Pengaruh Peningkatan Jumlah Abu Kulit Buah Kelapa Sebagai Katalis Dalam Pembuatan Metil Ester Dengan Bahan Baku Minyak Sawit Mentah (Crude Palm Oil)

PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT

BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM

PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN

BAKU MINYAK SAWIT MENTAH

(CRUDE PALM OIL)

SKRIPSI

Oleh

Allen Rianto Sihotang

090405040

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2013

PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT

BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM

PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN

BAKU MINYAK SAWIT MENTAH

(CRUDE PALM OIL)

SKRIPSI

Oleh

Allen Rianto Sihotang

090405040

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

OKTOBER 2013

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN

BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Medan, 24 September 2013

Allen Rianto Sihotang NIM 090405040

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN

BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 23 Oktober 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui,

Koordinator Skripsi A.n. Sekretaris

Dr. Ir. Fatimah, MT

NIP. 19640617 199403 2 001

Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT NIP. 19620819 198903 1 002

Dosen Penguji I

Dr. Ir. Taslim, MSi.

NIP. 19650115 199003 1 002

Dosen Penguji II

Ir. Renita Manurung, MT. NIP. 19681214 199702 2 002

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Peningkatan Jumlah Abu Kulit Buah Kelapa Sebagai Katalis Dalam Pembuatan Metil Ester Dengan Bahan Baku Minyak Sawit Mentah (Crude Palm Oil)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini:

• Penelitian ini membantu dalam memberikan informasi tentang potensi abu kulit buah kelapa sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi metil ester. • Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah kelapa yang dapat

dimanfaatkan sebagai katalis abu.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT. selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan dan bimbingan sehingga skripsi ini selesai dengan baik.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, 24 September 2013 Penulis

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada Orang tua yang telah membantu baik moril dan materil dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dan juga kepada seluruh keluarga penulis baik abang dan adik yang telah banyak mendukung. Serta penulis tidak lupa juga berterimakasih kepada seluruh dosen, para pegawai administrasi, dan teman-teman sejawat Departemen Teknik Kimia yang telah banyak memberikan dukungan dan pembelajaran.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Allen Rianto Sihotang

NIM: 090405040

Tempat / Tanggal Lahir: Medan / 27 Maret 1991 Nama Orang Tua: Netty Sabrina Panggabean

Alamat Orang Tua: Jl. Sedapmalam IX No.8 Sempakata Medan

Asal Sekolah

• TK Swasta Diponegoro Asahan tahun 1995 – 1997 • SD Swasta Diponegoro Asahan tahun 1997-1998 • SD Yosef Arnoldi Bagan Batu tahun 1998

• SD Negri No.102116 Gunung Pamela 1998-2003 • SD Xaverius Padang Sidempuan tahun 2003 • SMP Methodist – 1 Medan tahun 2003 – 2006 • SMA St.Thomas – 2 Medan tahun 2006 – 2009 Beasiswa yang diperoleh :

Beasiswa BBM tahun 2011 Universitas Sumatera Utara Pengalaman Organisasi / Kerja

• Himatek periode 2012 – 2013 sebagai Sekretaris Umum • Asisten Laboratorium Penelitian tahun 2012 – 2013 Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal :

“Pemanfaatan Abu Kulit Buah Kelapa Sebagai Katalis Pada Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit Menjadi Metil Ester”

ABSTRAK

Metil ester pada umumnya disintesis melalui transesterifikasi dengan alkohol ringan menggunakan katalis basa kovensional yaitu NaOH, KOH, dan lain-lain. Sehingga dengan menggunakan abu kulit buah kelapa sebagai katalis dapat menjadi alternatif pengganti katalis konvensional yang sangat mahal. Dalam pembuatan metil ester pada penelitian ini dilakukan dua tahap reaksi yaitu reaksi esterifikasi dengan katalis asam kuat (H2SO4) untuk mengurangi asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak sawit dan reaksi transesterifikasi dengan metanol yang divariasikan jumlah katalis abu kulit buah kelapa (1, 2 dan 3% b/b) untuk memperoleh metil ester. Rasio molar metanol/minyak adalah 6:1, suhu reaksi 65oC dan suhu pembakaran kulit buah kelapa tetap yaitu 550oC. Sehingga diperoleh metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 83,78; 84,65 dan 63,23 ml. Kemudian produk yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan GC (Gas Chromatography). Diperoleh kemurnian metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 94,01%, 93,82% dan 95,16%. Sehingga hasil penelitian yang diperoleh dengan kemurnian yang maskimum terdapat pada jumlah katalis 3% b/b.

ABSTRACT

Methyl esters are generally synthesized through transesterification with mild alcohol to using conventional alkaline catalysts are NaOH, KOH, and others. So by using coconut husk ash as a catalyst can be an alternative to conventional catalysts are very expensive. In the manufacture of methyl ester in this study is using two-stage reaction such as, esterification reaction with a strong acid catalyst (H2SO4) to reduce free fatty acids and transesterification with methanol which variated the amount of coconut husk ash catalyst (1, 2 and 3% w/w) to obtain biodiesel (methyl ester). Molar ratio of methanol/oil was 6:1, the reaction temperature of 65oC and temperature burning coconut husk is 550oC. In order to obtain methyl ester with the amount of catalyst 1, 2, and 3% w/w, respectively 83.78; 84.65 and 63.23 ml. Then the resulting products were analyzed by GC (Gas Chromatography). Retrieved purity methyl ester with a catalytic amount of 1, 2, and 3% w/w, respectively 94.01%, 93.82% and 95.16%. So that research results obtained with purity maximum contained on the amount of catalyst is 3% w/w. Keywords : methyl ester, esterification, transesterification, GC

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

DAFTAR SINGKATAN xv

DAFTAR SIMBOL xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 3

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 LIMBAH KULIT KELAPA 5

2.2 ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS 6

2.3 JENIS KATALIS YANG DIGUNAKAN DALAM

MEMPRODUKSI BIODIESEL (METIL ESTER) 7

2.4 BIODIESEL (METIL ESTER) 9

2.5 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI

TRANSESTERIFIKASI 11

2.6 SYARAT MUTU BIODIESEL 13

2.8 DESKRIPSI PROSES 15

2.9 ANALISIS EKONOMI ₁₈

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21

3.1 BAHAN DAN PERALATAN 21

3.2 RANCANGAN PENELITIAN 21

3.3 3.4

PROSEDUR PENELITIAN ANALISA METIL ESTER

22 25 3.5

3.6

FLOWCHART PENELITIAN

DIAGRAM BLOK PEMANFAATAN ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL (METIL ESTER)

27 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 34

4.1 ANALISA BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM

OIL) 34

4.2 ANALISA YIELD 37

4.3 ANALISA DENSITAS 38

4.4 ANALISA VISKOSITAS 39

4.5 ANALISA TITIK NYALA 41

4.6 ANALISA KEMURNIAN METIL ESTER 42

4.7 ANALISA GLISERIDA DARI METIL ESTER 43

4.8 ANALISA GLISEROL DARI METIL ESTER 45

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 47

5.1 KESIMPULAN 47

5.2 SARAN 47

DAFTAR PUSTAKA 48

LAMPIRAN 1 53

LAMPIRAN 2 55

LAMPIRAN 3 57

LAMPIRAN 4 62

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Limbah Kulit Kelapa 6

Gambar 2.2 Reaksi Kalium Karbonat dalam Metanol 12 Gambar 2.3 Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak menjadi Metil Ester 16 Gambar 2.4 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil

Ester

17 Gambar 2.5 Mekanisme Tahapan Reaksi Transesterifikasi 17 Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa 27

Gambar 3.2 Flowchart Tahap Pretreatment CPO 27

Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas 28

Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi 29

Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi 30

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas 31

Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas 32

Gambar 3.8 Flowchart Analisis Titik Nyala 32

Gambar 3.9 Diagram Blok Pemanfaatan Abu Kulit Kelapa Sebagai

Katalis dalam Proses Pembuatan Biodiesel 33 Gambar 4.1 Kromatogram Komposisi Asam Lemak CPO 36 Gambar 4.2 Hubungan Jumlah Katalis Abu Kulit Kelapa terhadap

Yield Metil Ester Pada Suhu Pembakaran 550oC 37 Gambar 4.3 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit

Kelapa terhadap Densitas Metil Ester yang Diperoleh Pada Suhu Pembakaran 550oC

38 Gambar 4.4 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit

Kelapa terhadap Viskositas Metil Ester dengan Suhu Pembakaran 550oC

39 Gambar 4.5 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit

Kelapa terhadap Titik Nyala Metil Ester dengan Suhu Pembakaran 550oC

41 Gambar 4.6 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit

Kelapa terhadap Konversi Metil Ester Pada Temperatur Pembakaran 550oC

Gambar 4.7 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Gliserida pada Metil Ester Pada Pembakaran 550oC

43 Gambar 4.8 Mekanisme Tahapan Reaksi Transesterifikasi 44 Gambar 4.9 Hubungan Jumlah Katalis Abu Kulit Kelapa terhadap

Kandungan Gliserol dari Metil Ester Pada Pembakaran 550oC

46 Gambar L4.1 Foto Pembakaran Kulit Kelapa Menjadi Abu 62 Gambar L4.2 Foto Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi 62

Gambar L4.3 Foto Hasil Esterifikasi 63

Gambar L4.4 Foto Hasil Transesterifikasi 63

Gambar L4.5 Foto Pencucian Metil Ester 64

Gambar L4.6 Foto Pengeringan Metil Ester 64

Gambar L4.7 Foto Hasil Metil Ester 65

Gambar L5.1 Kurva Kalibrasi Kalium 66

Gambar L5.2 Hasil Analisa AAS Kadar Kalium Abu Kulit Kelapa 66

Gambar L5.3 Standar CPO (Crude Palm Oil) 67

Gambar L5.4 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 68

Gambar L5.5 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 69

Gambar L5.6 Hasil Analisa GC Standar Biodiesel 70

Gambar L5.7 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

1%) 71

Gambar L5.8 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

1%) 72

Gambar L5.9 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

2%) 73

Gambar L5.10 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

2%) 74

Gambar L5.11 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

3%) 75

Gambar L5.12 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550oC,

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Data Produksi CPO Indonesia 1

