Analisis Kadar Minyak Bahan Baku 24 Dimethyl Carbonate DMC

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