analisis densitas menggunakan metode tes OECD 109. Untuk pengukuran densitas ini menggunakan peralatan utama yaitu piknometer. Perbedaan berat kosong dan penuh dihitung pada suhu 20oC.

3.4.5.4 Analisis Viskositas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445

Viskositas adalah ukuran hambatan cairan untuk mengalir secara gravitasi, untuk aliran gravitasi dibawah tekanan hidrostatis, tekanan cairan sebanding dengan kerapatan cairan. Satuan viskositas dalam cgs adalah cm2per detik (Stokes). Satuan SI untuk viskositas m2per detik (104 St). Lebih sering digunakan centistokes (cSt) (1cSt =10-2 St = 1 mm2/s). Untuk analisis viskositas menggunakan metode tes ASTM D-445. Untuk pengukuran viskositas ini menggunakan peralatan utama yaitu

viskosimeter Ostwald tube tipe kapiler, viscosimeter holder dan bath pemanas pada

37,8oC. Termometer yang digunakan dengan ketelitian 0,02oC dan menggunakan stop watch dengan ketelitian 0,2 detik.

3.4.5.5 Analisis Lapisan Atas Dan Lapisan Bawah Hasil Transesterifikasi

Lapisan atas dan lapisan bawah hasil transesterifikasi perlu dilakukan untuk melihat pengaruh DES pada proses pemisahan. Untuk menganalisisnya, hasil transesterifikasi dengan dan tanpa DES dimasukkan ke dalam corong pemisah, dibiarkan 1 menit, setelah itu lapisan atas dan bawah diambil ± 5 ml untuk dilakukan analisis GC untuk melihat komposisi dari lapisan.

3.4.5.6 Analisis Fasa Etanol – Minyak dengan MetodeCapillary Bridge

Analisis fasa etanol –minyak perlu dilakukan untuk menganalisis pengaruh DES terhadap fasa etanol – minyak, analisisnya dilakukan dengan cara memasukkan etanol sebanyak 5 ml ke dalam tabung reaksi, kemudian DES, dimasukkan sebanyak 0,1 gram lalu dimasukkan minyak sebanyak 5 ml, dan dikocok kuat untuk melihat perubahan yang terjadi.

3.5 Flowchart Penelitian

3.5.1 FlowchartPretreatmentBahan Baku

Gambar 3.3 FlowchartPretreatmentBahan Baku

3.5.2 Flowchart Proses SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

Gambar 3.4 Flowchart Proses SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

Asam fosfat 85% ditambahkan sebanyak 0,15% dari berat minyak sawit yang digunakan

Minyak sawit sebanyak 300 gram dimasukkan ke dalamerlenmeyer

Minyak sawit dipanaskan hingga suhu mencapai 80 °C Mulai

Selesai

Dilakukan pengadukan dengan kecepatan 56 rpm selama 15 menit

Campuran dipanaskan di atashot platehingga mencapai

suhu reaksi 800C dan sambil dihomogenkan

menggunakanmagnetic stirrerdengan kecepatan

pengadukan 300 rpm selama 1 jam

Choline Cloridedan etilen glikol dengan rasio molar 1:2 dimasukkan

ke dalamerlenmeyerdan ditutup dengan gabus

Mulai

Selesai

Minyak sawit yang telah ditambahkan asam fosfat disaring dengan menggunakan kertas saring dan diambil filtratnya

3.5.3 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel

Gambar 3.5 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel Selesai

Etanol,co-solventDES, dan katalis KOH dengan berat tertentu

dimasukkan ke dalam labu leher tiga sambil diaduk dengan kecepatan pengadukan 600 rpm selama 1 jam

Campuran reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dibiarkan hingga terbentuk 2 lapisan.

Lapisan bawah yang merupakan campuran gliserol, etanol, katalis

KOH danco-solventDES dipisahkan dari lapisan atas

Air panas dengan suhu 80o_{C sebanyak 80 ml ditambahkan ke dalam corong}

pemisah yang berisi lapisan atas dan dikocok sehingga terbentuk kembali 2 lapisan

Minyak sawit,etanol, katalis KOH danco-solvent deep eutectic solvent

(DES) disiapkan dengan berat tertentu.

Hot plate dimatikan dan campuran didinginkan hingga mencapai suhu kamar

Etil ester yang telah kering ditimbang dan dianalisis Mulai

Minyak sawit sebanyak 20 gram dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan dipanaskan di atashot platehingga mencapai suhu reaksi 70o_C

Prosedur di atas diulangi untuk variabel proses lainnya seperti yang telah dijelaskan pada rancangan percobaan Lapisan bawah dibuang kembali dan perlakuan ini diulang

beberapa kali hingga air cucian berwarna bening.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Bahan BakuCrude Palm Oil(CPO)

Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah Crude Palm Oil (CPO), komposisi asam lemak CPO yang dipakai diketahui dari analisis GC dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 4.1 Komposisi asam lemak dari CPO (Crude Palm Oil) No. Puncak Retention Time

(menit) Komponen Penyusun

Komposisi % (b/b)

1 10,357 Asam Laurat (C12:0) 0,08

2 12,794 Asam Miristat (C14:0) 0,61

3 15,213 Asam Palmitat (C16:0) 36,37

4 15,464 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,11

5 17,568 Asam Stearat (C18:0) 4,78

6 17,764 Asam Oleat (C18:1) 43,01

7 18.194 Asam Linoleat (C18:2) 14,49

8 18,760 Asam Linolenat (C18:3) 0,19

9 19,826 Asam Arakidat (C20:0) 0,28

10 20,023 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,08

Berdasarkan data komposisi asam lemak CPO, maka dapat diketahui bahwa berat molekul FFA CPO adalah 271,8016 gr/mol, sedangkan berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida) sebesar 853,4571 gr/mol. Dari hasil analisis GC, komposisi asam lemak jenuh CPO diketahui sebesar 42,12 %, sedangkan asam lemak tidak jenuhnya sebesar 57,88 %.

4.2 ProsesDegumming

Degumming merupakan proses pre-treatmentutama yang dilakukan pada bahan baku minyak untuk memisahkan impuritis berupagum (phospholipid), air, dan padatan sehingga dapat dihilangkan [39; 40]. Impuritis tersebut akan mempengaruhi stabilitas dari produk yang dihasilkan (seperti biodiesel) [39] karena phospholipid merupakan agen pengemulsi kuat yang akan membentuk emulsi antara biodiesel dan gliserol sehingga sulit untuk dipisahkan dan akan mengurangi yield produk yang didapatkan [41].

Pada proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis basa, asam lemak bebas juga dapat mempengaruhi yield yang dihasilkan karena akan bereaksi dengan katalis yang akan membentuk reaksi saponifikasi [42].

4.2.1 Analisis Kandungan Asam Lemak Bebas (ALB)

Kadar asam lemak bebas (ALB) pada bahan baku CPO sebelum degumming adalah 4,71 %; dan setelah degumming (DPO) adalah 4,84 %. Dari gambar 4.1 dapat dilihat setelah degumming, terjadi peningkatan kadar asam lemak bebas sebesar 0,13 %.

Gambar 4.1 Analisis kadar ALB CPO dan DPO

Proses degumming dengan menggunakan asam fosfat dapat meningkatkan sedikit kadar asam lemak bebas, apabila asam fosfat yang digunakan kurang baik sehingga dapat mengkontaminasi minyak dan membentuk asam lemak bebas [43]. Degumming dapat menaikkan sedikit kadar asam lemak bebas pada minyak karena sifat asam dari asam fosfat yang digunakan dan hidrolisa trigliserida akibat pemanasan [44]. Kadar asam lemak bebas yang digunakan untuk proses transesterifikasi menggunakan katalis basa sebaiknya kurang dari 4 % [45], jika minyak yang digunakan memiliki kadar asam lemak bebas lebih dari 6 %, maka transesterifikasi katalis basa tidak dapat dijalankan [46].