Tabel 2.1 Senyawa Utama Abu Kelapa (% Berat) 6

Tabel 2.2 Hasil Uji Katalis Mineral Alami 7

Tabel 2.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel menurut

SNI-04-7182-2006 13

Tabel 2.4 Sifat-sifat Kimia dan Fisika CPO 14

Tabel 2.5 Komposisi Komponen Trigliserida Asam Lemak pada

Minyak Sawit dari Berbagai Sumber 15

Tabel 2.6 Kandungan Minor (Komponen non-Trigliserida) Minyak

Sawit 15

Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Metil Ester dengan

Pemanfaatan Katalis Abu Limbah Kulit Buah Kelapa 19

Tabel 3.1 Rancangan Penelitian 22

Tabel 4.1 Hasil Analisa FFA Bahan Baku CPO (Crude Palm Oil) 35 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 36

Tabel L1.1 Komposisi Trigliserida CPO 53

Tabel L1.2 Komposisi Asam Lemak CPO 53

Tabel L1.3 Kadar Asam Lemak Bebas (FFA) CPO 54

Tabel L1.4 Kandungan Kadar Kalium 54

Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Metil Ester 55 Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Metil Ester 55

Tabel L2.3 Hasil Titik Nyala Metil Ester 56

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 53

1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH CPO HASIL ANALISA GC-MS

53 1.2 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN

BAKU MINYAK SAWIT MENTAH CPO HASIL ANALISA GC-MS

53 1.3 KADAR ASAM LEMAK BEBAS (FFA) CPO 54 1.4 PERHITUNGAN KADAR KALIUM

DENGAN ALAT UJI AAS (ATOMIC

ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER)

54

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 55

2.1 DATA DENSITAS METIL ESTER 55

2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA METIL

ESTER 55

2.3 DATA TITIK NYALA METIL ESTER 55

2.4 DATA TITIK YIELD METIL ESTER 56

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 57

3.1 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL

DAN KATALIS ABU KULIT KELAPA 57

3.2 PERHITUNGAN KADAR FFA DAN

KEBUTUHAN ESTERIFIKASI 57

3.3 PERHITUNGAN DENSITAS METIL ESTER 59 3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS METIL

ESTER 59

3.5 PERHITUNGAN YIELD METIL ESTER 60

3.6 PERHITUNGAN KADAR KALIUM

DENGAN UJI ALAT AAS

LAMPIRAN 4 FOTO HASIL PENELITIAN 62 4.1 FOTO PEMBAKARAN KULIT KELAPA

MENJADI ABU 62

4.2 FOTO PROSES ESTERIFIKASI DAN

TRANSESTERIFIKASI 62

4.3 FOTO HASIL ESTERIFIKASI 63

4.4 FOTO HASIL TRANSESTERIFIKASI 63

4.5 FOTO PENCUCIAN METIL ESTER 64

4.6 FOTO PENGERINGAN METIL ESTER 64

4.7 FOTO HASIL METIL ESTER 65

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM DAN GC DARI METIL ESTER

66 5.1 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM

ABU KULIT KELAPA 66

5.2 HASIL ANALISA GC-MS KOMPOSISI CPO 67

5.3 HASIL ANALISA GC STANDAR

BIODIESEL 70

5.4 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU

PEMBAKARAN 550oC,1%) 71

5.5 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN 550oC,2%)

73 5.6 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU

PEMBAKARAN 550oC,3%)

DAFTAR SINGKATAN

CPO Crude Palm Oil

SBK Sekam Batang Kelapa

PPKS HC AAS

Pusat Penelitian Kelapa Sawit

Hidrocarbon

Atomic Absorption Spectrophotometer

GC ALB

Gas Chromatography

Asam Lemak Bebas

SNI Standar Nasional Indonesia BSN

Rp Rpm ESDM FFA GC-MS BM TG DG MG

Badan Standard Nasional Rupiah

Rotation per Minute

Energi Sumber Daya Mineral

Free Fatty Acid

Gas Chromatography-Mass Spectrometry

Berat Molekul Trigliserida Digliserida Monogliserida

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

CH3OH Metanol

C2H5OH Etanol

C3H7OH Propanol

C4H9OH Butanol

% Persen

NaOH Natrium Hidroksida

KOH Kalium Hidroksida

K2CO3 Kalium karbonat

K Kalium

CO3 Karbonat

Na Natrium

Ca Kalsium

Mg Magnesium

Cl Klor

N Nitrogen

P Posfat

SiO2 Silika

CaCO3 Kalsium Karbonat

MgO Magnesium oksida

CaO Kalsium oksida

KHCO3 Kalium karbonat

HCl Asam Klorida

BF3 Fluor

H3PO4 Asam Posfat

CO Karbon monoksida

CO2 Karbon dioksida

NaOCH3 Natrium metoksida KOCH3 Kalium metoksida

Fe Besi

Cu Tembaga

H2O Air

T Normalitas larutan NaOH N

V Volume larutan NaOH ml

M Berat molekul FFA g/mol

Fp Faktor pengenceran

w Berat sampel mg

v Volume awal ml

t Waktu alir detik

ρair Densitas air g/m3

ABSTRAK

Metil ester pada umumnya disintesis melalui transesterifikasi dengan alkohol ringan menggunakan katalis basa kovensional yaitu NaOH, KOH, dan lain-lain. Sehingga dengan menggunakan abu kulit buah kelapa sebagai katalis dapat menjadi alternatif pengganti katalis konvensional yang sangat mahal. Dalam pembuatan metil ester pada penelitian ini dilakukan dua tahap reaksi yaitu reaksi esterifikasi dengan katalis asam kuat (H2SO4) untuk mengurangi asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak sawit dan reaksi transesterifikasi dengan metanol yang divariasikan jumlah katalis abu kulit buah kelapa (1, 2 dan 3% b/b) untuk memperoleh metil ester. Rasio molar metanol/minyak adalah 6:1, suhu reaksi 65oC dan suhu pembakaran kulit buah kelapa tetap yaitu 550oC. Sehingga diperoleh metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 83,78; 84,65 dan 63,23 ml. Kemudian produk yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan GC (Gas Chromatography). Diperoleh kemurnian metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 94,01%, 93,82% dan 95,16%. Sehingga hasil penelitian yang diperoleh dengan kemurnian yang maskimum terdapat pada jumlah katalis 3% b/b.

ABSTRACT

Methyl esters are generally synthesized through transesterification with mild alcohol to using conventional alkaline catalysts are NaOH, KOH, and others. So by using coconut husk ash as a catalyst can be an alternative to conventional catalysts are very expensive. In the manufacture of methyl ester in this study is using two-stage reaction such as, esterification reaction with a strong acid catalyst (H2SO4) to reduce free fatty acids and transesterification with methanol which variated the amount of coconut husk ash catalyst (1, 2 and 3% w/w) to obtain biodiesel (methyl ester). Molar ratio of methanol/oil was 6:1, the reaction temperature of 65oC and temperature burning coconut husk is 550oC. In order to obtain methyl ester with the amount of catalyst 1, 2, and 3% w/w, respectively 83.78; 84.65 and 63.23 ml. Then the resulting products were analyzed by GC (Gas Chromatography). Retrieved purity methyl ester with a catalytic amount of 1, 2, and 3% w/w, respectively 94.01%, 93.82% and 95.16%. So that research results obtained with purity maximum contained on the amount of catalyst is 3% w/w. Keywords : methyl ester, esterification, transesterification, GC

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Peningkatan CPO di Indonesia dari tahun 2008 hingga pada tahun 2012 yang sangat signifikan bahkan hingga tahun ini 2013 Indonesia tetap menjadi negara produsen terbesar minyak sawit mentah (crude palm oil/CPO) dunia dengan hasil sebanyak 28 juta metrik ton. Menurut Dewan Minyak Sawit Indonesia (DMSI) Produksi palm oil Indonesia hampir 50 persen dari total produksi dunia tahun ini yang diprediksi sebanyak 54,527 juta metrik ton [1].

Tabel 1.1 Data produksi CPO Indonesia [1]

Tahun 2008 2009 2010 2011 2012

Produksi CPO (ton)

17.539.788 19.324.294 21.958.120 23.096.541 23.521.071

Ketergantungan manusia terhadap minyak bumi sebagai sumber energi fosil tak terbarukan (unrenewable resources) semakin hari semakin meningkat bahkan hampir menjadikan minyak bumi sebagai kebutuhan primer. Diperkirakan beberapa tahun kedepan cadangan minyak bumi akan habis sehingga diperlukan bahan bakar alternatif yang bersifat dapat diperbaharui (renewable resources) sebagai subtitusi minyak bumi ini. Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar minyak alternatif dari bahan baku yang dapat diperbaharui [2] yang ramah lingkungan dan bersifat biodegradable [3] sehingga dapat di jadikan sebagai substitusi minyak bumi tersebut. Bahan baku biodiesel yang berpotensi di Indonesia saat ini adalah minyak mentah kelapa sawit CPO (Crude Palm Oil) dimana produksi kelapa sawit sangat tinggi di Indonesia [1].

Transesterifikasi merupakan cara umum yang di gunakan untuk memproduksi biodiesel. Reaksi ini melibatkan katalis antara alkohol dengan minyak nabati maupun hewani untuk menghasilkan fatty acid alkil ester atau biodiesel. Metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH), propanol (C3H7OH) dan butanol (C4H9OH) banyak digunakan dalam reaksi ini namun metanol lebih banyak digunakan karena harga lebih murah dibandingkan alkohol lain, senyawa polar dengan rantai karbon terpendek sehingga bereaksi lebih cepat dengan trigliserida

dan melarutkan semua jenis katalis baik basa maupun asam [4]. Biodiesel pada umumnya disintesis melalui transesterifikasi dengan alkohol ringan menggunakan katalis basa kovensional yaitu NaOH, KOH, K2CO3 dan lain-lain untuk mempercepat terbentuknya produk [5] juga untuk menurunkan energi aktivasi dan pemberian reaktan yang berlebihan agar reaksi bergeser ke arah kanan [6].

