3.2 BAHAN DAN PERALATAN
20 3.2.1
Bahan Penelitian 20
3.2.2 Peralatan Penelitian
20 3.3 RANCANGAN PERCOBAAN
21 3.4 PROSEDUR PENELITIAN
22 3.4.2 Proses Esktraksi Reaktif
22 3.4.2 Prosedur Analisis
22 3.4.2.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku
22 3.4.2.2 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan
23 Baku Mesokarp Buah Sawit
3.4.2.3 Analisis Kemurnian Biodiesel yang Dihasilkan 23
3.4.2.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 23
3.4.2.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 24 3.5 FLOWCHART PENELITIAN
24
3.5.1 Analisis Kadar Minyak Bahan Baku 24
3.5.2 Proses Ekstraksi Reaktif 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 26
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU MESOKARP BUAH SAWIT 26
4.2 PROSES REAKTIF EKSTRASI 29
4.2.1 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Perolehan Yield 29
Biodiesel 4.2.2 Pengaruh Konsentrasi Katalis Terhadap Perolehan Yield
31` Biodiesel
4.2.3 Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Perolehan Yield 32
Biodiesel 4.3 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL
34 4.3.1 Analisis Densitas Biodiesel
34 4.3.2 Analisis Viskositas Biodiesel
35 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
37 5.1 KESIMPULAN
37 5.2 SARAN
37 DAFTAR PUSTAKA
38
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Bagian dan Komposisi Buah Sawit
10 Gambar 2.2 Transesterifikasi Enzimatik Minyak Nabati dengan
17 Dimetil Karbonat DMC dalam Sistem Pelarut
Gambar 3.1 Flowchart Analisis Kadar Minyak Bahan Baku 24
Gambar 3.2 Flowchart Proses Ekstraksi Reaktif 25
Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 27
CPO Gambar 4.2 Pengaruh Rasio Molar Reaktan Terhadap Perolehan Yield
29 Biodiesel, pada waktu reaksi 24 jam, suhu reaksi 60
o
C, kecepatan pengadukan 300 rpm
Gambar 4.3 Reaksi Transesterifikasi Enzimatis dari Trigliserida 29
Menjadi Metil Ester Menggunakan Pelarut Dimetil Karbonat Gambar 4.4 Pengaruh Konsentrasi Katalis Novozym 435 Terhadap
31 Perolehan Yield Biodiesel, pada rasio molar reaktan 60:1,
suhu reaksi 60
o
C, kecepatan pengadukan 300 rpm Gambar 4.5 Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Perolehan Yield
32 Biodiesel, pada Konsentrasi katalis novozym 435 10,
suhu reaksi 60
o
C, kecepatan pengadukan 300 rpm Gambar L4.1 a Mesokarp Setelah Diiris, b Mesokarp Setelah
50 Dihancurkan
Gambar L4.2 a Novozym 435 Sebelum Digunakan, b Novozym 435 50
Dibungkus, c Novozym 435 Setelah Digunakan Gambar L4.3 Foto Proses Ekstraksi CPO dari Mesokarp Sawit
50 Gambar L4.4 a Proses Ekstraksi Reaktif, b Hasil Proses Reaksi
51 Gambar L4.5 Penyaringan Hasil Proses Ekstraksi Reaktif
51 Gambar L4.6 Proses Evaporasi
52 Gambar L4.7 a Biodiesel yang Dihasilkan, b Penyimpanan Biodiesel
52 dalam Vial
Gambar L4.8 a Alat mengukur viskositas dan densitas biodiesel, 54
b Hasil pembacaan nilai viskositas dan densitas biodiesel,
Universitas Sumatera Utara
c Hasil pembacaan nilai viskositas dan densitas biodiesel duplo, d Salinan hasil pembacaan nilai viskositas dan
densitas biodiesel Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO
55 Crude Palm Oil
Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 56
Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 57
Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 58
Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 59
Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 60
Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 61
Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 62
Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8 63
Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9 64
Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10 65
Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11 66
Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12 67
Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13 68
Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 14 69
Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15 70
Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16 71
Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 17 72
Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 18 73
Gambar L5.20 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 19 74
Gambar L5.21 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 20 75
Gambar L5.22 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 21 76
Gambar L5.23 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 22 77
Gambar L5.24 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 23 78
Gambar L5.25 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 24 79
Gambar L5.26 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 25 80
Gambar L5.27 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 26 81
Gambar L5.28 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 27 82
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel
4 Dengan Pelarut Dimethyl Carbonate DMC dan Penggunaan
Katalis Heterogen Novozym 435 Tabel 2.1 Standar Biodiesel Berdasarkan ASTM D 675109, EN 1421403, 9
dan Pr EN 1421409 Tabel 2.2 Data Volume dan Nilai Ekspor CPO Indonesia pada Tahun
11 2001-2013
Tabel 2.3 Komposisi Komponen Utama dalam CPO 11