0 1 2 3 4 5

CPO DPO

A

L

B

(

%

4.2.2 Analisis Kadar Air

Kadar air pada bahan baku CPO sebelum degummingadalah sebesar 2,36 %, dan setelahdegumming, kadar air naik menjadi 2,5 %. Peningkatan kadar air pada CPO dan DPO dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut :

Gambar 4.2 Analisis kadar air CPO dan DPO

Salah satu faktor yang mempengaruhi proses transesterifikasi adalah adanya kandungan air pada minyak yang digunakan [2]. Penggunaan katalis homogen terutama yang bersifat basa [46] dapat memberikan efek yang negatif dengan adanya kandungan air karena dapat membentuk sabun, mengkonsumsi katalis, dan mengurangi keefektifan katalis yang digunakan [18] sehingga akan mempengaruhi yield alkil ester yang diberikan [19]. Degumming dapat menaikkan kadar air karena telah adanya kadar air yang terdapat dalam asam fosfat yang ditambahkan kedalam minyak [44].

4.3 Pengaruh DES pada biodiesel

Deep Eutectic Solvent (DES) merupakan campuran dari suatu komponen garam ammonium kuartener dengan suatu senyawa organik yang berfungsi sebagaihydrogen bond donor (HBD) seperti alkohol, asam, halida, amina, asam amino dan lain-lain hingga membentuk campuran eutektik [11; 25]. DES dapat digunakan sebagai co-solvent yang digabungkan dengan katalis lain untuk meningkatkan kemampuan katalitiknya selain itu DES juga dapat digunakan untuk mengurangi reaksi samping (seperti penyabunan) dan membuat proses pemisahan dan pemurnian lebih mudah, DES juga efektif dalam menghilangkan gliserol dan sisa katalis dalam biodiesel [34]

0 1 2 3 CPO DPO K ada r A ir ( % )

DES yang digunakan dalam penelitian ini dibuat dari campuran choline chloride sebagai quarternary ammonium saltdan etilen glikol sebagai HBD dengan rasio molar 1:2. DES yang disintesis memiliki densitas 1,1269 gr/cm3, dan viskositas 29,7076 cP pada 30 ̊ C.

4.3.1 Pengaruh DES pada Yield Biodiesel

Analisis pengaruh DES sebagaico-solventterhadap yield biodiesel dilakukan dengan mengaplikasikan berbagai jumlah DES dan membandingkannya dengan yield biodiesel tanpaco-solvent, yield biodiesel dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut

Gambar 4.3 Yield biodiesel vs Jumlah DES

Dari gambar 4.3 dapat dilihat bahwa yield biodiesel yang dihasilkan menggunakan DES sebagai co-solvent meningkat dengan penambahan DES dari 1,0 % sampai dengan 4,0 % (b/b), dengan yield tertinggi 81,72 % dan kemurnian ester 99,35 %, kemudian menurun dengan penambahan jumlah DES 5 % (b/b) namun kembali naik pada penambahan jumlah DES 6 %. Penggunaan DES dapat mengubah distribusi fasa pada campuran reaktan sehingga dapat mengurangi terbentuknya reaksi saponifikasi dan memudahkan proses pemisahan dan pemurnian [9]. Penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa penambahan DES dalam jumlah kurang dari 5 % (b/b) mampu meningkatkan yield biodiesel yang dihasilkan, yang kemudian jika ditambahkan lebih dari 4 % (b/b) dapat menginhibisi reaksi sehingga mengurangi yield dan kemurnian ester.

Nwaigwe, dkk, pada tahun 2014 telah mempublikasikan mengenai faktor yang mempengaruhi pada proses pembuatan biodiesel, mengatakan bahwa batas kandungan

0 20 40 60 80 100

0 1 2 3 4 5 6

Y ie ld B iodi es el , %

ALB minyak mentah untuk dilakukan transesterifikasi katalis basa homogen secara langsung adalah 4 % [45]. Dari penelitian yang dilakukan, menunjukkan bahwa minyak dengan kadar ALB 4,84 %; reaksi transesterifikasi dengan DES dapat berjalan lebih baik dan menghasilkan yield yang lebih tinggi dibandingkan reaksi tanpa DES dan hasil transesterifikasi yang dihasilkan tidak membentuk sabun.

Pada reaksi etanolisis, dapat terjadi pembentukan sabun yang cukup banyak yang akan membentuk emulsi, sehingga mempersulit proses pemisahan dan mengurangi yield. Hal ini dapat diatasi dengan penambahan co-solvent DES yang dapat mengurangi reaksi samping (reaksi saponifikasi), memudahkan pemisahan sehingga reaksi etanolisis dapat berjalan lebih baik.

4.3.2 Pengaruh DES pada Proses Pemisahan Biodiesel

Proses pemisahan fasa gliserol dengan etil ester dapat dilihat pada gambar 4.4 berikut

(a) (b)

Gambar 4.4 Proses pemisahan (a) tanpa DES (b) dengan DES

Dari gambar 4.4 dapat dilihat bahwa setelah 1 menit hasil reaksi dimasukkan kedalam corong pisah, hasil reaksi tanpa DES membentuk 3 lapisan, dimana lapisan paling atas adalah lapisan ester, kemudian lapisan kedua adalah emulsi antara ester, gliserol, dan sabun, kemudian lapisan paling bawah ada lapisan gliserol. Pada hasil reaksi tanpa DES, terbentuk dua fasa dengan cepat, membentuk lapisan atas mengandung ester dan fasa bawah yang merupakan fasa gliserol.

Pada reaksi transesterifikasi, alkohol yang berlebih dapat menganggu proses pemisahan antara alkil ester dengan gliserol karena alkohol sisa reaksi dapat meningkatkan kelarutan gliserol dalam fasa ester sehingga dapat menghasilkan buih [2], oleh karena itu akan mempersulit proses pemisahan, dengan terbentuknya sabun

dapat membentuk emulsi stabil yang juga akan mempersulit proses pemisahan, dan diperlukan proses pencucian yang membutuhkan volume air yang banyak untuk pemurnian. DES berbasis choline chloride dan etilen glikol merupakan DES terbaik yang digunakan untuk mengekstraksi gliserol dan pemurnian biodiesel [26].

Dari hasil analisis proses pemisahan fasa antara reaksi dengan DES dan tanpa DES, dapat dilihat bahwa waktu pemisahan yang dibutuhkan untuk reaksi dengan DES lebih cepat dibanding tanpa DES, dimana dapat dilihat lapisan atas hanya sedikit mengandung gliserol, sehingga penambahan DES dapat dipakai untuk mempermudah proses pemisahan ester dan gliserol, disamping untuk meningkatkan yield.

4.3.3 Pengaruh DES pada Proses Pencucian Biodiesel

Metode pencucian biodiesel yang dipakai pada penelitian ini adalah metode wet washing, dimana biodiesel dicuci dengan menggunakan air untuk menghilangkan zat pengotor seperti sisa katalis, etanol, sabun, dan gliserol yang dapat mengurangi kemurnian biodiesel yang dihasilkan sehingga tidak dapat digunakan pada mesin. Proses pencucian biodiesel dapat dilihat pada gambar 4.5 berikut.

(a) (b) (c)

Gambar 4.5 Proses pencucian biodiesel (a) tanpa DES 3 kali pencucian (b) tanpa DES 6 kali pencucian (c) dengan DES 3 kali pencucian

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa pada pencucian biodiesel hasil reaksi tanpa DES, terbentuk emulsi yang mempersulit proses pemisahan antara biodiesel dan air pencuci, sedangkan pada proses pencucian biodiesel hasil reaksi dengan DES, tidak terbentuk emulsi yang mempersulit proses pencucian, tabel 4.2 menunjukkan banyaknya pencucian yang dilakukan atau air yang dipakai untuk mencuci biodiesel, dari tabel tersebut, dapat dilihat bahwa pencucian biodiesel hasil reaksi dengan DES membutuhkan air yang lebih sedikit dibanding tanpa DES.