Literatur mengenai penggunaan katalis konvensional seperti ini telah banyak di publikasikan namun masih sedikit literatur yang mengkaji pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai pengganti katalis konvensional tersebut. Kulit buah kelapa merupakan bagian kelapa yang belum di manfaatkan secara maksimal karena selama ini dalam rumah tangga hanya mengambil santan buah kelapa saja sehingga biasanya kulit buah kelapa di buang begitu saja atau terkadang di gunakan sebagai alat bakar. Dengan demikian perlu di lakukan pemanfaatan abu kulit buah kelapa ini sehingga bermanfaat dan berdaya jual tinggi. Abu hasil pembakaran kulit buah kelapa memiliki senyawa utama kadar ion kalium (K) dan karbonat (CO3) yang tinggi masing-masing 40 dan 27,7 % berat [7] sehingga kelihatannya dapat di gunakan sebagai katalis. Bila abu ini di larutkan dalam air akan di peroleh larutan alkalis [8]. Abu yang banyak mengandung komponen K baik sebagai katalis. K2CO3 bubuk menghasilkan nilai produksi metil ester asam lemak relatif yang mampu mengkonversi hingga 95% [9]. Dengan melarutkan sejumlah tertentu abu ke dalam sejumlah tertentu alkohol (metanol), logam kalium akan terekstraksi ke dalam alkohol dan akan bereaksi lebih lanjut membentuk garam metoksida. Garam inilah yang akan membantu mempercepat proses reaksi transesterifikasi minyak nabati [10].

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Graille dkk [11] menggunakan katalis abu yang berasal dari tungku pembakaran limbah padat pabrik kelapa dan di peroleh kadar ion kalium dan karbonat yang tinggi. Haryanto [7] menggunakan katalis dari abu sekam batang kelapa (SBK) memperoleh volume biodiesel semakin meningkat dengan meningkatnya suhu pembakaran dari 500oC sampai 600oC pada jumlah katalis yang sama dan temperatur reaksi konstan 65oC. Dengan mempertimbangkan hal-hal tersebut, perlu di lakukan penelitian pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai subtitusi katalis konvensional pada transesterifikasi CPO untuk menghasilkan metil ester sebagai

bahan baku produksi biodiesel yang mana akan menambah pasokan biodiesel sebagai salah satu bahan bakar alternatif yang dapat menggantikan peran minyak bumi.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana peran abu kulit buah kelapa sebagai katalis dalam menghasilkan metil ester yang berkualitas baik.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan menentukan jumlah abu kulit buah kelapa yang optimum sebagai katalis dalam menghasilkan metil ester (biodiesel) dari bahan baku CPO (Crude Palm Oil) melalui reaksi transesterifikasi.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Adapun manfaat penelitian ini adalah:

1. Sebagai informasi tentang potensi abu kulit buah kelapa sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi metil ester dan CPO (Crude Palm Oil) sebagai bahan baku pada proses pembuatan metil ester.

2. Dapat mengetahui dan menentukan jumlah abu kulit buah kelapa sebagai katalis yang dipakai untuk mengahasilkan metil ester (biodiesel) yang kualitasnya cukup baik.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Pangan Pusat PKS Jl.Brigjen Katamso no. 51, Medan. Bahan Baku yang digunakan adalah minyak sawit mentah CPO (Crude Palm Oil) low grade yang diperoleh dari Laboratorium Pangan Pusat PKS, Medan.

Penelitian ini di laksanakan dengan empat proses, yaitu proses persiapan abu kulit kelapa sebagai katalis dari limbah kulit kelapa, pre-treatment bahan baku CPO, proses esterifikasi, dan proses transesterifikasi.

Pada penelitian ini variabel yang di variasikan adalah sebagai berikut: 1. Proses persiapan abu kulit kelapa [7]

• Temperatur pembakaran : 550 oC • Waktu pembakaran : 8 jam

2. Pre-treatment bahan baku CPO [1], [12], [13] • Konsentrasi H3PO4 85% : 0,6 % (b/b) CPO • Temperatur pemanasan : 60 oC

• Kecepatan pengadukan : 400 rpm • Waktu Pengadukan : 15 menit 3. Proses esterifikasi [12], [14], [15]

• Temperatur reaksi : 60 oC

• Konsentrasi katalis (H2SO4) 98% : 3,0 % (b/b) CPO

• Waktu reaksi : 90 menit

• Rasio reaktan : 10:1 (Metanol : FFA)

• Kecepatan pengaduk : 250 rpm

4. Proses Transesterifikasi [2], [7], [10] • Temperatur reaksi : 65 oC

• Waktu reaksi : 2 jam

• Rasio reaktan : 6:1 (Metanol: hasil esterifiakasi) • Jumlah katalis : 1%, 2% dan 3% dari berat CPO • Kecepatan pengaduk : 500 rpm

Analisa yang di gunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Analisa Kuantitatif

a. Yield metil ester b. Densitas

c. Viskositas kinematik d. Titik Nyala

2. Analisa Kualitatif

Analisa kemurnian dengan Kromatogram GC (Gas Chromatography), analisa gliserol terikat (gliserol total) dan gliserol bebas pada produk metil ester (biodiesel) yang dianalisa di Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Jl. Brigjen Katamso 51, Medan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 LIMBAH KULIT KELAPA

Indonesia adalah negara kepulauan yang memiliki banyak pohon kelapa. Sejak dulu, pohon kelapa berguna dari akar hingga daunnya. Pemanfaatannya selama ini, buahnya menjadi santan dan minyak. Batangnya untuk kayu bangunan dan daunnya untuk kerajinan sapu, dan lain-lain. Limbah kulit kelapa selama ini cuma dibuang dan tidak dapat dijadikan produk yang bermanfaat untuk lingkungan dan membawa nilai ekonomis dipedesaan. Limbah kulit kelapa dapat diolah menjadi serabut kelapa yang merupakan bahan dasar sapu, tali dan keset. Dengan berkembangnya teknologi, serat serabut kelapa produksi dalam negeri yang diincar oleh negara tetangga, yang diolah menjadi barang yang mempunyai harga sangat tinggi. Selama ini, negara kita hanya mengekspor serabut kelapa mentah. Ternyata dengan pemanfaatan dan teknologi yang tepat guna, limbah yang terbuang dapat dijadikan barang dengan nilai ekonomis tinggi dan dapat menjaga lingkungan [16].

Limbah ini semakin hari semakin banyak jumlahnya sehingga akan mengganggu lingkungan. Dengan adanya ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin berkembang pesat, limbah kelapa ini dapat juga diolah dan diambil manfaatnya untuk keperluan kehidupan manusia mulai dari daun, lidi, batang hingga akarnya. Salah satu pemanfaatan limbah kelapa yaitu pembuatan arang tempurung kelapa yang memanfaatkan tempurung kelapa dengan berbagai proses [17]. Namun sampai sekarang limbah kulit kelapa jarang dimanfaatkan dan sedikit teknologi yang memanfaatkan kulit kelapa tersebut. Dalam hal ini kulit buah kelapa dapat dimanfaatkan menjadi katalis kimia yang dibakar dahulu menjadi abu.

Gambar 2.1 Limbah Kulit Kelapa [17] 2.2 ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS

Graille dkk (1985) menggunakan katalis abu yang berasal dari tungku pembakaran limbah padat pabrik kelapa untuk pembuatan biodiesel (metil ester). Abu tersebut memiliki kadar ion Kalium dan Karbonat yang tinggi. Pada penelitian ini akan di gunakan katalis dari abu kulit buah kelapa. Senyawa utama penyusun katalis abu kulit buah kelapa dapat di lihat pada tabel 2.1 berikut ini. Tabel 2.1 Senyawa Utama Abu Kelapa (% Berat) [9]

Senyawa Abu Kelapa

Kulit Buah Batang Sabut

Kalium (K) 40 35 9,2

Natrium (Na) 1,7 2,5 0,5

Kalsium (Ca) 1,1 2,8 4,9

Magnesium (Mg) 0,9 2,1 2,3

Klor (Cl) 2,7 14,5 2,5

Karbonat (CO3) 27,7 12,5 2,6

Nitrogen (N) 0,06 0,05 0,004

Posfat (P) 0,9 0,9 1,4

Silika (SiO2) 10,5 16,8 59,1

Dari tabel di atas dapat di lihat bahwa kalium merupakan kation utama dalam abu kulit kelapa sebesar 40 % berat, selain itu abu tersebut juga memiliki kandungan karbonat yang tinggi sebesar 27,7 % berat. Karena itu abu kulit buah kelapa kelihatannya dapat di gunakan sebagai katalis.

Dari penelitian sebelumnya Haryanto (2005) dapat di lihat hasil uji katalis mineral alami tersebut dapat di lihat pada tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Hasil Uji Katalis Mineral Alami [7]

Katalis Perolehan (%)

Metil Ester Asam Lemak Sabun

Montmorillonite 0 0,5

CaCO3 0 0,5

MgO 0 0,5

Fanjasite 23 0,6

CaO 48 1,5

K2CO3 95 1,8

KHCO3 95 1,9

KOH 95 0,5

2.3 JENIS KATALIS YANG DIGUNAKAN DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL (METIL ESTER)

Katalis yang digunakan dalam pembuatan biodiesel (metil ester) ini pun dapat berupa katalis homogen maupun heterogen. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan reaktan dan produk, sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan reaktan dan produk. Katalis homogen yang banyak digunakan adalah alkoksida logam seperti KOH dan NaOH dalam alkohol. Selain itu, dapat pula digunakan katalis asam cair, misalnya asam sulfat, asam klorida, dan asam sulfonat [18].

2.3.1 Katalis Homogen

Katalis homogen yang banyak digunakan itu adalah KOH dan NaOH. Beberapa katalis basa konvensional dan non konvensional telah di laporkan oleh penelitian Knothe, dkk (1997) . Abu boiler, kalium hidroksida (KOH) merupakan katalis yang sering di gunakan dalam etanolisis ataupun metanolisis minyak mentah dan minyak kelapa yang memberikan yield sebesar 90%. Metanolisis telah dilaporkan bahwa yield ester 96-98% itu ketika minyak kelapa di refluks selama 2 jam. Abu pembakaran kulit kelapa dan abu pembakaran lain yang terbuang seperti serat pohon kelapa mengandung kalium dan karbonat. Katalis basa dari minyak nabati berekasi lebih cepat dari pada reaksi katalis asam. Karena terbukti bahwa katalis basa tidak menimbulkan karat sehingga biasanya industri banyak yang menggunakan katalis basa seperti NaOH dan KOH seperti natrium karbonat atau kalium karbonat. Kalium karbonat menggunakan konsentrasi 2 dan 3 mol% memberikan yield yang tinggi dari asam lemak dan mereduksi sabun yang terbentuk [19]. Untuk transestrerifikasi katalis basa adalah gliserin dan anhidrous

karena air membuat sebagian reaksi berubah menjadi saponifikasi yang akan membentuk sabun [20].