Tabel 2.4 Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Dimetil Karbonat 13
Tabel 2.5 Sifat-Sifat Biokatalis Novozym 435 15
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian 21
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO Crude Palm Oil 27
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada CPO 28
Tabel 4.3 Hasil Analisis Densitas Metil Ester 34
Tabel 4.4 Hasil Analisis Viskositas Metil Ester 35
Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Metil Ester 35
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil Analisis GCMS 45 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO
45 Tabel L2.1 Data Hasil Analisis Densitas Biodiesel
46 Tabel L2.2 Data Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel
46 Tabel L2.3 Data Yield dan Kemurnian Metil Ester
46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU
45 L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK
45 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS
L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 45
LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 46
L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 46
L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS KINEMATIKA 46
BIODIESEL L2.3 DATA YIELD DAN KEMURNIAN YIELD BIODIESEL
46 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN
48 L3.1 PERHITUNGAN KADAR MINYAK MESOKARP
48 SAWIT
L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN DIMETIL KARBONAT 48 L3.3 PERHITUNGAN YIELD METIL ESTER
49 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN
50 L4.1 BAHAN BAKU MESOKARP SAWIT
50 L4.2 BAHAN BAKU ENZIM
50 L4.3 PROSES EKSTRAKSI CPO DARI MESOKARP
50 SAWIT
L4.4 FOTO PROSES EKSTRAKSI REAKTIF 51
L4.5 FOTO PENYARINGAN HASIL PROSES 51
EKSTRAKSI REAKTIF L4.6 FOTO PROSES EVAPORASI
52 L4.7 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL
52 L4.8 FOTO ANALISIS VISKOSITAS DAN DENSITAS
53 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN
55 BIODIESEL
L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 55
L5.2 HASIL ANALISIS BIODIESEL 56
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Society for Testing and Material
ASTM OECD
Organization for Economic Co-operation and Development
BM Berat Molekul
dkk dan kawan-kawan
et al et alia
CPO Crude Palm Oil
cSt centistokes
DMC Dimethyl Carbonate
FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry
PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit
rpm Rotary per minute
SNI Standar Nasional Indonesia
TBS Tandan Buah Segar
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan
Dimensi
T Suhu
ºC V
Volume larutan DMC ml
m Berat Sampel
gram V
Volume awal ml
sg Specific Gravity
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Metode konvensional untuk produksi biodiesel diperlukan minyak yang diekstrak dari biomassa sebelum dapat ditransesterifikasikan menjadi asam lemak metil ester
FAME. Ekstraksi reaktif dapat digunakan untuk menghasilkan biodiesel dengan perolehan yield tinggi, biaya produksi yang rendah, mengurangi waktu reaksi dan
penggunaan reagen serta co-pelarut, sehingga mempermudah untuk menghasilkan biodiesel. Dalam penelitian ini, ekstraksi reaktif diterapkan untuk menghasilkan
biodiesel dari CPO hasil ekstraksi mesokarp buah sawit menggunakan dimetil karbonat sebagai pelarut dan reagen, dan novozym®435 sebagai katalis. Metanol
digantikan oleh dialkil karbonat, terutama dimetil karbonat. Dimetil karbonat dapat digunakan sebagai pelarut dan sebagai reagen, ekstraksi reaktif sehingga sangat
mudah untuk diaplikasikan. Variabel yang dipelajari meliputi suhu reaksi 50, 60, dan 70 °C, waktu reaksi 8, 16, 24 jam, rasio molar reaktan DMCmesokarp sawit
50:1, 60:1, 70:1 nn, jumlah konsentrasi novozym®435 5, 10, 15 bb. Dan yield
biodiesel tertinggi diperoleh pada kondisi suhu reaksi 60 °C, waktu reaksi 24 jam, rasio molar reaktan DMCmesokarp sawit 60:1 nn, dan konsentrasi
novozym®435 sebesar 10 bb. Kata kunci: biodiesel, dimetil karbonat, Novozym®435, mesokarp buah sawit,
ekstraksi reaktif.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The conventional method for biodiesel production required oil that was extracted from the biomass before it can be transesterified into fatty acid methyl esters
FAME. Reactive extraction can be used to produce biodiesel to achieve high yields, low production costs, reduce the reaction time and the use of reagents as well as co-
solvent, so it simplify to produce biodiesel. In this study, reactive extraction applied to produce biodiesel of CPO in palm fruit fiber from mesocarp using dimethyl
carbonate as a solvent and reagents, and novozym
®
435 as catalyst. Methanol replaced by dialkyl carbonate, especially dimethyl carbonate. Dimethyl carbonate
can be used as solvent and as reagents, so reactive extraction is very easy to aplied. The variables were studied that reaction temperature 50, 60, and 70 °C, reaction
time 8, 16, 24 hours, the molar ratio of reactants palm mesocarp to DMC 1:50, 1:60, 1:70 mol, the amount of novozym
®
435 concentration 5, 10, 15 wt. The results showed that the highest biodiesel yield can be achivied at conditions
temperature of 60 °C, reaction time 24 hours, molar ratio of reactants palm mesocarp to DMC 1:60, and novozym
®
435 concentration of 10wt.