Tabel 4.2 Banyak pencucian yang dilakukan Reaksi Banyak Pencucian

Dengan DES 3 kali

Tanpa DES 6 kali

Metode wet washing merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam pemurnian biodiesel karena hanya dengan metode ini dapat mengurangi jumlah residu alkohol dan gliserol dalam biodiesel [47]. Pada reaksi etanolisis, banyaknya sabun yang terbentuk dapat berjumlah tiga atau empat kali lebih banyak dibandingkan metanolisis dengan kondisi reaksi yang sama, oleh karena itu, pada metode wet washing, dibutuhkan jumlah air yang sangat banyak [48]. Dari tabel 4.2 dapat disimpulkan bahwa DES dapat mempercepat pemisahan alkil ester dengan gliserol dan sisa reaksi yang terbentuk sehingga memudahkan proses pemurnian.

4.3.4 Pengaruh DES pada Fasa Etanol-Minyak

Pada proses transesterifikasi, dengan menggunakan etanol sebagai alkohol salah satu masalahnya adalah etanol memiliki kekurangan dalam hal reaktifitasnya dalam proses transesterifikasi yang menyebabkan etanol sulit untuk larut dalam minyak dan proses pemisahannya karena terbentuknya emulsi yang stabil sehingga proses pemisahan dari gliserol sangat sulit [4; 6].

Analisis kondisi fasa dari minyak dan etanol dengan perlakuan penambahan DES dilakukan dengan observasi etanol dan minyak dalam tabung reaksi dengan diameter tabung 13 + 0,05 mm , yang dapat dilihat pada gambar berikut

(a) (b)

Dari gambar 4.6 dapat kita lihat perbedaan antara fasa etanol dengan minyak tanpa dan dengan penambahan DES. Sebelum penambahan DES,interfacial areadari etanol – minyak terlihat datar, namun ketika penambahan DES, interfacial area dari kedua larutan tersebut membentuk suatu meniscus yang dapat diakibatkan oleh adanya capillary bridge. Terbentuknya capillary bridge diantara dua campuran yang tidak saling melarut dapat menimbulkan gaya tarik menarik antara partikel yang tidak sejenis (adhesi) hal ini disebabkan karena penurunan tekanan pada jembatan cairan akibat pengaruh langsung dari tegangan permukaan pada daerah sekitarmeniscus[49]. Minyak dan etanol merupakan campuran yang tidak saling melarut, namun setelah ditambahkan DES, DES akan bekerja padainterfacial areaantara minyak dan etanol, membentukcapillary bridgesehingga akan menurunkan tegangan permukaan dan membentukmeniscus, kemudian membuat gaya tarik menarik antara minyak dan etanol, sehingga mempercepat transfer massa antara etanol dan minyak.

Dari hasil pengamatan yang dilakukan, dapat dilihat pada penambahan DES, setelah pengadukan, pada interfacial area antara minyak ada etanol dapat dilihat adanyameniscus,sedangkan pada fasa etanol – minyak tanpa penambahan DES, tidak ditemukan adanyameniscuspadainterfacial area.

4.4 Karakteristik Biodiesel

Karakteristik dari biodiesel yang dihasilkan, dan perbandingannya dengan standar ASTM D6751 dan SNI dapat dilihat pada tabel dibawah ini

Tabel 4.3 Karakteristik biodiesel

Parameter Unit Nilai Standar ASTM

D6751

Standar SNI Ester Content

Densitas pada 40 ̊C Viskositas kinematik pada 40 ̊C

Flash Point Free Glycerine Total Glycerine Monoglyceride content Diglyceride content Triglyceride content % (m/m) kg/m3 mm/s2 ̊C % (m/m) % (m/m) % (m/m) % (m/m) % (m/m) 99,35 888,6 3,86 180 0 0 0,00642 0 0 -3,5-5 > 120 < 0,02 <0,24 < 0,80 < 0,20 < 0,20 > 96,5 850-900 2,3 - 6 >100 <0,02 <0,24 -*Standar berdasarkan US biodiesel standard (ASTM D6751)

Standar umum yang dipakai untuk kualitas biodiesel dipengaruhi oleh beberapa faktor, yang berbeda dari suatu daerah ke daerah lainnya, termasuk karakteristik dari bahan bakar diesel yang ada, tipe mesin diesel yang digunakan, peraturan emisi untuk mesin, perkembangan dan kondisi iklim dari negara atau daerah tempat produksi

Fadhil, dkk., pada tahun 2015 melaporkan pada proses etanolisis dengan menggunakan bahan baku minyak ikan tanpa penggunaan DES dapat menghasilkan FOEE (Fish Oil Ethyl Ester)contentsebesar 98,04 % [4]. Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh etil estercontentyang sangat tinggi (hingga 99,66 %). Selain itu, dari hasil uji beberapa karakteristik biodiesel, dapat dilihat bahwa biodiesel yang disintesis telah memenuhi standar SNI dan ASTM D6751. Hal ini menunjukkan pemakaian DES berbasis choline chloride – etilen glikol sebagai co-solvent dalam proses etanolisis dapat memberikan suatu kelebihan, memberikan hasil yang memuaskan dan tidak mengurangi kualitas biodiesel yang disintesis.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:

1. Proses degumming yang dilakukan pada bahan baku CPO meningkatkan kadar FFA sebesar 0,13 % karena sifat dari asam fosfat yang digunakan. 2. Proses degumming dapat mengurangi getah dan impuritis dimana getah

dan impuritis dapat mengganggu katalis dan mempersulit pemisahan sehingga harus dilakukan proses degumming sebagai pretreatment awal pada CPO.

3. DES sebagai co-solvent dapat meningkatkan yield dengan mengurangi reaksi samping, serta memudahkan pemisahan, dan pencucian.

4. DES bekerja pada interfacial area antara minyak dan etanol, menyebabkan perpindahan massa yang lebih mudah dengan mengurangi tegangan permukaan dari reaktan

5. Hasil yield etil ester tertinggi adalah 81,72 % diperoleh pada kondisi operasi 70°C dengan dosis katalis 0,75% (b/b), rasio molar etanol:CPO sebesar 9:1, dan konsentrasi DES 4 % selama 60 menit.

6. Analisis fisik yang dilakukan pada biodiesel yaitu analisis densitas, viskositas kinematik, dan titik nyala memperoleh hasil berturut-turut yaitu 888,6 kg/m3; 3,86 cSt dan 180oC. Hasil yang diperoleh menyatakan bahwa biodiesel yang dihasilkan telah sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu 840-890 kg/m3 _{untuk densitas, 2,3-6,0 cSt untuk viskositas}

kinematik pada suhu 40o_{C dan titik nyala lebih dari 100}o_C.

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah: 1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya diteliti penggunaan ulang dari

co-solventDES untuk melihat sifatco-solventdalam penggunaan kembali dan untuk mengurangi biaya yang diperlukan.

2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya konsentrasi DES sebagai co-solventtidak terlalu tinggi, karena dapat menginhibisi reaksi.

3. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dikaji penggunaan DES sebagai

co-solventterhadap kemurnian etil ester yang dihasilkan.

4. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dikaji pembuatan biodiesel dengan penggunaan DES sebagaico-solventdengan reaksi tanpa katalis.

5. Sebaiknya waktu pemisahan antara fasa ester dan gliserol dilakukan dengan waktu yang lebih lama lagi (satu hingga dua jam) sehingga diperoleh yield yang maksimal.