2.3.2 Katalis Heterogen

Para peneliti melaporkan bahwa katalis asam merupakan katalis alternatif untuk menghilangkan FFA tinggi. Proses Transesterifikasi pembuatan biodiesel (metil ester) juga dari katalis asam seperti HCl, BF3, H3PO4, dan asam sulfonik lainnya [19]. Jenis katalis heterogen yang dapat digunakan adalah transesterifikasi adalah CaO dan MgO [20].

Penggunaan katalis homogen mempunyai kelemahan yaitu: bersifat korosif, sulit dipisahkan dari produk dan katalis tidak dapat digunakan kembali. Saat ini banyak industri menggunakan katalis heterogen yang mempunyai banyak keuntungan dan sifatnya yang ramah lingkungan, yaitu tidak bersifat korosif, mudah dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi, serta dapat digunakan berulangkali dalam jangka waktu yang lama. Selain itu katalis heterogen meningkatkan kemurnian hasil karena reaksi samping dapat dieliminasi. Contoh-contoh dari katalis heterogen adalah zeolit, oksida logam, dan resin ion exchange. Katalis basa seperti KOH dan NaOH lebih efisien dibanding dengan katalis asam pada reaksi transesterifikasi. Transmetilasi terjadi kira-kira 4000x lebih cepat dengan adanya katalis basa dibanding katalis asam dengan jumlah yang sama. Untuk alasan ini dan dikarenakan katalis basa kurang korosif terhadap peralatan industri dibanding katalis asam, maka sebagian besar transesterifikasi untuk tujuan komersial dijalankan dengan katalis basa. Konsentrasi katalis basa divariasikan antara 0,5-1% dari massa minyak untuk menghasilkan 94-99% konversi minyak nabati menjadi ester. Lebih lanjut, peningkatan konsentrasi katalis tidak meningkatkan konversi dan sebaliknya menambah biaya karena perlunya pemisahan katalis dari produk.

2.4 METIL ESTER

Metil ester merupakan energi alternatif terbarukan seperti mesin diesel petroleum yang pernah dikenal dengan petrodiesel. Metil ester disini tidak ada mengandung petroleum namun pada kondisi tertentu dapat digabungkan dengan petrodiesel. Metil ester ini dapat dibuat dari minyak nabati, hewani atau juga minyak bekas [21]. Metil ester juga merupakan energi terbarukan yang dapat diperbaharui, bersifat biodegradable, ramah lingkungan karena hampir tidak ada membuang gas karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), hidrokarbon (HC) dan partikel-partikel lain yang mengganggu pernafasan [22]. Secara Teknik metil ester ini di definisikan sebagai bahan bakar yang terdiri dari campuran mono alkil dari rantai panjang asam lemak seperti yang di gunakan mesin diesel. Karakteristik metil ester itu berbeda-beda tergantung dari sumbernya apakah nabati atau hewani. Hal ini pun berhubungan dengan struktur kimianya, seperti jumlah karbon dan jumlah ikatan karbon rangkap [23].

Sebuah proses transesterifikasi digunakan untuk mengubah minyak dasar (minyak nabati) menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, metil ester memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) minyak bumi. Metil ester merupakan kandidat yang paling dekat untuk menggantikan bahan baku fosil (solar) sebagai sumber energi utama dunia, karena ia merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin.

Keuntungan lain dari metil ester antara lain : 1. Termasuk bahan bakar yang dapat diperbaharui

2. Tidak memerlukan modifikasi mesin diesel yang telah ada

3. Tidak memperparah efek rumah kaca karena siklus karbon yang terlibat pendek

4. Kandungan energi yang hampir sama dengan kandungan energi petroleum diesel

5. Penggunaan metil ester dapat memperpanjang usia mesin diesel karena memberikan lubrikasi lebih daripada bahan bakar petroleum

6. Memiliki flash point yang tinggi, yaitu sekitar 200 oC sedangkan bahan bakar petroleum diesel flash pointnya hanya 70oC

7. Bilangan setana (cetane number) yang lebih tinggi daripada petroleum diesel [24].

Pada prinsipnya, proses pembuatan metil ester sangat sederhana yaitu: 1. Trigliserida, metanol, dan katalis yang di gunakan dalam memantau

jalannya reaksi hingga proses transesterifikasi

2. Produk mula-mula yang di hasilkan hingga proses pemisahan gliserin 3. Penggunaan kembali metanol yang berlebih untuk proses metanolisis

selanjutnya

4. Akhir produk yaitu metil ester di cuci dengan air, netralisasi dengan pH dan pengeringan [25].

Metil ester memiliki tiga dasar umpan yaitu: 1. Minyak

Gliserida merupakan minyak dan lemak yang diketahui dimana secara kimiawi ini berbicara tentang asam lemak berantai panjang digabungkan dengan gliserin

2. Alkohol

Metanol merupakan salah satu yang paling umum di industri alkohohol, karena supply yang berlebih membuat alkohol menjadi yang paling murah 3. Katalis

Reaktan ketiga yang di butuhkan adalah suatu katalis yang memulai reaksi dan berlangsungnya reaksi. Larutan basa kuat biasanya di gunakan sebagi katalis ini yaitu natrium hidroksida (NaOH) dan kalium hidroksida (KOH) [26].

2.5 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI TRANSESTERIFIKASI

Pada dasarnya tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan metil ester selalu menginginkan agar didapatkan produk metil ester dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan metil ester melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut:

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 5% (<5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida [27].

2. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah

Perbandingan metanol dalam minyak juga sangat berpengaruh. Perbandingan molar biasanya antara 5:1 sampai 10:1 walaupun menggunakan metanol berlebih juga dapat mengakibatkan pemisahan gliserin [26]. Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan konversi yang maksimum [28].

3. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1 etanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengan menggunakan etanol atau butanol [29].

4. Pengaruh jenis katalis

Fungsi katalisator adalah mengaktifkan zat pereaksi sehingga pada kondisi tertentu konstanta kecepatan reaksi bertambah besar. Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi

adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3) [28]. KOH lebih mudah larut dalam metanol dibandingkan dengan NaOH sekalipun tidak terlihat sekali perbedaannya. Pada keadaan tertentu NaOH akan cenderung membentuk gliserin hingga terjadi pembentukan suatu jel maupun padatan. Pada saat titrasi yang tinggi pun, KOH lebih baik dari pada NaOH sebab pada titrasi minyak yang tinggi kebanyakan membentuk sabun [30]. Kalium karbonat merupakan katalis heterogen pada reaksi metanolisis. Pemisahan katalis heterogen ini dari produk reaksinya dapat dilakukan dengan mudah [31].

CH3OH + K2CO3 CH3OK + KHCO3

Gambar 2.2 Reaksi Kalium Karbonat dalam Metanol [29]

Dari reaksi ini menunjukan bahwa lebih dari 99 % jumlah total KHCO3 yang dihasilkan tersisa dalam fasa padat dan cair selama tidak bereaksi dengan kalium karbonat pada temperatur 25 oC. Distribusi fasa KHCO3 antara fasa padat dan cair menyebabkan pergeseran kesetimbangan reaksi terhadap pembentukan produk. Kenaikan temperatur akan menyebabkan KHCO3 larut dalam fasa cair dibanding fasa padat. Pada keadaan yang sama, konsentrasi CH3OK menurun sementara K2CO3 naik sehingga KHCO3 ditemukan sebagai katalis yang kurang baik jika dibandingkan dengan K2CO3. Hal ini menunjukan bahwa KHCO3 yang terbentuk dari reaksi K2CO3 dan metanol merupakan unsur katalis yang penting. Sehingga hasil reaksi transesterifikasi sebagian tergantung konsentrasi CH3OK [28].

5. Metanolisis Crude dan Refined Minyak Nabati

Perolehan metil ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati

refined. Namun apabila produk metil ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan getahnya dan disaring [10].

6. Pengaruh temperatur

Temperatur mempunyai peranan yang sangat penting pada kualitas produk. Umumnya , batasan temperatur yang digunakan dalam proses adalah 50 – 65 o

metanol akan lebih cepat menguap sedangkan jika temperatur dibawah 50oC menyebabkan viskositas metil ester tinggi [26]. Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. Temperatur yang rendah akan menghasilkan konversi yang lebih tinggi namun dengan waktu reaksi yang lebih lama [29].

2.6 SYARAT MUTU BIODIESEL

Biodiesel akan berguna dan bermanfaat apabila produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi (syarat mutu) yang telah ditetapkan dan berlaku di daerah pemasaran biodiesel tersebut. Persyaratan mutu biodiesel di Indonesia sudah dibakukan dalam SNI-04-7182-2006, yang telah disahkan dan diterbitkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) tanggal 22 Februari 2006.

Parameter yang menunjukkan keberhasilan pembuatan biodiesel dapat dilihat dari kandungan gliserol total dan gliserol bebas (maksimal 0,24%-b dan 0,02%-b) serta angka asam (maksimal 0,8) dari biodiesel hasil produksi. Terpenuhinya semua persyaratan SNI-04-7182-2006 oleh suatu biodiesel menunjukkan bahwa biodiesel tersebut tidak hanya telah dibuat dari bahan mentah yang baik, melainkan juga dengan tatacara pemrosesan serta pengolahan yang baik pula. Persyaratan kualitas biodiesel yang diinginkan dapat di lihat pada tabel 2.7.

Tabel 2.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel menurut SNI-04-7182-2006 [32] Parameter dan Satuannya Batas Nilai Metode Uji Metode

Setara Massa jenis pada 40 oC, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675 Viskositas kinematik pada 40 °C,

mm2/s (cSt) 2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104

Angka setana min. 51 ASTM D 613 ISO 5165

Titik nyala (mangkok tertutup), °C min. 100 ASTM D 93 ISO 2710 Angka asam mg-KOH/g maks.0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03 Gliserol bebas %-massa maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Gliserol total %-massa maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Kadar ester alkil %-massa min. 96,5 Di hitung FBI-A03-03

2.7 BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO)

Minyak sawit mentah atau Crude Palm Oil (CPO) merupakan minyak yang di peroleh dari hasil fraksinasi danging sawit berbentuk lemak semi padat pada suhu kamar. Baik atau tidaknya nilai CPO di tentukan oleh standar mutu yang harus di capai pada pengolahannya [33].