Keywords: biodiesel, dimethyl carbonate, Novozym
®
435, palm mesocarp, reactive extraction.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Saat ini, bahan bakar fosil merupakan sumber utama energi secara global. Namun, karena ketersediaannya semakin terbatas, maka diperkirakan bahwa era
bahan bakar yang murah dan mudah diakses tersebut akan segera berakhir [1]
.
Kebutuhan akan sumber bahan bakar yang lebih ramah lingkungan dan terbarukan tidak hanya bertujuan untuk melindungi lingkungan dari efek gas rumah kaca dan
polutan lain seperti NOx dan partikulat, tetapi juga akibat menipisnya cadangan bahan bakar fosil dunia sebagai hasil dari ketergantungan yang berlebihan pada
sumber daya ini untuk pengembangan industri dan peningkatan populasi manusia [2]. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan
pada BBM perlu diadakan diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang terbarukan renewable. Salah satu energi alternatif yang berasal dari minyak
tumbuhan atau lemak hewan adalah biodiesel [3]. Biodiesel didefinisikan sebagai mono-alkil ester dari rantai panjang asam lemak
yang berasal dari sumber yang terbarukan, khususnya minyak tumbuhan dan lemak hewan [4]. Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan, biodegradable, tidak
beracun, dan ramah lingkungan. Biodiesel menghasilkan emisi yang lebih rendah, memiliki titik flash tinggi, daya pelumas yang lebih baik, dan cetane number tinggi.
Penggunaan biodiesel memiliki potensi untuk mengurangi tingkat polusi dan
kemungkinan karsinogen [5,6].
Bahan baku yang digunakan untuk produksi biodiesel bervariasi tergantung kepada wilayah geografis dan kondisi budidaya serta ketersediaannya [7]. Indonesia
merupakan salah satu produsen minyak sawit terbesar di dunia diikuti oleh Malaysia sebagai produsen minyak sawit terbesar kedua. Indonesia diprediksi akan
berkembang pesat, memperkuat posisinya sebagai dunia terkemuka produsen kelapa sawit. Total area perkebunan saat ini sekitar 8 juta hektar dan diperkirakan mencapai
13 juta hektar pada tahun 2020. Indonesia menghasilkan lebih dari 23 juta ton minyak sawit pada tahun 2012. Areal perkebunan sebagian besar berada di Sumatera
dan Kalimantan; sisanya terletak di Sulawesi, Jawa dan Pulau Papua [8]. Daya tarik
Universitas Sumatera Utara
buah sawit terletak pada kandungan minyaknya yang tinggi, jauh melebihi dari minyak nabati lainnya, dan biaya produksi yang lebih rendah [9]. Oleh sebab itu,
pemanfaatan buah sawit sebagai bahan baku biodiesel selain murah, ketersediannya yang melimpah menjadi langkah penting menuju proses produksi biodiesel yang
ekonomis dan berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Biodiesel umumnya diperoleh melalui proses transesterifikasi lemak dan minyak
[10]. Transesterfikasi adalah alkoholisis minyak trigliserida dengan alkohol dengan adanya katalis yang menghasilkan ester monoalkil dan gliserol [7]. Transesterifikasi
secara kimia banyak digunakan dalam produksi industri biodiesel namun memiliki beberapa kelemahan seperti pemulihan katalis dan gliserol yang sulit dan
memerlukan banyak air pencuci. Penggunaan katalis enzim dapat mengatasi kelemahan tersebut. Proses enzimatis mampu bereaksi pada kondisi suhu moderat,
rasio alkohol yang rendah terhadap minyak, pemulihan produk lebih mudah, dan konversi yang tinggi [11]. Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang
pembuatan biodiesel dapat dilihat pada tabel 1.1. Lipase adalah katalis yang cocok untuk transesterifikasi berbagai bahan baku,