6. Sebaiknya langsung dilakukan uji terhadap produk yang dihasilkan untuk menghindari terjadinya kesalahan analisis akibat penyimpanan produk yang terlalu lama.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Potensi Minyak Sawit Sebagai Bahan Baku Biodiesel

Tanaman sawit (Elaeis guineensis jacquin) merupakan tanaman yang berasal dari afrika selatan. Tanaman ini merupakan tanaman penghasil minyak yang paling efisien dari pada tanaman penghasil minyak lainnya, yaitu hingga 4.5 ton per hektar. Tanaman sawit dapat menghasilkan 2 jenis minyak, yaitu minyak yang berasal dari daging dan biji buah sawit. Minyak yang berasal dari daging buah sawit disebut dengan Crude Palm Oil (CPO), sedangkan yang berasal dari biji buah sawit disebut denganCrude Palm Kernel Oil(CPKO). Kandungan asam lemak jenuh pada minyak sawit hampir sama dengan kandungan asam tidak jenuhnya. Komponen utama yang terdapat pada minyak sawit adalah asam palmitat (44-45%), asam oleat (39-40%) dan asam linoleat (10-11%) [17].

Berikut merupakan tabel kandungan asam lemak yang terdapat pada minyak sawit

Tabel 2.1 Kandungan asam lemak pada buah sawit [17]

Malaysian (1981)a _{Malaysian (1990)}b _{Brazilian (1993)}c

Mean Range

(215 samples ) Mean

Range

(215 samples ) Mean

Range (73 samples ) Fatty Acids

% by wt

12:0 0,2 0,1-1,0 0,2 0,1-0,4 0,2 Tr-2,6 14:0 1,1 0,9-1,5 1,1 1,0-1,4 0,8 Tr-1,3 16:0 44,0 41,8-46,8 44,1 40,9-47,5 39,0 31,9-57,3 16:1 0,1 0,1-0,3 0,2 0-0,4 0,03 Tr-0,4 18:0 4,5 4,2-5,1 4,4 3,8-4,8 5,0 2,1-6,4 18:1 39,2 37,3-40,8 39,0 36,4-41,2 43,2 33,8-47,5 18:2 10,1 9,1-11,0 10,6 9,2-11,6 11,5 6,4-14,8

18:3 0,4 0-0,6 0,3 0-0,6 0,4 Tr-0,7

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan biodiesel dapat berupa minyak kanola, kedelai, maupun minyak sawit. Biodiesel biasanya terdiri dari asam lemak (rantai C14-C22) dan alkohol rantai pendek, misalnya metanol ataupun etanol [3].

2.2 Biodiesel

Biodiesel merupakan suatu energi alternatif yang ramah lingkungan. Biodiesel mendapatkan menjadi suatu kajian yang menarik di dunia sebagai bahan bakar yang dicampurkan dengan solar ataupun digunakan langsung pada mesin diesel. Biodiesel juga merupakan bahan bakar yang dapat diperbaharui karena terbuat dari minyak hewan ataupun tumbuhan [18; 19]. Hal ini juga menyebabkan biodiesel menjadi bahan bakar yangbiodegradable, tidak beracun, babas kandungan sulfur dan senyawa aromatik, dan menghasilkan emisi gas buangan yang lebih rendah daripada bahan bakar konvensional [19].

Saat ini, ada beberapa proses yang sering digunakan dalam pembuatan biodiesel yaitu : (1) penggunaan langsung dan pencampuran dengan minyak mentah, (2) mikro-emulsi, (3) secara enzimatis (4) thermal cracking, (5) reaktor ultrasonik, (6) superkritikal alkohol, (7) menggunakan microwave dan (8) tranesterifikasi [18; 19; 20].

Pembuatan biodiesel menggunakan proses transesterifikasi dilakukan dengan mencampurkan trigliserida dengan alkohol dan katalis. Alkohol yang umum digunakan adalah metanol karena harganya yang murah [19]. Namun dalam pembuatan biodiesel tedapat beberapa masalah, yang paling utama ialah keterbatasan transfer massa dan laju reaksi yang lambat diakibatkan oleh sistem minyak dan metanol yang tidak saling melarut, dan yang kedua adalah dalam hal pemurnian biodiesel hingga dapat digunakan langsung pada mesin. Banyak hal yang telah dilakukan untuk mengatasi hal tersebut, seperti penggunaan katalis heterogen, meningkatkan aktifitas katalis hingga penggunaan co-solvent untuk meningkatkan kelarutan antara minyak dan metanol [12].

2.3 Proses Transesterifikasi Minyak Sawit

Proses pembuatan biodiesel yang paling umum digunakan adalah proses transesterifikasi yang dilakukan dengan mereaksikan minyak dan alkohol dengan

menggunakan bantuan katalis untuk mempercepat reaksi yang terjadi. Disamping penggunaan katalis untuk mempercepat reaksi, penggunaan pelarut juga digunakan sebagai salah satu cara untuk mempercepat reaksi agar mendapatkan hasil yang optimal.

2.3.1 Transesterifikasi tanpa Menggunakan Pelarut

Proses pembuatan biodiesel yang biasa dilakukan dengan proses yang mudah serta dapat dikembangkan dalam industri yaitu dengan reaksi alkoholisis (transesterifikasi). Reaksi alkoholisis merupakan reaksi kimia dari minyak atau lemak dengan alkohol dengan bantuan katalis asam atau basa yang akan membentuk ester dan gliserol. Reaksi ini merupakan reaksi reversible yang berurutan dimana trigliserida dikonversikan menjadi digliserida, digliserida kemudian dikonversikan menjadi monogliserida dan diikuti pengkonversian monogliserida menjadi gliserol. Dari masing – masing tahapan tersebut terbentuk ester dan tiga molekul ester dibentuk dari satu molekul trigliserida [20].

Reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut :

Trigliserida metanol metil ester digliserida

Digliserida metanol metil ester monogliserida

Monogliserida metanol metil ester gliserol

Gambar 2.1 Tahapan Reaksi Alkoholisis [20] katalis

katalis

Berikut ini merupakan mekanisme reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa.

Step 1 :

Step 2 :

Step 3 :

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa homogen [21]

Katalis berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi dan laju reaksi dan yield

dari suatu reaksi. Dalam pembuatan biodiesel yang merupakan reaksi bolak-balik (reversible), alkohol berlebih digunakan untuk menghambat terjadinya reaksi balik ke arah reaktan. Katalis yang umum digunakan pada produksi biodiesel melalui proses transesterifikasi adalah katalis basa yang bersifat homogen, seperti natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), dan natrium metoksida (NaOCH3).

Penggunaan katalis asam juga dapat digunakan dalam pembuatan biodiesel, akan tetapi, hal ini dapat menyebabkan korosi pada peralatan yang digunakan dan reaksi yang berjalan juga lambat [22]. Penggunaan katalis basa yang bersifat homogen pada pembuatan biodiesel memberikan beberapa dampak negatif, seperti menghasilkan air buangan dalam jumlah besar dalam proses pemurniannya dan katalis yang tidak dapat digunakan kembali. Penggunaan katalis basa (seperti NaOH, KOH dan

NaOCH3) juga sangat sensitif terhadap keberadaan air (diatas 2% v/v) maupun asam

lemak bebas pada minyak (diatas 0,05% v/v) yang akan dijadikan biodiesel. Disamping kerugian menggunakan katalis basa yang bersifat homogen, terdapat keuntungan penggunaannya, yaitu : (1) reaksi yang berlangsung sangat cepat, (2) menggunakan energi yang lebih sedikit, dan (3) katalis basa seperti NaOH dan KOH mudah ditemukan dan harganya murah [20; 22; 23].