CPO yang di gunakan sebagi bahan baku pembuatan biodiesel (metil ester) ini harus di perhatikan ALB nya yaitu yang kadar asam lemak bebas (ALB) nya rendah (< 1%). Apabila ALB lebih, maka perlu dilakukan pretreatment karena dapat mengakibatkan efisiensi proses rendah (Proses Esterifikasi). Padahal standar perdagangan minyak nabati dunia mengizinkan kadar ALB hingga 5 persen. Sehingga minyak nabati dengan kadar > 1%, perlu dilakukan proses deasidifikasi dapat pula dilakukan reaksi metanolisis atau dengan gliserol kasar.

Tabel 2.4 Sifat-sifat Kimia dan Fisika CPO [33]

Sifat Nilai

Bobot jenis pada suhu kamar 0,900 Indeks bias pada 400C 1,4505 - 1,4565

Bilangan Iod 48 – 56

Bilangan Penyabunan 195 – 205

Lengas dan Kotoran (%) 0,4 - 0,5 Bilangan tak tersabun 0,2 - 0,5 Titik leleh (0C) 30,5 - 37,5

Pada umumnya minyak sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat, oleat dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit. Minyak sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam lemaknya semakin tinggi titik lebur dari minyak sawit tersebut. Komponen penyusun minyak sawit terdiri dari trigliserida dan non trigliserida. Asam-asam lemak penyusun trigliserida terdiri dari asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh.

Tabel 2.5 Komposisi Komponen Trigliserida Asam Lemak pada Minyak Sawit dari Berbagai Sumber [24]

Asam Lemak Malaysia % Indonesia % Zaire %

Miristik 0,5-0,8 0,4-0,8 1,2-2,4

Palmatik 46-51 46-50 41-43

Stearik 2-4 2-4 4-6

Oleik 40-42 38-42 38-40

Komponen non-trigliserida ini merupakan komponen yang menyebabkan rasa, aroma dan warna kurang baik. Kandungan minyak sawit yang terdapat dalam jumlah sedikit ini, sering memegang peranan penting dalam menentukan mutu minyak.

Tabel 2.6 Kandungan Minor (Komponen non-Trigliserida) Minyak Sawit [24]

Komponen Nilai

Karoten 500-700

Tokoferol 400-600

Sterol Mendekati 300

Phospatida 500

Besi (Fe) 10

Tembaga (Cu) 0,5

Air 0,07-0,18

Kotoran-kotoran 0,01

2.8 DESKRIPSI PROSES

Dalam penelitian ini dilakukan dua tahap proses utama untuk menghasilkan metil ester, yaitu proses esterifikasi dan proses transesterifiakasi. Proses ini dipilih karena dalam bahan baku utama yaitu minyak sawit mentah yang memiliki kadar asam lemak bebas yang cukup tinggi, oleh karena itu digunakan proses esterifikasi untuk menguranginya. Kemudian dilakukan proses transesterifikasi untuk menghasilkan metil ester.

2.8.1 Proses Esterifikasi

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat dan karena ini asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial. Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120 °C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak [29]. Reaksi esterifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.3:

RCOOH + CH

3

OH RCOOCH

3

+ H

2

O

Asam Lemak Metanol Metil Ester Air

Gambar 2.3 Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak menjadi Metil Ester [34] Esterifikasi dilakukan apabila minyak mengandung asam lemak bebas yang tinggi. Asam lemak bebas yang terlalu banyak akan membentuk banyak sabun sehingga akan mengurangi produksi biodiesel (metil ester) [35].

Pengguna bahan baku dengan kadar ALB > 1% tidak memberikan reaksi yang nyata untuk transesterifikasi trigliserida. Kadar ALB yang tinggi mengakibatkan meningkatnya reaksi samping pada reaksi transesterifikasi yaitu reaksi penyabunan yang dapat mengakibatkan pembentukan emulsi pada campuran ester dan gliserol sehingga proses pemisahan fasa sulit terjadi [35]. Oleh karena itu Esterifikasi dilakukan untuk menurunkan kandungan FFA menjadi kurang dari 1% sehingga minyak yang dihasilkan siap ditransesterifikasi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester) [1].

2.8.2 Proses Transesterifikasi

Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) merupakan reaksi minyak dan lemak dengan alkohol untuk membentuk ester dan gliserol. Katalis biasanya di gunakan untuk mempercepat laju reaksi dan yield. Alkohol berlebih juga di gunakan untuk kesetimbangan sehingga rekasi bergeser ke arah produk karena ini merupakan reaksi reversibel. Untuk tujuan inilah alkohol monohibrid alifatik primer dan sekunder mempunyai 1-8 atom karbon yang di gunakan. Jadi, ketika NaOH, KOH, K2CO3 atau sejenisnya dicampur dengan alkohol maka akan terbentuk larutan alkalinitas [20].

Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, metanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Jadi, di sebagian besar dunia ini biodiesel (metil ester) praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak. Transesterifikasi juga menggunakan katalis dalam reaksinya. Tanpa adanya katalis, konversi yang dihasilkan maksimum namun reaksi berjalan dengan lambat. Katalis yang biasa digunakan pada reaksi transesterifikasi adalah katalis basa, karena katalis ini dapat mempercepat reaksi [29].

Metil Ester / Biodiesel (metilester)

Katalis Katalis

Katalis

Gliserol Katalis

Berdasarkan kadungan FFA dalam minyak nabati maka proses pembuatan biodiesel (metil ester) dapat dibedakan atas dua bagian yaitu:

1. Transeseterifikasi dengan menggunakan katalis basa untuk refined oil atau minyak nabati dengan kandungan FFA rendah

2. Esterifikasi dengan katalis asam untuk minyak nabati dengan kandungan FFA yang tinggi di lanjutkan dengan transesterifikasi dengan katalis basah Reaksi transesterifikasi dapat dilihat pada Gambar 2.2.

H2C O C R1 R1 C OCH3 H2C OH

HC O C R2 + 3 CH3OH R2 C OCH3 + HC OH

H2C O C R3 R3 C OCH3 H2C OH

Gambar 2.4 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester [19] Reaksi transesterifikasi sebenarnya berlangsung dalam 3 tahap yaitu sebagai berikut:

1. Trigliserida (TG) + ROH Digliserida (DG) + R’COOR 2. Digliserida (DG) + ROH Monogliserida (MG) + R’’COOR 3. Monogliserida (MG) + ROH Gliserol (GL) + R’’’COOR

Gambar 2.5 Tahap Reaksi Transesterifikasi [20] Trigliserida Metanol

O O O

O

O

2.9ANALISIS EKONOMI

Indonesia merupakan salah satu produsen minyak sawit terbesar di dunia. Konsumsi minyak sawit di dalam negeri digunakan sebagai bahan baku industri minyak goreng, margarin, sabun, serta industri oleokimia yang memproduksi asam lemak sawit, metil ester (biodiesel) dan fatty alkohol. Minyak sawit mentah CPO merupakan salah satu komoditi yang dapat dikembangkan penggunaannya lagi pula produksi CPO ini cenderung meningkat setiap tahunnya sehingga lebih menjanjikan akan pasokan CPO ini sebagai bahan baku pembuatan metil ester. Kebutuhan metil ester sebagai bahan bakar (biodisel), bahan baku produk kosmetik, obat-obatan, dan pestisida semakin hari akan semakin meningkat. Dengan demikian industri oleokimia berbasis dari alam yang mempunyai prospek untuk dikembangkan di Indonesia adalah industri metil ester.

Produksi metil ester dengan bahan baku CPO dilakukan dengan tahapan sebagai beikut:

1. Preparasi abu kulit buah kelapa

2. Pretreatment CPO dengan proses degumming 3. Esterifikasi CPO untuk mereduksi ALB 4. Transesterifikasi

Penelitian pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai subtitusi katalis konvensional pada transesterifikasi CPO ini di lakukan untuk menghasilkan metil ester sebagai bahan baku produksi biodiesel yangmana akan menambah pasokan biodiesel sebagai salah satu bahan bakar alternatif yang dapat menggantikan peran minyak bumi. Dengan pemanfaatan abu kulit buah kelapa sebagai katalis transesterifikasi ini di harapkan akan meminimalisir biaya pembuatan metil ester. Berikut merupakan rincian biaya pembuatan metil ester dengan pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai katalis yang dilakukan selama penelitian dengan basis bahan baku CPO 5 kg.

Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Metil Ester dengan Pemanfaatan Katalis Abu Limbah Kulit Buah Kelapa

Bahan dan Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp) CPO (Crude Palm Oil) low

grade 5 kg 2.500,-/kg 12.500,-

Asam Posfat (H3PO4) 100 gr 60.000,-/kg 6000,- Asam Sulfat (H2SO4) 1,5 kg 40.000,-/kg 60.000,-

Metanol (CH3OH) teknis 5 L 12.000,-/L 60.000,-

Limbah Kulit Buah Kelapa - - -

Analisa AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer)

3 sampel 80.000,-/sampel 240.000,- Analisa GC (Gas

Chromatography) CPO 1 sampel 250.000,-/sampel 250.000,-

Analisa GC (Gas

Chromatography) Metil

Ester

5 sampel 550.000,-/sampel 2.750.000,-

Pajak Analisa GC sampel 10% 300.000,-

Total 3.727.375,-

Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang diperlukan untuk produksi metil ester dengan pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai katalis sebesar Rp 3.727.375,-.

Jika di bandingkan dengan pembuatan metil ester yang di lakukan pada umumnya dengan tahapan yang sama namun menggunakan katalis konvensional NaOH/KOH maka dengan tahapan yang sama digunakan bahan kimia seperti asam posfat (H3PO4), asam sulfat (H2SO4), metanol (CH3OH), NaOH/KOH sebagai katalis transesterifikasi. Berikut merupakan rincian biaya pembuatan metil ester jika dengan katalis konvensional basis penelitian 5 kg CPO.

Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang diperlukan untuk produksi metil ester dengan pemanfaatan abu limbah kulit buah kelapa sebagai katalis sebesar Rp 3.727.375,-. Untuk menghasilkan metil ester dari 5 kg CPO di butuhkan 30 run pada masing masing proses transesterifikasi 150 gram CPO dengan jumlah katalis abu kulit buah kelapa sebesar 1% b/b CPO. Maka jumlah abu yang di butuhkan untuk 1 run adalah:

gram 1,5 gram x150 100 1 Abu

Berdasarkan hasil penelitian diperoleh bahwa 125 gram kulit buah kelapa akan menghasilkan 1,2 gram abu selama pembakaran. Maka untuk menghasilkan 45 gram abu diperlukan kulit buah kelapa adalah:

kg 4,6875 gram 4687,5 gram x125 1,2 45 Kelapa Buah Kulit

Jumlah = = =

Proses yang digunakan untuk kalsinasi abu kulit buah kelapa di bakar dalam

Furnace. Kebutuhan Listrik furnace dalam satu hari adalah 2,38 kWh/hari. Pembakaran abu kulit buah kelapa dilakukan selama 8 jam maka untuk 3 run pembakaran dibutuhkan 24 jam proses pembakaran. Jadi, biaya listrik yang di butuhkan untuk pembakaran kulit buah kelapa adalah:

1.368,5 Rp kWh 1 575 Rp kWh x 2,38 Listrik Biaya kWh 2,38 hari 1 kWh 2,38 x jam 24 hari 1 x jam 24 jam 8 run x 3 Listrik Biaya = = = = =

Jika di bandingkan dengan pembuatan metil ester yang di lakukan pada umumnya dengan tahapan yang sama namun menggunakan katalis konvensional KOH/K2CO3 maka dengan tahapan yang sama dibutuhkan 4,687 kg KOH/K2CO3.

164.045,-Rp KOH kg 1 35.000 Rp x KOH kg 4,687 = KOH kebutuhan Biaya =

Dari analisa biaya yang di lakukan dapat di lihat bahwa dengan kebutuhan katalis yang sama, pemanfaatan abu kulit buah kelapa sangat menguntungkan dibandingkan penggunaan katalis konvensional dan sangat efisien.

Besarnya efisiensi pemanfaatan abu kulit buah kelapa adalah:

% 99,17 Efisiensi x100% 164.045 1.368,5 -164.045 Efisiensi x100% vensional KatalisKon Abu Katalis -al Konvension Katalis Efisiensi = = =

Dapat di lihat bahwa pemanfaatan abu kulit buah kelapa lebih hemat dan lebih ekonomis sebesar 99,17 %. Sehingga pemanfaatan abu kulit buah kelapa ini layak dipertimbangkan.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 BAHAN DAN PERALATAN 3.1.1 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Kulit buah kelapa

2. Minyak sawit (Crude Palm Oil)

3. Metanol (CH3OH) Teknis 4. Asam Sulfat (H2SO4) 98%

5. Asam Posfat (H3PO4) 85% 6. Etanol (C2H5OH) 95% 7. Indikator Phenolphtalein 8. Natrium Hidroksida (NaOH)

0,1 N 3.1.2 Peralatan Penelitian dan Analisa

Perlatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Beaker glass

2. Bunsen

3. Cawan Porselen 4. Corong Pemisah 5. Desikator 6. Erlenmeyer

7. Furnace

8. Gelas Ukur

9. Hot Plate

10.Labu leher tiga

11.Motor Pengaduk serta Pengaduknya

12.Neraca analisis 13.Oven

14.Piknometer

15.Refluks Kondensor 16.Satu set alat titrasi 17.Termometer

18.Viskosimeter Ostwald

3.2 RANCANGAN PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode percobaan dengan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial dengan dua faktor yaitu temperatur pembakaran kulit buah kelapa sebagai katalis pada preparasi abu dan jumlah katalis yang digunakan pada proses transesterifikasi sehingga diperoleh 9 kombinasi perlakuan seperti terlihat pada tabel 3.1 dan di ambil data optimum katalis sebagai konsentrasi katalis tetap.

Tabel 3.1 Rancangan Penelitian Run

Temperatur Pembakaran

(oC)

Jumlah Katalis % (b/b) Temperatur Reaksi Transesterifikasi

(oC)

Rasio Metanol/Minyak 1.

550

1

65 6:1

2. 2

3. 3

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

3.3.1 Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa

Preparasi abu kulit buah kelapa dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Haryanto [7] yaitu :

Kulit buah kelapa dibakar dalam furnace dengan variasi temperatur pembakaran 550oC selama 8 jam hingga menjadi abu. Penentuan Kadar kalium dalam abu kulit kelapa di analisa dengan spektrfotometer serapan atom (AAS). 3.3.2 Analisa Bahan Baku

Analisa sampel dilakukan terhadap bahan baku, hasil utama dan side product. Ada 2 analisa bahan baku yang dilakukan yaitu Pre-treatment bahan baku CPO dan analisa kadar FFA.

3.3.2.1 Pre-treatment Bahan Baku CPO

Pre-treatment yang dilakukan yaitu dengan proses degumming, hal ini dilakukan untuk menghilangkan getah (gum) yang terdapat pada bahan baku CPO. Analisa ini dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Prateepchaikul [12], Supardan [1] dan Alkabbashi [13] yaitu:

1. CPO sebanyak 1000 gram dimasukkan kedalam erlenmeyer dan dipanaskan dalam hot water bath dimana temperatur air dan minyak dijaga konstan pada 60 oC.

2. Gum (getah) dalam minyak seperti phospholipids dihilangkan dengan penambahan H3PO4 0,6 % (b/b) CPO.

3. Diaduk homogen pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga kandungan CPO itu terlihat semi-transparan, cokelat gelap.

3.3.2.2 Analisa Kadar FFA (Free Fatty Acid)

Analisa bahan baku selanjutnya dilakukan dengan analisis kadar FFA dari CPO dengan prosedur metode standar IUPAC Paquot [38] yaitu:

1. Sebanyak 20 gram sampel CPO dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer kemudian di tambahkan 150 ml etanol 95% (v/v).

2. Campuran dikocok kuat hingga sampel larut dan diambil sebanyak 10 ml. 3. Ditambahkan 3 tetes indikator phenolphtalein (10 g/l dalam 95% etanol)

lalu dititrasi dengan NaOH 0,1 N hingga berubah dari bening menjadi merah rosa.

4. Dicatat volume NaOH 0,1 N yang terpakai.

Kadar Asam lemak bebas sampel (%) dapat di hitung berdasarkan persamaan berikut:

Kadar Asam lemak bebas (%) =

m NxVxM

10 3.1

N = Normalitas larutan NaOH

V = Jumlah Volume larutan NaOH terpakai (ml)

M = Berat molekul FFA CPO (Dari Analisa GC = 269,008425 gr/mol) 3.3.3 Proses Esterifikasi

Prosedur esterifikasi dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Surachai [14] dan Turapan [15] yaitu :

1. Sebanyak 150 gram CPO yang telah di analisa kadar FFA nya di masukkan ke dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan refluks kondensor, termometer, magnetic stirrer.

2. Metanol (perbandingan mol metanol dan FFA CPO adalah 10:1) dicampurkan dan dimasukkan ke dalam labu leher tiga tersebut setelah itu ditambah katalis H2SO4 3,0 % (b/b) terhadap berat FFA diaduk dan dipanaskan sampai suhu reaksi 60 oC.

3. Suhu reaksi di pertahankan konstan 60 oC selama 90 menit dengan kecepatan pengadukan konstan 250 rpm.

4. Setelah reaksi selesai maka hasil reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan di diamkan sampai mencapai suhu kamar selama 2 jam.

5. CPO hasil reaksi kemudian di cuci dengan 150 ml aquades dalam beaker glass selama 15 menit ( dilakukan dua kali pencucian).

6. Ester dan aquades yang terbentuk di pisahkan dengan corong pemisah dan kemudian ester di panaskan dalam oven pada suhu 110 oC sampai berat konstan.

7. Jika setelah di analisis kadar asam lemak bebas CPO < 1% maka reaksi telah memenuhi syarat untuk di transesterifikasi.

3.3.4 Proses Transesterifikasi

Prosedur transesterifikasi dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Haryanto [7] dan Alkabbashi [13] yaitu :

1. Ditimbang abu kulit buah kelapa sebanyak 1% dari berat CPO lalu dimasukkan ke dalam beaker glass dan ditambahkan metanol sebanyak 75 ml, diaduk hingga homogen selama 1 jam kemudian ditambahkan metanol hingga sesuai dengan rasio molar metanol/CPO 6:1 ke dalam beaker glass

lalu di aduk untuk melarutkan abu kulit buah kelapa.

2. CPO hasil esterifikasi di panaskan di atas hot plate sampai mencair hingga tidak terlihat lagi gelembung gas (buih) kira-kira 15 menit.

3. Campuran abu kulit buah kelapa dan metanol di masukkan ke dalam labu leher tiga yang di lengkapi dengan termometer, motor pengaduk, dan refluks kondensor lalu dimasukkan ester CPO yang telah dipanaskan tersebut. 4. Campuran di panaskan sampai temperatur 65 oC di atas hot plate dan

dibiarkan bereaksi selama 2 jam pada temperatur konstan dan dengan pengadukan konstan yaitu 500 rpm.

5. Campuran yang terbentuk dituang ke dalam corong pemisah dan di biarkan terjadi pemisahan selama 2 jam pada temperatur kamar.

6. Lapisan bawah (gliserol) di buang sehingga yang tertinggal hanya lapisan atas yaitu metil ester. Metil ester di cuci dengan air hangat dalam corong pemisah untuk membuang residu katalis dan sabun. Pencucian ini biasanya dilakukan sebanyak 2-3 kali secara perlahan-lahan hingga lapisan air pencuci telah jernih.

7. Setelah di cuci metil ester yang di hasilkan diuapkan sebelum disimpan dan dikeringkan ke dalam beaker glass dengan pemanasan pada suhu 110 oC selama 1 jam kemudian dihitung massanya.