bahkan bahan baku dengan nilai asam tinggi, yang dianggap sebagai bahan baku berkualitas rendah [7]. Salah satu jenis lipase termobilisasi IL komersial yang
paling umum adalah Novozym 435, Candida antarctica Lipase B [4, 12]. Metode konvensional untuk produksi biodiesel membutuhkan minyak yang
diekstrak dari biomassa sebelum dapat ditransesterifikasikan menjadi ester. Ini merupakan proses yang panjang [13]. Pengembangan ekstraksi reaktif atau
transesterifikasi langsung memiliki potensi untuk mengurangi biaya pengolahan dengan segala jenis bahan baku. Ekstraksi reaktif berbeda dari proses produksi
biodiesel konvensional di mana bantalan minyak kontak langsung dengan alkohol bukan bereaksi dengan minyak yang diekstraksi. Dengan kata lain, ekstraksi dan
transesterifikasi dilanjutkan dalam satu langkah tunggal, dimana alkohol bertindak sebagai ekstraksi pelarut dan pereaksi transesterifikasi [14].
Untuk meningkatkan aktivitas enzim dan konversi biodiesel, telah ditemukan akseptor asil selain alkohol. Dimetil karbonat DMC adalah sebuah alternatif untuk
menggantikan metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia ramah lingkungan karena sifatnya netral, tidak berbau, tidak korosif dan tidak beracun [15]. Dimetil
Universitas Sumatera Utara
karbonat DMC dihasilkan dari metanol, karbon monoksida dan oksigen, merupakan senyawa serbaguna dibandingkan dengan metanol dan metil asetat dilihat dari
kereaktifan kimia, sifat fisik, dan lebih ramah lingkungan. Hal yang paling signifikan dari semua itu, tidak ada gliserol yang diproduksi selama proses transesterifikasi
minyak dan DMC dalam pembuatan biodiesel. Oleh karena itu, DMC sangat menjanjikan sebagai substitusi metanol untuk akseptor asil dalam produksi biodiesel
[16]. Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan, maka penulis ingin melakukan
penelitian
pembuatan biodiesel dengan teknologi ekstraksi reaktif dari
mesokarp buah sawit menggunakan katalis Novozym 435 sehingga metode ini nantinya dapat
dikembangkan untuk skala industri dan mampu meminimalkan dampak lingkungan.
Universitas Sumatera Utara
4 Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel dengan Pelarut Dimethyl Carbonate DMC dan Penggunaan
Katalis Heterogen Novozym 435
No Nama
Tahun Judul Penelitian
Katalis Variabel
Yield Maksimum
Biodiesel
1 Jairurob, et al
2013 Reactive Extraction of After-
Stripping Sterillized Palm Fruit to Biodiesel
KOH Variabel tetap : suhu reaksi 60
o
C, kecepatan pengadukan 300 rpm
Variabel berubah : jumlah katalis 1-4 wv KOH, rasio metanol:minyak =
147:1, 225:1 97,25
katalis 3,85 wv, waktu reaksi
9 jam 36 menit, rasio
metanol:minyak 225:1, suhu
reaksi 60
o
C
2 Lee, et al
2013 Highly efficient extraction and
lipase-catalyzed transesterification of triglycerides
from Chlorella sp. KR-1 for production of Biodiesel
Novozyme 435
Variabel tetap : waktu reaksi 24 jam, kecepatan pengadukan 300 rpm
Variabel bebas : suhu reaksi 30-70
o
C rasio biomass:DMC = 1:10 - 1:30,
75,5 jumlah katalis
0,2 vv, suhu reaksi 60
o
C, waktu reaksi 6
jam
Universitas Sumatera Utara
5 Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan .... lanjutan
No Nama
Tahun Judul Penelitian
Katalis Variabel
Yield Maksimum
Biodiesel
3 Wang, et al
2011 Lipase Catalyzed
Transesterification of Tung Palm Oil for Biodiesel
Novozyme 435
Variabel tetap : jumlah katalis 10 wv, rasio metanol:minyak = 3:1, kecepatan
pengadukan 700 rpm, waktu reaksi 24 jam,
Variabel berubah : suhu reaksi 40-60
o
C Suhu reaksi 55
o
C selama 24 jam :
konversi Tung oil 48, Palm oil
63, Suhu reaksi 50
o
C : Tung oil 20, Palm oil
65, model kinetika
4 Su, et al
2009 In-situ Lipase-catalyzed Reactive
