Pengaruh Konsentrasi Li Yang Di-Doping Ke Dalam Katalis CaO Terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE

DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI

TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI

070405012

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2013

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE

DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI

TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD TARMIDZI

070405012

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2013

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, 12 September 2013

Muhammad Tarmidzi 070405012

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

PENGARUH KONSENTRASI Li YANG DI-DOPING KE DALAM KATALIS CaO TERHADAP REAKSI TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Medan, 12 September 2013 Mengetahui,

Koordinator Skripsi

Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi NIP. 19680820 199501 1 001

Dosen Pembimbing

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

Dosen Penguji I

Dr. Ir. Taslim, MSi.

NIP. 19650115 199003 1 002

Dosen Penguji II

Ir. Bambang Trisakti, MT. NIP. 19660925 199103 1 003

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT karena atas rahmad-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan, Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Melalui penelitian ini diperoleh konsentrasi katalis heterogen Li/CaO paling baik terhadap reaksi transesterifikasi CPO dengan kualitas rendah menjadi metil ester. Sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan, khususnya dalam rekayasa teknologi pembuatan metil ester yang menggunakan katalis heterogen.

Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT. selaku Pembimbing 2. Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) selaku Fasilitator 3. Ibu Frisda Panjaitan, ST., MT. selaku Pembimbing di PPKS 4. Bapak Dr. Ir. Tjahjono Herawan selaku Pembimbing di PPKS

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, 12 September 2013

Penulis,

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis, H. Usman Effendy dan Hj. Parni.

2. Andre Yanda Putra, ST. atas kerjasamanya yang sangat baik selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Keluarga penulis.

4. Bapak dan Ibu dosen Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Para pegawai dan teknisi Laboratorium Pangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam pelaksanaan penelitian guna menyelesaikan penulisan skripsi ini.

7. Sahabat-sahabat terbaik di Teknik Kimia, khususnya semua stambuk 2007 yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis, khususnya Bambang Wahyu Pramono, ST. yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.

8. Seluruh teman-teman, adik-adik dan abang kakak yang turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, khususnya Reviana Revitasari (Teknik Kimia 2009) dan Dewi Putriani (Sastra Inggris 2007) yang telah memberi masukan dalam penulisan abstrak penelitian dalam Bahasa Inggris.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Muhammad Tarmidzi

NIM : 070405012

Tempat, tanggal lahir : Medan, 18 Agustus 1989 Nama orang tua : H. Usman Effendy Alamat orang tua :

Jl. Gaperta No. 215, Helvetia Tengah, Medan-Helvetia, Sumatera Utara

Asal Sekolah:

 SD Swasta Kartika I-1 Medan tahun 1995 – 2001  SMP Negeri 18 Medan tahun 2001 – 2004

 SMA Negeri 12 Medan tahun 2004 – 2007 Beasiswa yang diperoleh:

-

Pengalaman Organisasi:

1. Wadah Mahasiswa Muslim Departemen Teknik Kimia FT USU, Covalen Study Group (CSG) periode 2009/2010 sebagai Sekretaris Umum

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2010/2011 sebagai Ketua Bidang Kaderisasi dan Sekretaris Umum

3. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2010/2011 sebagai Ketua Departemen Humas

4. Pengurus Komisariat Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) periode 2011/2012 sebagai Ketua Departemen Kaderisasi

5. Asisten Laboratorium Kimia Organik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2008 – 2010 modul Hidrokarbon/ Aldehid-Keton, Isolasi Zat Warna, dan Flavonoid

Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal:

Muhammad Tarmidzi, “Pengaruh Konsentrasi Li yang Di-Doping ke dalam Katalis CaO terhadap Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit”,

ABSTRAK

Pengembangan biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) semakin diminati karena ketersediaan bahan bakar berbasis minyak bumi yang semakin sedikit. Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan di Indonesia yang terbesar sehingga memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan tahap reaksi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Namun, CPO mudah mengalami degradasi akibat hidrolisis, sehingga dapat meningkatkan nilai Asam Lemak Bebas (ALB) yang dapat menganggu reaksi transesterifikasi. Konsekuensinya, akan ada sabun sebagai produk samping. Untuk memaksimalkan produksi biodiesel dari minyak sawit yang memiliki kadar ALB tinggi (CPOlow grade),

salah satunya dengan menggunakan katalis hasil pen-doping-an. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan informasi mengenai pengaruh konsentrasi ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke dalam kalsium oksida (CaO) terhadap

reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan kadar ALB yang tinggi menjadi metil ester, pada temperatur 120oC, rasio metanol:CPO = 12:1 (mol/mol), jumlah katalis 2,5 % (w/w) CPO, selama 3,5 jam dan menggunakan reaktor bertekanan. Variabel penelitian adalah konsentrasi Li yang di-doping ke dalam CaO, yaitu 0%, 1% dan 4% (w/w) CaO. Adapun parameter uji yang dilakukan adalah kandungan metil ester yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi dengan analisa Kromatografi Gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion Li+ yang di-doping ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan metil ester dari minyak sawit mentah (CPOlow grade) dengan kadar ALB > 3,5 %, dimana konsentrasi Li yang di-doping pada CaO

paling baik adalah 1%, dengan hasil 90,88% metil ester.

Kata Kunci: transesterifikasi, CPO, katalis heterogen, litium, kalsium oksida, metil ester.