2.3.2 Transesterifikasi dengan Menggunakan Pelarut

Dalam reaksi transesterifikasi sendiri juga terdapat masalah yaitu tidak larutnya fasa minyak dan alkohol yang akan mengganggu jalannya laju reaksi [9]. Berbagai cara yang telah dikembangkan untuk mengatasi masalah ini misalnya dengan penambahan co-solvent yang dapat meningkatkan kelarutan antara minyak dan alkohol yang digunakan. Beberapaco-solventyang telah digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis homogen adalah tetrahydrofuran

(THF), aseton, dietil eter dan chlorobenzene [8; 9]. Akan tetapi, co-solvent yang selama ini digunakan dalam pembuatan biodiesel bersifat racun terhadap lingkungan, sehingga penggunaannya dapat merusak lingkungan apabila digunakan berlebihan. Penelitian mengenai pelarut yang ramah lingkungan dalam beberapa tahun terakhir telah menjadi kajian yang sangat strategis dalam teknologi ramah lingkungan [10]. Hal tersebut bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan-bahan berbahaya dan mengurangi polusi lingkungan. Banyak penelitian yang dilakukan untuk mengembangkan suatu pelarut yang ramah lingkungan, salah satunya ialah Ionic Liquids (ILs), yang pada awalnya telah menarik banyak perhatian karena sifat fisika dan kimianya. Namun dalam beberapa penelitian menunjukkan bahwa ILs memiliki kekurangan dalam hal toksisitas, biodegradibilitas yang rendah dan harga yang mahal [11]. Salah satu contoh pengembangan mengenai sistem pelarut organik yang murah dan ramah lingkungan yang dikenal sebagai Deep eutectic solvents (DES) sangat menarik dikarenakan DES merupakan pelarut yang sangat ramah lingkungan [12].

2.4 Deep Eutectic Solvent(DES)

Ketertarikan terhadap Deep Eutectic Solvent (DES) sebagai salah satu terknologi ramah lingkungan untuk pengaplikasiannya dalam industri telah

berkembang dalam beberapa tahun terakhir [24]. DES merupakan suatu pelarut ramah lingkungan yang saat ini telah banyak diaplikasikan dalam pemrosesan kimia [12]. Konsep DES pertama kali dikenalkan oleh Abbot et al. Secara umum DES merupakan suatu jenis pelarut yang terbentuk dari dua campuran yang membentuk titik eutaktik dan mempunyai titik beku yang jauh lebih rendah daripada masing-masing komponen penyusunnya [11].

Deep Eutectic Solvent (DES) merupakan campuran dari suatu komponen garam ammonium kuartener dengan suatu senyawa organik yang berfungsi sebagai

hydrogen bond donor (HBD) seperti alkohol, asam, halida, amina, asam amino dan lain-lain hingga membentuk campuran eutektik [11; 25]. Meskipun memiliki sifat yang hampir sama dengan Ionic Liqiuds (ILs), akan tetapi, DES tidak dapat dikatakan sebagai ILs, hal ini dikarenakan : (1) DES tidak terbentuk dari jenis ionik dan (2) dapat ditemukan dari jenis non-ionik [26]. DES merupakan suatu terobosan pelarut baru yang murah, mudah diproduksi, dan memiliki tingkat kemurnian yang tinggi menjadikan DES mempunyai potensi yang besar dalam pengaplikasiannya dalam skala yang besar [3; 27]. DES sebagai sebuah terobosan pelarut yang baru mempunyai beberapa kelebihan seperti : (1) bio-degradable, (2) tidak mudah terbakar, (3) toksisitas rendah, (4) tekanan uap yang rendah, dan (5) stabilitas panas yang tinggi, (6) harga yang murah (7) mudah disintesis dengan kemurnian yang tinggi, [11; 25; 28].

Gambar 2.4 Diagram Representasi Teori Titik Eutektik Campuran [29]

melting point of A

liquid L melting point of B

eutectic point

A + L B + L

DES telah banyak digunakan dalam proses pembuatan biodiesel, beberapa diantaranya dengan menggunakan choline chloride : gliserol, dan choline chloride : PTSA [12, 14]. Selain penggunaannya sebagai pelarut dalam sintesis biodiesel, DES juga telah digunakan dalam bidang elektrodeposisi, katalis ataupun pelarut dalam bidang reaksi kimia, enzimatik, dan sebagai pelarut pada ekstraksi [15]. DES dapat digunakan sebagai pelarut untuk pembuatan polimer, absorpsi CO2, dan pemurnian

biodiesel [30].

Berikut merupakan gambar ilustrasi pembuatan biodiesel tanpa menggunakan DES dan dengan menggunakan DES.

a. Tanpa DES

b. Menggunakan DES

Gambar 2.5 Ilustrasi pembuatan biodiesel (a) tanpa menggunakan DES dan (b) menggunakan DES [12]

Penggunaan DES dalam reaksi pembuatan biodiesel bertujuan untuk mengubah distribusi fasa komponen pada campuran reaktan yang bertujuan untuk mengurangi terbentuknya reaksi saponifikasi, dan mempermudah pemisahan dan pemurnian produk biodiesel [12].

2.5 SintesisDeep Eutectic Solvent(DES)

Secara umum, DES dibuat dari garam berbasis ammonium ataupun

phosponium. Garam tersebut dicampurkan dengan rasio yang berbeda-beda dengan HBD nya seperti : alkohol, asam karboksilat, ester, eter, amida, nitrat, maupun asetat [29]. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, pembuatan DES sangat mudah dan cepat, dan tidak memerlukan pemurnian sama sekali. Proses pembuatan DES yang telah dilakukan adalah dengan menimbang HBD dan garam kuartener dan dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang tertutup (hal ini disebabkan karena tingkat higroskopis bahan yang tinggi sehingga harus diisolasi dari uap air yang ada di udara), kemudian dilakukan pemanasan dan pengadukan hingga terbentuk cairan tidak berwarna (biasanya 2 jam pada 60oC) [31].

Berikut merupakan ilustrasi interaksi antaraHydrogen Bond Acceptor(ChCl) dan

Hydrogen bond Donor(R-OH).

Gambar 2.6 Interaksi antaraHydrogen Bond Acceptor(ChCl) danHydrogen bond Donor(R-OH) [32]

Salah satu contoh DES yang dapat dibentuk ialah dengan menggunakan campuran choline chloride dan urea dengan perbandingan 1:2 (dengan titik leleh masing-masing ialah 247 dan 133 o_{C) menghasilkan DES dengan titik leleh yang}

sangat rendah yaitu 12 o_{C [30]. ChCl menjadi sebuah garam amonium kuaterner}

yang bermanfaat hal ini dikarenakan ChCl merupakan garam amonium kuaterner asimetris dengan gugus fungsi polarnya. Sifat asimetris molekul tersebut akan mengurangi titik beku molekul cairan ionik, seperti halnya gugus fungsional polar [29].

2.6 Aplikasi DES dalam Bidang Pembuatan Biodiesel

Penggunaan DES dalam bidang pembuatan biodiesel selain sebagai pelarut untuk memudahkan pencampuran fasa minyak dengan alkohol juga dapat digunakan sebagai katalis dan pengekstrak gliserol yang dihasilkan dari reaksi

2.6.1 Penggunaan DES sebagai Katalis dalam Transesterifikasi

Dalam proses transesterifikasi DES dapat digunakan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi. Long, pada tahun 2010 mempublikasikan pengunaan DES untuk katalis dalam reaksi transesterifikasi dengan menggunakan DES berbasis ChCl:ZnCl2 (1:2) [33]. Selain sebagai katalis pada reaksi yang bersifat kimia, DES

juga dapat digunakan pada reaksi pembuatan biodiesel dengan menggunakan biokatalis. Hal ini disebabkan karena DES memiliki beberapa kelebihan diantaranya harganya yang murah, tidak bersifat racun,biodegradable,lipase-compability (dapat menaikkan selektivitas lipase hingga 99 %) [34]

2.6.2 Penggunaan DES untuk Pemisahan Gliserol dari Biodiesel Mentah

Selain sebagai katalis dalam reaksi transesterifikasi, DES dapat digunakan untuk mengekstrak gliserol dari biodiesel mentah sehingga memudahkan pemisahan dan pemurnian biodiesel. Abbot, pada tahun 2007, melaporkan bahwa DES berbasis ChCl:Gliserol (1:1) efektif digunakan untuk mengekstrak gliserol yang terdapat pada biodiesel mentah sehingga memudahkan proses pemisahan [35].