Extraction of Oilseed with Short- Chained Dialkyl Carbonates for
Biodiesel Production Novozyme
435 Ekstraksi :
Jenis pelarut : n-heksana, DEC, DMC, waktu ekstraksi 8 jam, suhu ekstraksi 50
o
C, rasio pelarut:minyak = 3:1, kecepatan pengadukan 180 rpm
Transesterifikasi : Jumlah katalis 10, rasio
pelarut:minyak = 3:1, suhu reaksi 50
o
C, waktu reaksi 12 jam, kecepatan
pengaduk 180 rpm Insitu reactive
extraction with Pistacia chinensis
Bunge seed DMC : 74,6, DEC :
78,2 Jatropha curcas I.
Seed DMC: 77,6, DEC :
84,2
Universitas Sumatera Utara
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Proses sintesis biodiesel secara enzimatis menggunakan pelarut metanol dapat menghambat aktivitas enzim, sehingga diperlukan suatu pelarut yang dapat
menggantikan metanol tersebut. Pelarut Dimethyl Carbonate DMC dilaporkan mampu menjaga stabilitas kerja enzim sekaligus dapat berfungsi sebagai reagen
pereaksi dalam sintesis biodiesel. Penelitian ini diarahkan untuk mendapatkan yield biodiesel yang terbaik dengan menggunakan teknologi ekstraksi reaktif, yang mana
bahan baku mesokarp buah sawit yang digunakan diekstrak dan ditransesterifikasi secara simultan dalam satu tahap menggunakan pelarut DMC.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1.
Mendapatkan teknologi pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan metode teknologi ekstraksi reaktif.
2. Mengamati pengaruh variabel waktu reaksi, rasio mol mesokarp terhadap
DMC, dan jumlah katalis Novozym 435 dalam proses sintesis biodiesel. 3.
Menganalisis sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat : 1.
Memberikan informasi keunggulan teknologi reaktif ekstraksi dalam proses pembuatan biodiesel.
2. Memberikan informasi kondisi proses transesterifikasi terbaik untuk
mendapatkan yield biodiesel tertinggi. 3.
Meningkatkan nilai ekonomis dari buah sawit yang tidak memenuhi kriteria matang panen dari perkebunan kelapa sawit.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah : 1.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Oleokimia dan Laboratorium Oleopangan, Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS, Jalan Bridgen Katamso
No. 51, Medan.
Universitas Sumatera Utara
2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah mesokarp buah kelapa sawit,
pelarut sekaligus reagen transesterifikasi Dimethyl Carbonate DMC, dan Novozym 435.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel
seperti berikut : a.
Variabel tetap : 1.
Kecepatan pengadukan = 300 rpm
[17] 2.
Suhu reaksi = 60
o
C [18]
3. Berat mesokarp buah sawit = 2 gram
b. Variabel berubah :
1. Waktu reaksi
= 8, 16, 24 jam [19]
2. Jumlah katalis novozym 435 = 5, 10, 15 [20]
3. Rasio mol mesokarp : DMC = 1:50, 1:60, 1:7
[17]
Parameter yang dianalisis pada bahan baku mesokarp buah sawit meliputi analisis komposisi asam lemak dan analisis kadar minyak.
Analisis produk biodiesel yang dilakukan : 1.
Analisis kemurnian biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GCMS.
2. Analisis viskositas biodiesel menggunakan metode tes ASTM D 445
3. Analisis densitas biodiesel menggunakan metode tes OECD 109
Universitas Sumatera Utara
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIODIESEL
Biodiesel didefinisikan sebagai mono-alkil ester asam lemak rantai panjang yang berasal dari sumber yang terbarukan, khususnya minyak nabati dan lemak hewan
[21]. Produksi biodiesel yang dikembangkan saat ini umumnya dibuat dari minyak tumbuhan minyak kedelai, canolla oil, rapseed oil, crude palm oil, lemak hewani
beef talow, lard, lemak ayam, lemak babi dan bahkan dari minyak goreng bekas [22].