8. Prosedur di atas diulangi dengan variasi jumlah abu kulit buah kelapa dengan 2% dan 3%..

3.4 ANALISIS METIL ESTER 3.4.1 Analisis Kuantitatif

3.4.1.1 Analisis Densitas

Prosedur Analisis densitas dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Sundaryon [39] yaitu :

1. Massa piknometer ditimbang pada 40oC kemudian dikalibrasi dengan air untuk mengetahui volumenya.

2. Piknometer di isi sampel metil ester dengan suhu piknometer dijaga pada 40oC dan ditimbang massanya.

3. Densitas sampel dihitung dengan rumus:

) (m piknometer volume (kg) ester metil massa 3 ester metil = ρ

3.4.1.2 Analisis Viskositas Kinematik

Prosedur Analisis viskositas kinematik dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Sundaryono [39] yaitu :

1. Viskosimeter dikalibrasi dengan air untuk menentukan harga k.

2. Viskometer Ostwald diisi 5 mL sampel metil ester ditempatkan pada penangas air 40oC dan dibiarkan selama 10 menit

3. Di hitung waktu yang dibutuhkan sampel untuk melewati jarak antara dua tanda yang terdapat pada viskometer. Pengukuran waktu alir dilakukan sebanyak tiga kali.

4. Nilai viskositas dihitung dengan rumus: air densitas ester metil densitas sg : dimana xt kxsg ester metil ester metil ester metil = = µ

Viskositas kinematik (cSt) =

Sampel Jenis

Massa

Dinamik Voskositas

3.4.1.3 Analisis Titik Nyala

Prosedur Analisis titik nyala dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Sundaryono [39] yaitu :

1. Metil ester dimasukkan ke dalam cawan porselen dan di pasang

termometer.

2. Metil ester dipanaskan dengan bunsen dan nyala api diletakkan 10 cm di atas permukaan metil ester.

3. Proses pemanasan terus dilakukan sampai nyala api terbakar.

4. Temperatur metil ester pada saat mulai terbakar disebut titik nyala.

3.4.2 Analisis Kualitatif

Analisa kualitatif yang dilakukan adalah analisa kemurnian, analisa gliserol terikat dan gliserol bebas dimana ini dilakukan dengan kromatogram GC

3.5 FLOWCHART PENELITIAN

3.5.1 Flowchart Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa

Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa

3.5.2 Flowchart Tahap Pre-treatment Bahan Baku CPO

Gambar 3.2 Flowchart Tahap Pretreatment CPO

Kulit buah kelapa di masukkan kedalam furnace

dengan temperatur pembakaran 550 oC selama 8

jam

Selesai Mulai

1000 gram CPO dimasukkan ke dalam erlenmeyer lalu ditambah asam posfat (H3PO4)

0,6 % dari berat CPO

Dipanaskan dalam hot water bath pada temperatur konstan 60 oC

Selesai Mulai

Diaduk dan dihomogenkan pada kecepatan 400 rpm selama 15 menit hingga terlihat semi-tansparan atau cokelat gelap lalu disaring

3.5.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

Sebanyak 20 gram sampel CPO dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer kemudian di tambahkan 150 ml metanol 95%.

Campuran dikocok kuat hingga sampel larut dan di ambil sebanyak 10 ml

Dicatat volume NaOH 0,1 N yang terpakai

Selesai Mulai

Di titrasi dengan NaOH 0,1 N dan ditambah 3 tetes indikator pp hingga berubah menjadi merah rosa

3.5.4 Flowchart Proses Esterifikasi

Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi

Sebanyak 150 gram CPO yang telah di analisa kadar FFA nya di masukkan ke dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan refluks kondensor, termometer,

magnetic stirrer.

Metanol dan katalis H2SO4 dicampurkan dan dimasukkan ke dalam labu leher

tiga tersebut. Perbandingan mol metanol/CPO adalah 3:1, dan menggunakan

asam sulfat 3,0 % (b/b) diaduk dan dipanaskan sampai suhu reaksi 60 oC

Selesai Mulai

Suhu reaksi di pertahankan konstan 60 oC selama 90 menit dengan

kecepatan pengadukan konstan 250 rpm.

Hasil reaksi dimasukkan ke dalam corong pemisah dan di diamkan sampai

mencapai suhu kamar selama 2 jam kemudian di cuci dengan 150 ml

aquades dalam beaker glass selama 15 menit sebanyak dua kali

Ester dan aquades yang terbentuk di pisahkan dengan corong pemisah lalu

di panaskan dalam oven pada suhu 110 oC sampai berat konstan

3.5.5 Flowchart Proses Transesterifikasi Mulai

Ditimbang abu kulit buah kelapa sebanyak 1% dari 150 gram CPO lalu dimasukkan ke dalam beaker glass dan diaduk dengan 75 ml metanol kemudianditambahkan metanol

hingga sesuai rasio molar metanol/CPO 6:1 ke dalam beaker glass

CPO hasil esterifikasi di panaskan di atas hot plate sampai mencair hingga tidak terlihat lagi gelembung gas (buih) kira-kira 15 menit

Campuran di panaskan sampai temperatur 65 oC di atas

hot plate dan dibiarkan bereaksi selama 2 jam pada temperatur konstan dan dengan pengadukan konstan

yaitu 500 rpm.

Campuran abu kulit buah kelapa dan metanol di masukkan ke dalam labu leher tiga yang di lengkapi dengan termometer, motor pengaduk, dan refluks kondensor lalu dimasukkan

sampel CPO yang telah dipanaskan tersebut

Setelah metanol dipisahkan maka campuran yang terbentuk dituang ke dalam corong pemisah dan di biarkan terjadi pemisahan selama 2 jam pada temperatur kamar

Apakah lapisan pencuci sudah

bening?

Tidak

Ya

Lapisan bawah (gliserol) di buang sehingga yang tertinggal hanya lapisan atas yaitu metil ester. Metil ester di cuci dengan air hangat dalam corong pemisah untuk membuang residu katalis dan sabun. Pencucian ini dilakukan berulang kali dan di

lakukan secara perlahan-lahan hingga lapisan air pencuci telah jernih

Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi

3.5.6 Flowchart Analisis Densitas

Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas

Piknometer ditimbang pada 40 oC dan dikalibrasi dengan air

Dimasukkan metil ester kedalam piknometer dan ditimbang

massanya pada 40 oC

Mulai

Selesai Dihitung densitas

Selesai

Di keringkan hingga suhu metil ester mencapai 110 oC selama 1 jam lalu di timbang massanya dan di analisa

Apakah ada variabel lain yang

divariasikan?

Ya

Tidak

3.5.7 Flowchart Analisis Viskositas

Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas

3.5.8 Flowchart Analisis Titik Nyala

Gambar 3.8 Flowchart Analisis Titik Nyala

Metil ester dimasukkan ke dalam cawan dan di pasang termometer

Metil ester dipanaskan dengan bunsen dan nyala api diletakkan 10 cm di atas permukaan metil ester

Proses pemanasan terus dilakukan sampai nyala api terbakar Mulai

Selesai

Temperatur metil ester pada saat mulai terbakar disebut titik nyala Selesai

Dihitung waktu yang dibutuhkan sampel melewati jarak kedua tanda pada viskosimeter sebanyak tiga kali

Mulai

Diisi sebanyak 5 ml metil ester ke dalam viskosimeter di tempatkan

pada penangas air 40 oC dan dibiarkan selama 10 menit

Dihitung viskositas sampel dari waktu alir rata-rata yang diperoleh Viskosimeter dikalibrasi dengan air untuk menentukan harga k

3.6 DIAGRAM BLOK PEMANFAATAN ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PROSES PEMBUATAN METIL ESTER

Kulit Kelapa

Gambar 3.9 Diagram Blok Pemanfaatan Abu Kulit Kelapa Sebagai Katalis dalam Proses Pembuatan Metil Ester

H3PO4 Katalis Asam Pembakaran

H2SO4

Katalis Basa Metanol Metanol

Esterifikasi CPO (Crude Palm Oil)

Pemisahan Fasa I

Air

Sisa Katalis Asam dan Metanol

Transesterifikasi Pemisahan Fasa II

Gliserol

Pencucian dengan Air

Air

Air Cucian Pengeringan hingga

suhu 110 oC

METIL ESTER

Degumming

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 ANALISA BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL)

Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah minyak sawit mentah

CPO (Crude Palm Oil) dimana sebelum CPO digunakan sebagai bahan baku

pembuatan metil ester, terlebih dahulu dilakukan pretreatment terhadap CPO yaitu

dengan proses degumming. Proses degumming merupakan proses yang dilakukan

untuk menghilangkan getah (gum) pada CPO yang tidak diinginkan yang dapat

mengganggu stabilitas produk minyak pada tahap selanjutnya. Hal ini dilakukan

dengan penambahan 0,6 % (b/b) asam posfat (H3PO4) 85% [40].Selain itu dilakukan

juga analisa kadar asam lemak bebas FFA (Free Fatty Acid).

4.1.1 Proses Degumming

Proses degumming dilakukan agar gum atau getah dapat diminimalkan yang

terdapat dalam minyak sawit (CPO). Karena pada dasarnya gum merupakan senyawa

organik berupa phospolipid atau phospotida [41]. Minyak sawit mentah (CPO) yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan metil ester dilakukan dengan proses esterifikasi dan transesterifikasi. Akan tetapi, setelah di lakukan penelitian, bahan baku CPO ini tidak menghasilkan metil ester (trigliserida CPO tidak terkonversi menjadi metil ester). Diperkirakan bahwa bahan baku CPO ini banyak mengandung pengotor seperti phospotida yang dapat menghalangi stabilitas metil ester atau terhalangnya proses transesterifikasi sehingga diperlukan perlakuan awal untuk menghilangkan fosfat dan pengotor lainnya.

Dengan demikian dilakukan pretreatment bahan baku dengan proses

degumming. Proses degumming ini dilakukan dengan dengan penambahan 0,6 % (b/b) asam posfat (H3PO4) 85% telah terjadi penurunan kadar fosfor sebelum di

perlakuan (CPO) mengalami penurunan yaitu dari 42,1 ppm menjadi 33,1 ppm

4.1.2 Proses Esterifikasi

Reaksi transesterifikasi pada pembuatan metil ester dipengaruhi oleh kadar asam lemak bebas (FFA) bahan baku yang digunakan, karena kandungan asam lemak bebas bahan baku yang digunakan pada reaksi ini harus lebih kecil dari 1 %

(FFA < 1%) [21]. Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa kadar FFA (free fatty acid) CPO

diperoleh sebesar 2,690%, 3,363%, 3,766%.