2.6.3 Penggunaan DES sebagaiCo-Solventdalam Pembuatan Biodiesel

Penggunaan DES sebagai co-solvent pada proses pembuatan biodiesel bertujuan untuk meningkatkan kelarutan antara minyak dengan alkohol sehingga akan mempercepat transfer massa antara kedua reaktan tersebut [12]. Zhao, pada tahun 2013 menggunakan DES berbasis ChCl:Gliserol (1:2) sebagai co-solvent pada pembuatan biodiesel dengan menggunakan reaksi enzimatis [15]. Gu, pada tahun 2015 juga menggunakan DES berbasis ChCl:Gliserol (1:2) sebagai co-solvent pada pembuatan biodiesel dengan reaksi kimia [12].

Penggunaan co-solvent DES pada bidang pembuatan biodiesel dapat mempercepat reaksi karena penggunan co-solent itu sendiri dapat mempercepat

transfer massa akibat penurunan tegangan permukaan dari zat yang akan direaksikan [36]. Tegangan permukaan sangat bergantung dari besarnya interaksi intermolekul dari suatu zat, apabila interaksi antar molekulnya semakin besar, maka tegangan permukaan akan semakin kuat [37]. Penggunaan DES dapat menurunkan tegangan permukaan antara dua campuran cairan yang tidak saling melarut disebabkan oleh terbentuknya capillary bridge/capillary force pada interfacial area campuran.

Capillary forces merupakan gaya tarik menarik yang terbentuk di area kontak antar partikel berdekatan.Capillary forces dapat dikatakan sebagai cara dimana salah satu fasa fluida dapat membentuk meniscus dalam fasa fluida lain. Capillary forces tidak hanya dapat diakibatkan oleh terbentuknya meniscus, namun juga adanya capillary bridge oleh cairan didalam cairan lain sehingga dapat melarutkan dua larutan yang tidak saling melarut [38].

2.7 Potensi Ekonomi

Penggunaan minyak sawit mentah atau Crude Palm Oil (CPO) memiliki keuntungan jika digunakan langsung sebagai bahan baku pengunaan biodiesel karena tidak memerlukan tahapan pemurnian minyak sehingga dapat menekan harga produksi dari biodiesel itu sendiri. Namun, disamping keuntungan sebagai bahan baku yang digunakan langsung, CPO juga memiliki beberapa kelemahan karena tingginya kadar asam lemak bebas dari minyak sawit mentah yang belum di olah sehingga dapat membentuk sabun yang dapat membentuk emulsi sehingga mempersulit proses pemisahan yang dilakukan dan biaya produksi juga akan semakin meningkat.

Deep Eutectic Solvent (DES) berbasis Choline Chloride - etilen glikol dapat digunakan sebagai co-solvent dalam menanggulangi permasalahan pembuatan biodiesel dengan menggunakan CPO sebagai bahan baku yang mana memiliki kadar asam lemak yang sangat tinggi. Dengan penambahan DES, bahan baku CPO dapat digunakan langsung tanpa proses pemurnian dan hasil yang didapat tidak membentuk sabun sehingga proses pemisahan yang dilakukanpun lebih mudah. Akan tetapi, harga choline chloride yang digunakan masih tergolong mahal, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut untuk penggunaan ulang DES agar dapat menekan harga produksi biodiesel.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Diesel merupakan bahan bakar yang secara luas digunakan dalam bidang transportasi, pertanian dan industri, yang berguna untuk menghasilkan energi dari proses pembakaran bahan bakar tersebut sehingga dapat menggerakkan mesin [1]. Seiring berjalannya waktu, bahan bakar diesel yang merupakan bahan bakar yang dihasilkan dari fosil makhluk hidup jutaan tahun lalu akan semakin berkurang ketersediaannya [2]. Selain itu, bahan bakar diesel juga memiliki efek negatif karena kandungan senyawa aromatik dan sulfur yang terdapat pada bahan bakar yang berasal dari fosil sehingga dapat merusak lingkungan [3].

Biodiesel merupakan suatu alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar diesel yang berasal dari fosil. Biodiesel dapat diproduksi dari minyak nabati, lemak hewani, minyak bekas, dan minyak yang tidak dapat dikonsumsi [4; 5]. Proses pembuatan biodiesel yang paling umum digunakan adalah proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa [6]. Pembuatan biodiesel dengan menggunakan proses transesterifikasi secara umum dilakukan dengan mereaksikan trigliserida dengan menggunakan metanol dan etanol [7]. Namun, proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan metanol memiliki beberapa kelemahan karena metanol bersifat racun [6] dan belum sepenuhnya dapat dikatakan sebagai energi terbarukan, karena metanol secara umum dihasilkan dari minyak bumi, gas alam dan batubara [5], sedangkan etanol memiliki kekurangan dalam hal reaktifitasnya dalam proses transesterifikasi dan proses pemisahannya karena terbentuknya emulsi yang stabil sehingga proses pemisahan dari gliserol sangat sulit [4; 6] akan tetapi, biodiesel yang dihasilkan dari etanol lebih biodegradable dalam air, memiliki nilai setana dan nilai pembakaran yang lebih tinggi, dan titik embun dan titik tuang yang lebih rendah dibandingkan dengan biodiesel yang terbentuk dari metanol [4].

Secara umum pembuatan biodiesel dilakukan dengan menggunakan katalis untuk mempercepat reaksi. Katalis yang biasa digunakan merupakan katalis basa homogen seperti KOH dan NaOH. Namun, dalam penggunaan katalis yang bersifat homogen tersebut memiliki masalah seperti dalam proses pencucian biodiesel yang

dihasilkan karena banyaknya air pencuci yang digunakan untuk memisahkan katalis dan sabun yang terbentuk [8]. Dalam reaksi transesterifikasi sendiri juga terdapat masalah yaitu tidak larutnya fasa minyak dan alkohol yang akan mengganggu jalannya laju reaksi [9]. Berbagai cara yang telah dikembangkan untuk mengatasi masalah ini misalnya dengan penambahan co-solvent yang dapat meningkatkan kelarutan antara minyak dan alkohol yang digunakan. Beberapaco-solventyang telah digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis homogen adalah tetrahydrofuran (THF), aseton, dietil eter dan chlorobenzene [8; 9]. Akan tetapi, co-solvent yang selama ini digunakan dalam pembuatan biodiesel bersifat racun terhadap lingkungan, sehingga penggunaannya dapat merusak lingkungan apabila digunakan berlebihan.

Penelitian mengenai pelarut yang ramah lingkungan dalam beberapa tahun terakhir telah menjadi kajian yang sangat strategis dalam teknologi ramah lingkungan [10]. Hal tersebut bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan-bahan berbahaya dan mengurangi polusi lingkungan. Banyak penelitian yang dilakukan untuk mengembangkan suatu pelarut yang ramah lingkungan, salah satunya ialah

Ionic Liquids (ILs), yang pada awalnya telah menarik banyak perhatian karena sifat fisika dan kimianya. Namun dalam beberapa penelitian menunjukkan bahwa ILs memiliki kekurangan dalam hal toksisitas, biodegradibilitas yang rendah dan harga yang mahal [11]. Salah satu contoh pengembangan mengenai sistem pelarut organik yang murah dan ramah lingkungan yang dikenal sebagai Deep eutectic solvents

(DES) sangat menarik dikarenakan DES merupakan pelarut yang sangat ramah lingkungan [12]. DES dibentuk dengan mencampurkan suatu molekul Hydrogen Bond Donor (HBD) dengan suatu garam halida [13]. DES dalam penggunaannya sebagai pelarut yang ramah lingkungan, saat ini telah digunakan dalam beberapa pengaplikasian seperti : (1) pembuatan biodiesel, (2) pemisahan, (3) pemurnian, (4) elektrokimia, (5) kimia bahan, dan lain lain [12].

Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, Gu, dkk., pada tahun 2014 mempublikasikan bahwa proses sintesis biodiesel dengan menggunakan DES berbasis choline chloride/gliserol dengan perbandingan (1:2) sebagai pelarut didapatkan yield yang tinggi, yaitu hingga 98% [12]. Hayyan, dkk., tahun 2013 melaporkan bahwa proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan DES berbasis

choline chloride/PTSA (p-toluenesulfonic acid monohydrate). Dari penelitian yang dilakukan, didapatkan yield sebesar 92% [14]. Zhao, dkk., tahun pada 2013 juga melaporakan bahwa penggunaan DES berbasis choline chloride/gliserol (1:2) yang digunakan dalam reaksi enzimatik sintesis biodiesel menghasilkan yield sebesar 88% [15]. Akan tetapi, walaupun DES mempunyai sifat yang lebih menjanjikan sebagai suatu pelarut yang ramah lingkungan, DES mempunyai keterbatasan dalam hal viskositas yang membuatnya tidak dapat bekerja dengan baik sebagai suatu pelarut. Hal ini dapat diatasi dengan melarutkannya dengan air seperti yang dilaporkan oleh Dai, dkk., pada tahun 2015. Dimana dengan penambahan sedikit air akan dapat mengurangi viskositas dan meningkatkan konduktivitas dari DES yang dihasilkan [16].

Deep eutectic solvent (DES) merupakan pelarut yang cukup potensial untuk digunakan dalam sintesis biodiesel. Choline chloride : etilen glikol merupakan salah satu campuran yang dapat membentuk DES, dan telah di aplikasikan sebagai pelarut pada proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan metanol sebagai alkohol, namun belum ada penelitian yang mengkaji tentang penggunaan DES berbasis choline chloride : etilen glikol sebagaico-solventdalam pembuatan biodiesel melalui reaksi etanolisis. Oleh karena itu peneliti ingin mengetahui efek penambahan co-solventdan dalam mensintesis biodiesel dengan menggunakan etanol sebagai alkohol khususnya dari minyak sawit.

1.2 Rumusan Masalah

Deep eutectic solvent (DES) merupakan campuran garam halida dengan suatu donor ikatan hidrogen yang berfungsi sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel. Namun penggunaan DES berbasis choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent

dalam pembuatan biodiesel melalui reaksi etanolisis belum dilaporkan. Oleh karena itu, akan dikaji pengaruh penggunaan co-solvent choline chloride : etilen glikol dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak sawit.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menguji potensi dan keefektifan penggunaan DES berbasis choline chloride: etilen glikol sebagaico-solventdalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak sawit.

2. Menguji kualitas biodiesel yang dihasilkan dalam penelitian ini seperti, kemurnian, viskositas, densitas, dan titik nyala.

1.4 Manfaat Penelitian

Mendapatkan informasi mengenai pengaruh penggunaan co-solvent choline chloride : etilen glikol dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak sawit

1.5 Ruang Lingkup

1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan.

2. Bahan baku yang digunakan adalah choline chloride (ChCl), etilen glikol (C2H6O2), kalium hidroksida (KOH), etanol (C2H5OH) dan minyak sawit.

3. Sintesisdeep eutectic solvents(DES) dilakukan dengan kondisi reaksi: a. Variabel tetap

 Suhu = 80oC [12]

 Waktu = 1 jam [12]

 Kecepatan pengadukan = 300 rpm [12]

b. Variabel bebas

 Rasio molar ChCl : etilen glikol = 1:2

4. Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan kondisi reaksi:

a. Variabel tetap

 Kecepatan pengadukan = 600 rpm [4]

 Suhu = 70oC [4]

 Waktu = 1 jam [4]

 Konsentrasi katalis KOH = 0,75 % berat minyak [4] b. Variabel bebas

 Konsentrasi DES = 1; 2; 3; 4; 5; 6%,berat minyak

5. Analisis yang dilakukan adalah:

a. Analisis komposisi bahan baku minyak sawit dengan menggunakan GCMS

b. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku minyak sawit dengan menggunakan metoda tes AOCSOfficial MethodCa 5a-40

c. Analisis densitas DES yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109 d. Analisis viskositas DES yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D 445 e. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan

GCMS

f. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D 445

g. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109 h. Analisis titik nyala

i. Analisis fasa etanol – minyak dengan menggunakan metoda Capillary Bridge

ABSTRAK

Transesterifikasi merupakan salah satu proses pembuatan bahan bakar ramah lingkungan yang dilakukan dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol menggunakan bantuan katalis asam atau basa yang akan membentuk ester dan gliserol. Penelitian ini bertujuan untuk menguji potensi dan keefektifan penggunaan Deep Eutectic Solvent (DES) berbasischoline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis dengan menggunakan bahan baku minyak sawit. Proses sintesis DES dilakukan dengan mencampurkancholine chloride: etilen glikol dengan perbandingan 1:2 (mol/mol) ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan pada suhu 80 o_{C dengan pengadukan 300 rpm selama 60 menit.}

Variasi konsentrasi DES yang digunakan sebesar 1; 2; 3; 4; 5 dan 6 % berat minyak. Hasil terbaik diperoleh yield sebesar 81,72 % dengan kemurnian etil ester 99,35 % pada kondisi rasio molar etanol : minyak : 9:1, jumlah DES 4 % berat minyak, katalis 0,75 %, temperatur reaksi 70 °C, kecepatan pengadukan 600 rpm dan waktu reaksi selama 60 menit.

ABSTRACT

Transesterification is a process of making an environmentally friendly fuel that is made by reacting oil or fat with alcohol utilize with acid or base catalysts which will form esters and glycerol. This study was aimed to test the potency and effectiveness of Deep Eutectic Solvent (DES) based choline chloride : ethylene glycol as co-solvent in biodiesel synthesis through ethanolysis reaction using palm oil feedstock. DES synthesis process is conducted by mixing choline chloride : ethylene glycol 1: 2 (mol / mol) ratio into erlenmeyer and heated at 80 °C temperature with 300 rpm stirring speed for 60 minutes. DES concentration variation used by 1; 2; 3; 4; 5 and 6% wt oil. Best results yield 81,72% with 99,35% ethyl ester content was obtained at molar ratio of ethanol:oil : 9:1, amount of DES 4% oil wt, 0,75% catalyst, 70 °C reaction temperature, 600 rpm stirring speed and 60 minutes reaction time.

Keywords : Transesterification, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Ethylene Glycol

PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM

DEEP EUTECTIC SOLVENT

_{(DES) BERBASIS}

CHOLINE CHLORIDE

_{– ETILEN GLIKOL}

SKRIPSI

Oleh

LEONARDO INDRA

120405068

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2016

PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM

DEEP EUTECTIC SOLVENT

_{(DES) BERBASIS}

CHOLINE CHLORIDE

_{– ETILEN GLIKOL}

SKRIPSI

Oleh

LEONARDO INDRA

120405068

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2016

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Halim Gietari dan Ibu Yesika Indra

Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik

dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.

Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Leonardo Indra NIM : 120405068

Tempat/Tgl. Lahir : Padang / 22 Agustus 1995 Nama orang tua : Halim Gietari dan Yesika Indra Alamat orang tua :

Jalan H. Piobang No 16 Payakumbuh Asal Sekolah :

 TK Pius Payakumbuh, tahun 1999-2001  SD Pius Payakumbuh, tahun 2001-2007  SMP Fidelis Payakumbuh, tahun 2007-2010  SMA Don Bosco Padang, tahun 2010-2012 Pengalaman Organisasi/Kerja :

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi.

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai anggota.