Biodiesel merupakan bahan bakar pembakaran bersih, biodegradable, tidak beracun dan memiliki profil emisi rendah. Penggunaan biodiesel memiliki potensi
untuk mengurangi tingkat polusi dan potensial atau kemungkinan karsinogen [5].
Sifatnya bervariasi tergantung pada bahan baku minyak dan alkohol yang digunakan tetapi selalu dapat digunakan sebagai pengganti langsung untuk bahan bakar diesel
[23]. Secara umum, biodiesel, asam lemak metil ester FAME, secara efisien dihasilkan dari transesterifikasi minyak tumbuhan atau lemak hewan atau dari
esterifikasi asam lemak dengan alkohol rantai pendek menggunakan katalis homogen atau heterogen [24]. Kini biodiesel sebagai biofuel generasi pertama yang muncul
sebagai pelopor pelaksanaan B5, B10, B20 dan bahan bakar B100 berdasarkan spesifikasi di daerah Eropa, Amerika Utara dan bagian lain di dunia [25].
Menurut Canakci dan Gerpen 2001 [23], keuntungan penggunaan biodiesel yaitu memiliki bilangan setana cetane number yang tinggi dibandingkan bahan
bakar dari petroleum, tidak mengandung bahan aromatik, mengandung oksigen sekitar 10 sampai 11 berat, mengurangi emisi CO karbon monoksida, HC
hidrokarbon, dan beberapa bahan lainnya pada gas hasil pembakaran. Menurut Romano dan Sorichetti 2011 [26], beberapa keuntungan
menggunakan biodiesel sebagai pengganti bahan bakar diesel, antara lain; 1.
Toksisitas rendah, dibandingkan dengan bahan bakar diesel.
2. Mendegradasi lebih cepat daripada bahan bakar diesel, meminimalkan dampak
lingkungan dari tumpahan biofuel
Universitas Sumatera Utara
3. Emisi yang lebih rendah kontaminan: karbon monoksida, partikel, hidrokarbon
aromatik polisiklik, aldehida 4.
Resiko kesehatan rendah, karena mengurangi emisi zat karsinogenik 5.
Tidak ada emisi sulfur dioksida SO
2
6. Titik nyala lebih tinggi 100
o
C 7.
Dapat dicampur dengan bahan bakar diesel; kedua bahan bakar dapat dicampur selama pasokan bahan bakar untuk kendaraan
8. Bersifat baik sebagai pelumas
9. Satu-satunya bahan bakar alternatif yang dapat digunakan dalam mesin diesel
konvensional, tanpa modifikasi 10.
Oli bekas memasak dan residu lemak dari pengolahan daging dapat digunakan sebagai bahan baku
Persyaratan kualitas biodiesel dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Standar Biodiesel Berdasarkan ASTM D 675109, EN 1421403, dan Pr
EN 1421409
No. Parameter
Satuan ASTM D
675109 EN 1421403
Pr EN 1421409
1. Kandungan ester
ww -
≥96,5 ≥96,5
2. Densitas
kgm
3
- 860-900
860-900 3.
Viskositas kinematik mm
2
s 1,9-6,0
3,5-5,0 3,5-5,0
4. Titik nyala
o
C ≥ 130
≥ 93 gelas
tertutup ≥120
≥101 5.
Kandungan sulfur mgkg
≤ 15 ≤10
≤10 6.
Residu karbon ww
≤0,05 ≤0,30
- 7.
Angka Setana ≥47
≥51 ≥51
8. Kadar abu tersulfatasi
ww ≤0,02
≤0,02 ≤0,02
9. Air dan sedimen
ww ≤0,05
- -
10. Kandungan air
mgkg -
≤500 ≤500
11. Total kontaminasi
mgkg -
≤24 ≤24
12. Korosi pada jalur
tembaga ≤No.3
Kelas 1 Kelas 1
13. Stabilitas oksidasi
H ≥3
≥6 ≥8
14. Angka asam
mg KOHg ≤0,80
≤0,50 ≤0,50
15. Nilai Iodin
g Iodin100 g - ≤120
≤120 16.