Tabel 4.1 Hasil Analisa FFA Bahan Baku CPO (Crude Palm Oil)

Waktu

Kadar FFA (%)

% Penurunan ALB Sebelum

Esterifikasi

Setelah Esterifikasi

Setelah 1 Hari 2,690 0,7174 73,3308

Setelah 6 Hari 3,363 0,8070 76,0035

Setelah 10 Hari 3,766 0,8967 76,1896

Nilai FFA yang diperoleh ini cukup besar sehingga sebelum proses transesterifkasi diperlukan reaksi esterifikasi terlebih dahulu untuk mereduksi FFA menjadi lebih kecil dari 1%. Jika bahan baku memiliki FFA tinggi digunakan langsung pada reaksi transeterifikasi yang berkatalis basa maka asam lemak akan bereaksi dengan katalis membentuk sabun melalui reaksi penyabunan sehingga efektifitas katalis akan menurun, karena sebagian katalis bereaksi dengan asam lemak. Selain itu, kondisi tersebut akan menurunkan yield ester dan mempersulit proses pemisahan [42].

Minyak sawit mentah CPO ini juga dianalisis dengan menggunakan GC-MS

(Gas Chromatography-mass spectrometry) untuk mengetahui komposisi asam-asam

lemak yang terkandung didalamnya dan untuk menghitung berat molekul CPO (dalam bentuk trigliserida). Sampel yang akan di analisis menggunakan GC-MS harus memiliki titik didih yang rendah atau mudah menguap, oleh karena itu CPO yang memiliki titik didih relatif tinggi harus dibuat senyawa turunannya (senyawa ester) terlebih dahulu agar memiliki tiitk didih rendah, sehingga mudah menguap.

Berikut merupakan komposisi asam lemak hasil analisa GC-MS yang dengan metode uji Malaysian Palm Oil Board (MPOB p3.5 : 2004)

Gambar 4.1 Kromatogram Komposisi Asam Lemak CPO

Dari kromatogram pada gambar 4.1, komposisi asam lemak CPO tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil)

No. Puncak Retention Time

(menit) Komponen Penyusun

Komposisi (%)

1 3,135 Asam Laurat (C12:0) 0,13

2 3,897 Asam Miristat (C14:0) 1,00

3 5,405 Asam Palmitat (C16:0) 46,30

4 5,694 Asam Palmitoleat (C16:1) 0,12

5 8,008 Asam Stearat (C18:0) 4,27

6 8,650 Asam Oleat (C18:1) 37,76

7 9,637 Asam Linoleat (C18:2) 9,73

8 11,105 Asam Linolenat (C18:3) 0,18

9 12,836 Asam Arakidat (C20:0) 0,37

10 13,732 Asam Eikosenoat (C20:1) 0,13

Berdasarkan hasil analisa GC-MS, komponen asam lemak yang dominan dalam sampel CPO yang digunakan pada penelitian ini, adalah pada puncak 3 yaitu asam palmitat (C16H32O2) dengan berat molekul 256 gr/mol sebesar 46,3% dan pada

4.2 ANALISA YIELD

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, yield metil ester yang dihasilkan

dipengaruhi oleh jumlah katalis yang digunakan dengan suhu pembakaran tetap.

Suhu pembakaran yang digunakan adalah 550oC dengan kadar kalium yang di

peroleh adalah 29,489%. Pengaruh jumlah katalis dapat di lihat pada gambar 4.2

Gambar 4.2 Hubungan Jumlah Katalis Abu Kulit buah kelapa terhadap Yield Metil

Ester Pada Suhu Pembakaran 550oC

Pada Gambar 4.2 di atas dapat dilihat hubungan jumlah katalis abu kulit buah

kelapa terhadap yield metil ester dengan konsentrasi katalis 1%, 2% dan 3%. Jumlah

katalis yang digunakan juga mempengaruhi yield metil ester, Jika dilihat pada

gambar 4.3 grafik menunjukan yield metil ester yang diperoleh menurun pada setiap

jumlah katalis dengan yield metil ester yang paling besar diperoleh pada jumlah katalis 1% yaitu sebesar 52,5% pada temperatur pembakaran katalis tetap yaitu

550oC. Pada katalis 2% dan 3% masing-masing adalah 52,3% dan 40,1%

Hal ini diperkirakan bahwa kadar kalium yang besar menyebabkan konsentrasi katalis yang semakin besar sehingga tidak menyebabkan bergesernya reaksi ke kanan (ke arah pembentukan metil ester) namun menyebabkan kualitas pertemuan antar reaktan semakin meningkat yang dapat menurunkan keaktifan ion kalium sebagai katalis [43]. Besarnya kandungan kalium yang terdapat pada abu diperkirakan ikut bereaksi dengan trigliserida sehingga tahapan reaksi DG menjadi MG cenderung sangat lambat sehingga konversi reaksi menjadi metil ester sangat kecil dan

10 20 30 40 50 60 70

0 1 2 3

%

Y

ie

ld

menurunkan yield metil ester. Ikut bereaksinya kadar kalium terhadap trigliserida membuat reaksi cenderung membentuk gliserol dan membentuk sabun. Reaksi penyabunan tersebut akan mengambil sejumlah metil ester yang telah terbentuk dan juga metil ester lainnya dimungkinkan terjebak dalam emulsi yang terbentuk [44] sehingga gliserol dan sabun yang terbentuk lebih banyak daripada metil ester yang

diperoleh. Selain itu, kondisi tersebut akan menurunkan yield metil ester dan

mempersulit proses pemisahan [45]. Sehingga yield metil ester diperoleh menurun berdasarkan peningkatan jumlah katalisnya.

4.3 ANALISA DENSITAS

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, densitas metil ester yang dihasilkan dipengaruhi oleh jumlah katalis yang digunakan dengan suhu pembakaran tetap. Pengaruh jumlah katalis abu kulit buah kelapa terhadap densitas metil ester dapat dilihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit buah kelapa

terhadap Densitas Metil Ester yang Diperoleh Pada Suhu Pembakaran 550oC

Pada gambar 4.3 diatas dapat dilihat hubungan antara jumlah katalis dari abu kulit buah kelapa terhadap densitas metil ester yang diperoleh dengan konsentrasi katalis 1%, 2% dan 3% dan temperatur pembakaran 550oC. Semakin tinggi jumlah katalis, maka densitas metil ester juga semakin besar. Hal ini disebabkan adanya gliserol yang terdapat pada metil ester dan zat-zat pengotor lainnya yang disebabkan pemisahan gliserol dan pencucian metil ester yang kurang sempurna. Menurut

865 870 875 880 885 890

0 1 2 3

D en si tas ( K g/ m 3)

Standar Nasional Indonesia [32], densitas metil ester pada suhu 40oC adalah 850 –

890 kg/m3. Dari hasil penelitian yang diperoleh, densitas metil ester yang diperoleh

berkisar 867,055 – 885,679 kg/m3. Dengan demikian, metil ester yang dihasilkan memenuhi standar biodiesel.

Hal ini dapat dilihat bahwa produk metil ester pada katalis 3% memiliki densitas yang sangat tinggi ini dikarenakan komposisi dari produk yang dihasilkan berupa mono-, di- dan tri- gliseridanya cukup tinggi dari antara produk metil ester lainnya.

4.4 ANALISA VISKOSITAS

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, densitas metil ester yang dihasilkan dipengaruhi oleh jumlah katalis yang digunakan dengan suhu pembakaran tetap. Pengaruh jumlah katalis abu kulit buah kelapa terhadap viskositas kinematik metil ester dapat dilihat pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit buah kelapa

terhadap Viskositas Metil Ester dengan Suhu Pembakaran 550oC

Dari gambar 4.4 di atas dapat dilihat hubungan antara jumlah katalis dari abu kulit buah kelapa terhadap viskositas kinematik metil ester yang diperoleh dengan

konsentrasi katalis 1%, 2% dan 3% dan temperatur pembakaran 550oC. Dari gambar

4.5 di atas dapat dilihat bahwa semakin meningkat jumalah katalis maka viskositas kinematik metil ester semakin besar. Menurut Standar Nasional Indonesia [32],

3,85 3,9 3,95 4 4,05 4,1 4,15 4,2 4,25

0 1 2 3

V is k os it as ( cS t) )

viskositas kinematik metil ester pada suhu 40oC adalah 2,3 – 6,0 cSt. Dari hasil penelitian yang diperoleh untuk berbagai variasi jumlah abu kulit kelapa, viskositas kinematik metil ester yang diperoleh berkisar 3,882 – 4,192 cSt. Dari hasil penelitian yang diperoleh viskositas Metil Ester yang dihasilkan sesuai dengan standar viskositas kinematik biodiesel.

Selain metanol yang digunakan sebagai pelarut katalis abu kulit buah kelapa, viskositas dipengaruhi juga oleh panjang rantai (jumlah atom C) dan derajat kejenuhan dari komponen penyusun bahan baku metil ester. Semakin meningkat panjang rantai dan derajat kejenuhan maka viskositas akan semakin besar, viskositas akan semakin rendah dengan adanya ikatan rangkap dalam komponen penyusun bahan baku biodiesel. Mono- ataupun digliserida mempunyai viskositas yang mirip dengan viskositas biodiesel, sehingga keberadaan monogliserida dan digliserida sebagai hasil dari reaksi yang kurang sempurna tidak mempengaruhi viskositas [46]. Berbeda halnya dengan trigliserida yang mempunyai viskositas yang lebih tinggi dari metil ester (biodiesel), tidak sempurnanya reaksi dimana trigliserida yang tidak terkonversi menjadi metil ester menyebabkan viskositas produk yang dihasilkan masih relatif tinggi dan persentase konversinya pun menjadi rendah.

71

L5.4 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN

550

o

C,1%)

Gambar L5.7 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550

o

C, 1%)

73

L5.5 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN

550

o

C,2%)

Gambar L5.9 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550

o

C, 2%)

75

L5.6 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN

550

o

C,3%)

Gambar L5.11 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550

o

C, 3%)