ABSTRAK

Transesterifikasi merupakan salah satu proses pembuatan bahan bakar ramah lingkungan yang dilakukan dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol menggunakan bantuan katalis asam atau basa yang akan membentuk ester dan gliserol. Penelitian ini bertujuan untuk menguji potensi dan keefektifan penggunaan Deep Eutectic Solvent (DES) berbasischoline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis dengan menggunakan bahan baku minyak sawit. Proses sintesis DES dilakukan dengan mencampurkancholine chloride: etilen glikol dengan perbandingan 1:2 (mol/mol) ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan pada suhu 80 o_{C dengan pengadukan 300 rpm selama 60 menit.}

Variasi konsentrasi DES yang digunakan sebesar 1; 2; 3; 4; 5 dan 6 % berat minyak. Hasil terbaik diperoleh yield sebesar 81,72 % dengan kemurnian etil ester 99,35 % pada kondisi rasio molar etanol : minyak : 9:1, jumlah DES 4 % berat minyak, katalis 0,75 %, temperatur reaksi 70 °C, kecepatan pengadukan 600 rpm dan waktu reaksi selama 60 menit.

ABSTRACT

Transesterification is a process of making an environmentally friendly fuel that is made by reacting oil or fat with alcohol utilize with acid or base catalysts which will form esters and glycerol. This study was aimed to test the potency and effectiveness of Deep Eutectic Solvent (DES) based choline chloride : ethylene glycol as co-solvent in biodiesel synthesis through ethanolysis reaction using palm oil feedstock. DES synthesis process is conducted by mixing choline chloride : ethylene glycol 1: 2 (mol / mol) ratio into erlenmeyer and heated at 80 °C temperature with 300 rpm stirring speed for 60 minutes. DES concentration variation used by 1; 2; 3; 4; 5 and 6% wt oil. Best results yield 81,72% with 99,35% ethyl ester content was obtained at molar ratio of ethanol:oil : 9:1, amount of DES 4% oil wt, 0,75% catalyst, 70 °C reaction temperature, 600 rpm stirring speed and 60 minutes reaction time.

Keywords : Transesterification, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Ethylene Glycol

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI

RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT i ii iii v vi vii viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN BAB I PENDAHULUAN

xv xvi 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN 4

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 POTENSI MINYAK SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU 6

2.2 BIODIESEL 7

2.3 PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT 2.3.1 Transesterifikasi tanpa Menggunakan Pelarut

7 8 2.3.2 Transesterifikasi dengan Menggunakan Pelarut 10

2.4DEEP EUTECTIC SOLVENTS(DES) 10

2.5 SINTESISDEEP EUTECTIC SOLVENTS(DES) 13 2.6 APLIKASI DES DALAM BIDANG PEMBUATAN BIODIESEL 14 2.6.1 Penggunaan DES sebagai Katalis dalam Transesterifikasi 14 2.6.2 Penggunaan DES untuk Pemisahan Gliserol dari Biodiesel

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Tahapan Reaksi Alkoholisis 8

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan

menggunakan basa homogen 9

Gambar 2.3 Diagram Representasi Teori Titik Eutektik Campuran 11 Gambar 2.4

Gambar 2.5

Ilustrasi pembuatan biodiesel (a) tanpa menggunakan DES dan (b) menggunakan DES

Interaksi antara Hydrogen Bond Acceptor (ChCl) dan Hydrogen bond Donor(R-OH)

12

13 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Sintesis Deep Eutectic Solvent

(DES) dariCholine Cloridedan Etilen Glikol 19 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Sintesis Biodiesel dari Minyak

Sawit Secara Transesterifikasi Menggunakan Katalis KOH danDeep Eutectic Solvent(DES) sebagai

Co-Solvent 20

Gambar 3.3 FlowchartPretreatmentBahan Baku 23 Gambar 3.4 Flowchart Proses SintesisDeep Eutectic Solvent(DES) 23 Gambar 3.5 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24

Gambar 4.1 Analisis kadar ALB CPO dan DPO 26

Gambar 4.2 Analisis kadar air CPO dan DPO 27

Gambar 4.3 Yield biodiesel vs Jumlah DES 28

Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar D.1 Gambar D.2 Gambar D.3 Gambar D.4 Gambar D.5

Proses pemisahan (a) tanpa DES (b) dengan DES Proses pencucian biodiesel (a) tanpa DES 3 kali pencucian (b) tanpa DES 6 kali pencucian (c) dengan DES 3 kali pencucian

Fasa etanol – minyak (a) tanpa DES (b) dengan DES Pembuatandeep eutectic solvent

Prosesdegummingminyak sawit

Rangkaian peralatan pembuatan biodiesel Pembuatan biodiesel

Pemisahan biodiesel dan gliserol hasil reaksi

29 30 31 48 48 49 49 50

Gambar D.6 Gambar D.7 Gambar D.8 Gambar D.9 Gambar D.10 Gambar D.11

Pencucian biodiesel Pengeringan biodiesel DES yang dihasilkan Biodiesel yang dihasilkan Analisis viskositas

Analisis densitas

50 51 51 52 52 53

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Kandungan asam lemak pada buah sawit 6 Tabel 3.1 Rancangan percobaan sintesis biodiesel 17 Tabel 4.1 Komposisi asam lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25

Tabel 4.2 Banyak pencucian yang dilakukan 31

Tabel 4.3 Karakteristik Biodiesel 32

Tabel A.1 Komposisi asam lemak CPO 41

Tabel A.2 Komposisi trigliserida CPO 41

Tabel A.3 Tabel A.4 Tabel B.1 Tabel B.2 Tabel B.3

Kadar air CPO

Kadarfree fatty acid(FFA) CPO

Hasil analisis densitas biodiesel suhu 15oC Hasil analisis viskositas biodiesel

Hasilyielddan kemurnian etil ester

42 42 43 43 43

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU

LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil

Analisis GCMS 41

LA.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO 41

LA.3 Kadar Air CPO 42

LA.4 KadarFree Fatty Acid(FFA) CPO 42

LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 43

LB.1 Data Densitas Biodiesel

LB.2 Data Viskositas Kinematik Biodiesel LB.3 DatayieldEtil Ester

43 43 43

LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 44

LC.1 Perhitungan Kadar FFA CPO

LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Degumming

LC.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming

44

44

44

LC.2 Perhitungan Kebutuhan Etanol 45

LC.3 Perhitungan Densitas Biodiesel 46

LC.4 Perhitungan Viskositas Biodiesel 46

LC.5 PerhitunganYieldBiodiesel 47

LAMPIRAN D LAMPIRAN E

DOKUMENTASI

HASIL UJI LABORATORIUM

48 54 LE.1 Hasil Uji Bahan Baku Minyak Kelapa Sawit (CPO) 54 LE.2 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan tanpa DES 55 LE.3 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 1% 56 LE.4 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 2% 57 LE.5 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 3% 58 LE.6 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 4%

LE.7 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 5% LE.8 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 6%

59 60 61

DAFTAR SINGKATAN

KOH NaOH THF ILs DES HBD PTSA ChCl GCMS FFA AOCS OECD ASTM CPO CPKO NaOCH3 CO2 ZnCl2 wt Kalium Hidroksida Natrium Hidroksida Tetrahydrofuran Ionic Liquids

Deep Eutectic Solvents Hydrogen Bond Donor

p-Toluenesulfonic Acid Monohydrate Choline Chloride

Gas Chromatography Mass Spectrometry Free Fatty Acid

American Oil Chemists' Society

Organisation for Economic Co-operation and Development American Standard Testing Method

Crude Palm Oil

Crude Palm Kernel Oil Natrium Metoksida Karbon Dioksida Zinc Chloride berat rpm PPKS St cSt GC DPO ALB

Revolutions per Minute Pusat Penelitian Kelapa Sawit Stokes

Centistokes

Gas Chromatography Degumming Palm Oil Asam Lemak Bebas cP

FAEE FOEE

Centipoise

Fatty Acid Ethyl Ester Fish Oil Ethyl Ester

SNI BM

Standar Nasional Indonesia Berat Molekul