Linolenat metil ester ww
- ≤12,0
≤12,0 17.
Metil ester ganda tak jenuh
ww -
≤1 ≤1
18. Kandungan metanol
ww ≤0,20
≤0,20 ≤0,20
19. Kandungan
monogliserida ww
- ≤0,80
≤0,80 20.
Kandungan digliserida ww
- ≤0,20
≤0,20
Universitas Sumatera Utara
No. Parameter
Satuan ASTM D
675109 EN 1421403
Pr EN 1421409
21. Kadungan trigliserida
ww -
≤0,20 ≤0,20
22. Gliserol bebas
ww ≤0,020
≤0,020 ≤0,020
23. Total gliserol
ww ≤0,24
≤0,25 ≤0,25
24. Logam kelompok I
natrium dan kalium mgkg
≤5,0 ≤5,0
≤5,0 25.
Logam kelompok II kalsium dan
magnesium mgkg
≤5,0 ≤5,0
≤5,0 26.
Kandungan fosfor mgkg
≤10,0 ≤10,0
≤2,0 27.
Cold soak filterability S
≤360 -
- 28.
Cold filter plugging point
CFPP
o
C -
Bergantung pada kelas
Bergantung pada kelas
ASTM D 6751, 2009; EN 14214, 2003 dan Pr EN 14214, 2009
2.2 BAHAN 2.2.1 Mesokarp Buah Sawit
Kelapa sawit adalah tanaman tropis yang mencapai ketinggian 20-25 m dengan siklus hidup sekitar 25 tahun. Produksi penuh tercapai setelah 8 tahun ditanam. Dua
jenis minyak yang diperoleh dari buah sawit: minyak sawit yang pekat, dari pulp atau daging buah, dan minyak inti sawit, dari biji buah setelah ekstraksi minyak, bungkil
inti sawit digunakan sebagai makanan ternak. Permintaan internasional untuk minyak sawit terus meningkat selama beberapa tahun terakhir [26]. Bagian-bagian
buah sawit ditunjukkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bagian dan Komposisi Buah Sawit [27]
Salah satu minyak nabati potensial yang dapat dijadikan sebagai sumber bahan baku biodiesel adalah minyak sawit mentah Crude Palm Oil dimana CPO ini sudah
Universitas Sumatera Utara
cukup komersial dan Indonesia sudah menjadi negara penghasil CPO kedua terbesar di dunia [28].
Indonesia adalah negara penghasil CPO terbesar pada tahun 2011 dengan produksi sebesar 23 juta ton per tahun. Pola peningkatan permintaan CPO untuk
ekspor maupun konsumsi domestik menunjukkan bahwa komoditas non migas ini memiliki potensi untuk dikembangkan. Konsumsi negara-negara tujuan ekspor rata-
rata meningkat dengan laju 26,97 dari tahun 1980-2010. Tahun 2010 ekspor CPO sebesar 16.480.000 ton. Konsumsi domestik CPO tercatat juga mengalami kenaikkan
dari tahun ke tahun, sampai bulan Agustus tahun 2010 konsumsi CPO dalam negeri tetap mengalami kenaikkan hingga 5.240.000 ton [29]. Adapun data ekspor CPO
Indonesia tahun 2001-2013 dilihat pada tabel 2.2 berikut:
Tabel 2.2 Data Volume dan Nilai Ekspor CPO Indonesia pada Tahun 2001-2013 [30]
Tahun Nilai Ekspor US
Volume Ekspor kg
2001 476.438.245
1.817.644.367 2002
406.409.025 1.849.142.144
2003 891.998.644
2.804.792.251 2004
1.061.214.890 2.892.130.288
2005 1.444.421.828
3.819.926.626 2006
1.593.295.437 4.565.624.657
2007 1.993.666.661
5.199.286.871 2008
3.738.651.552 5.701.286.129
2009 6.561.330.490
7.904.178.630 2010
5.702.126.189 9.566.746.050
2011 7.649.965.932
9.444.170.400 2012
6.948.103.408 7.252.519.443
2013 4.978.532.881
6.584.732.226
Adapun, potensi CPO sebagai bahan baku biodiesel dapat dilihat berdasarkan komposisi kandungan CPO itu sendiri seperti yang dijelaskan pada tabel 2.3 berikut:
Tabel 2.3 Komposisi Komponen Utama dalam CPO [31, 32]
Komponen Jumlah
Trigliserida 90
Free Fatty Acids FFA 3 - 7
Moisture 0,031 ± 0,1
Impurities 0,014
Universitas Sumatera Utara
Harga biodiesel lebih mahal daripada bahan bakar fosil karena bahan baku dan biaya produksi yang lebih tinggi [33]. Dengan demikian, pilihan bahan baku yang
murah, tersedia melimpah dan berkelanjutan menjadi langkap penting menuju proses produksi biodiesel secara ekonomi layak dan berkelanjutan untuk menggantikan
bahan bakar fosil.
2.2.2 Dimethyl Carbonate DMC
Transesterifikasi dapat dilakukan baik menggunakan pelarut organik atau dalam media bebas pelarut. Contoh pelarut organik non-polar yang sangat baik untuk
minyak yaitu heksana [34]. Tujuan penggunaan pelarut organik untuk transesterifikasi yaitu untuk memastikan campuran reaksi bersifat homogen,
mengurangi viskositas campuran reaksi sehingga meningkatkan laju difusi dan dapat mengurangi masalah perpindahan massa di sekitar enzim [35], untuk meningkatkan
stabilisasi enzim sehingga memungkinkan untuk digunakan berulang kali [36], dan juga meningkatkan kelarutan alkohol sehingga dapat mengurangi efek inaktivasi
alkohol dan gliserol pada aktivitas lipase [37]. Dimetil karbonat DMC dihasilkan dari metanol, karbon monoksida dan
oksigen, merupakan senyawa serbaguna dibandingkan dengan metanol dan metil asetat dilihat dari kereaktifan kimia, sifat fisik, dan lebih ramah lingkungan [16].
Dimetil karbonat digunakan sebagai pelarut polar yang baik dan resin fungsional dan intermediet kimia untuk berbagai jenis senyawa organik [38].
Su et al. 2007 telah melaporkan produksi biodiesel menggunakan dimetil karbonat DMC sebagai akseptor asil, yang bisa menghilangkan resiko deaktivasi
lipase yang disebabkan oleh alkohol rantai pendek. Selain itu, reaksi antara minyak dan DMC tidak dapat kembali, dan karena itu meningkatkan kecepatan reaksi dan
meningkatkan hasil biodiesel [19,39] Untuk meningkatkan aktivitas enzim dan konversi biodiesel, telah dilaporkan
studi dari akseptor asil selain alkohol. Dimetil karbonat DMC adalah sebuah alternatif untuk metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia ramah lingkungan
karena sifat netral, tidak berbau, tidak korosif dan tidak beracun [15]. Hal yang paling signifikan dari semua itu, tidak ada gliserol yang diproduksi selama proses
transesterifikasi minyak dan DMC dalam pembuatan biodiesel [16].
Universitas Sumatera Utara
Seperti proses ekstraksi reaktif sederhana tanpa katalis tambahan mungkin sangat mengurangi langkah-langkah pengolahan dan biaya produksi biodiesel.
Dalam hal itu, n-heksana digunakan sebagai co-solvent untuk mempercepat transesterifikasi in situ. Namun, n-heksana tidak menguntungkan bagi aktivitas lipase
serta pemisahan produk. Untuk menghindari penggunaan tambahan pelarut ekstraksi dan meningkatkan stabilitas lipase, DMC mungkin menjadi kandidat yang lebih baik
dan sangat menjanjikan yang dapat digunakan sebagai substitusi metanol untuk akseptor asil dan pelarut ekstraksi pada saat yang sama dalam produksi biodiesel
[16,40]. Sifat-sifat fisika dan kimia dimetil karbonat dapat dilihat pada tabel 2.4. Tabel 2.4 Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Dimetil Karbonat [41]
Berat molekul 90,08 gmol
Wujud Cairan tak berwarna
Titik didih 90
o
C 194
o
F Titik leleh
2
o
C 35,6
o
F Spesific gravity
1,069 pada 20
o
C Kelarutan
Larut dalam air dingin, air panas Untuk produksi skala industri, bagaimanapun harus dipertimbangkan bahwa
jika pelarut memiliki manfaat, itu akan menjadi solusi yang memperkenalkan masalah lain seperti pengurangan kapasitas sebagai pelarut membutuhkan volume,
isu lingkungan toksisitas, emisi dan biaya pemulihan dan kerugian. Isu-isu negatif harus diimbangi dengan efek positif [42].
2.2.3 Novozyme 435