ABSTRACT

The development of biodiesel which is derived from CPO shows a rising trend for petroleum-based energy reserves are running low. Oil palm is the largest plantation commodity in Indonesia, so, it has high potential as raw material of biodiesel. Transesterification is a reaction of producing biodiesel (methyl ester). Nevertheless, CPO is easy to be degraded by hydrolysis, so, it could increase the amount of Free Fatty Acid (FFA) content which hampers transesterification process. As a consequence, there is formation of soaps as side product. To maximize the production of biodiesel which is derived from palm oil that contains of large amount of FFA (CPOlow grade) one of the ways is by applying catalyst through

doped-process. This research is held to give information about the effect of Li+ ion concentration (in LiNO3 form) which is doped to calcium oxide (CaO) to palm oil

transesterification with the large amount of FFA to produce methyl ester, at temperature of 120oC, the ratio of methanol:CPO = 12:1 (mol/mol), catalyst amount 2,5% (w/w) CPO, for 3,5 hours and uses pressured reactor. The variable of research is Li concentration that is doped to CaO with concentration: 0%, 1% and 4% (w/w) CaO. The parameter test is methyl ester content that is derived from the result of transesterification with Gas Chromatography (GC) analysis. The research shows that Li+ ion that is doped to CaO catalyst could increase the reaction of methyl ester production which is derived from CPOlow grade with FFA> 3,5 %, in which the finest

of Li concentration that is doped to CaO is 1%, with result of 90,88% methyl ester.

Keywords: transesterification, CPO, heterogeneous catalyst, lithium, calcium oxide, methyl ester.

DAFTAR ISI

Hal

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

DAFTAR SINGKATAN xiv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1LATAR BELAKANG 1

1.2RUMUSAN MASALAH 2

1.3TUJUAN PENELITIAN 2

1.4MANFAAT PENELITIAN 3

1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1CPO 5

2.1.1 Kandungan ALB 5

2.1.2 Kelembapan 6

2.2TRANSESTERIFIKASI 6

2.3KATALIS 7

2.3.1 CaO 9

2.3.2 Li/CaO 11

2.3.3 Teknik Pen-doping-an dengan Metode Impregnasi Basah 13 2.4POTENSI EKONOMI METIL ESTER DARI CPOLOW GRADE 17

3.1TEMPAT DAN WAKTU 22

3.2BAHAN DAN ALAT 22

3.2.1 Bahan Penelitian 22

3.2.2 Alat Penelitian 22

3.2.3 Gambar dan Spesifikasi Reaktor 22

3.3PROSEDUR PENELITIAN 24

3.3.1 Analisa Bahan Baku 24

3.3.1.1Analisa Kandungan Asam Lemak 24

3.3.1.2Analisa Kadar ALB 24

3.3.2 Preparasi Katalis (Li/CaO) 24

3.3.3 Transesterifikasi 25

3.3.4 Analisa Hasil 25

3.4FLOWCHART PENELITIAN 27

3.4.1 Analisa Kadar ALB 27

3.4.2 Preparasi Katalis (Li/CaO) 28

3.4.3 Transesterifikasi 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1HASIL 30

4.1.1 Analisa Bahan Baku CPOlow grade 30

4.1.2 Hasil Transesterifikasi CPOlow grade 31

4.2PEMBAHASAN 32

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Li yang di-doping ke Dalam CaO terhadap

Kandungan ME 33

4.2.2 Penentuan Penggunaan Doping Katalis yang Paling Baik 35

BAB V KESIMPULAN 38

5.1KESIMPULAN 38

5.2SARAN 38

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Reaksi transesterifikasi 6

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi heterogen 8

Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi basa heterogen dengan katalis 11 Gambar 2.4 Li teori versus Li aktual dari LiNO3 di-doping ke CaO 12

Gambar 2.5 Mekanisme impregnasi katalis 15

Gambar 2.6 Teknik pen-doping-an sol-gel katalis 16 Gambar 2.7 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan 21

Gambar 3.1 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c)

rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor 23

Gambar 3.2 Flowchart analisa kadar ALB 27

Gambar 3.3 Flowchart preparasi katalis (Li/CaO) 28

Gambar 3.4 Flowchart transesterifikasi 29

Gambar 4.1 Chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPOlow grade

dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % 32 Gambar 4.2 Pengaruh % doping Li tehadap pembentukan ME 33 Gambar 4.3 Komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li 35 Gambar 4.4 Perbandingan komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi

doping Li 36

Gambar L.1 Data chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi

CPOlow grade dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % 43

Gambar L.2 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan 51

Gambar L.3 Impregnasi basah untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a)

1% dan (b) 4% 52

Gambar L.4 Katalis pra-kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a)

1% dan (b) 4% 52

Gambar L.5 Katalis pasca kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li:

(a) 1% dan (b) 4% 53

Gambar L.6 Penghalusan dan pengayakan: (a) penghalusan; dan (b)

Gambar L.7 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c)

rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor 54 Gambar L.8 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 1%: (a) sebelum; dan (b)

sesudah 55

Gambar L.9 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 4%: (a) sebelum; dan (b)

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 2.1 Komposisi asam lemak CPO 5

Tabel 2.2 Data produksi CPO domestik 17

Tabel 2.3 Data produksi, ekspor, dan konsumsi biodiesel (103 kiloliter) 17 Tabel 2.4 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian 19 Tabel 2.5 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi 20 Tabel 2.6 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi 20 Tabel 2.7 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi 20 Tabel 3.1 Variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO 25 Tabel 4.1 Hasil analisa bahan baku CPOlow grade 30

Tabel 4.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade 30

Tabel 4.3 Komposisi CPOlow grade 30

Tabel 4.4 Hasil pembentukan metil ester dan analisanya 31

Tabel 4.5 Tabel peak area 32

Tabel L.1 Bahan baku CPOlow grade 42

Tabel L.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade 42

Tabel L.3 Komposisi CPOlow grade 42

Tabel L.4 Hasil pembentukan ME dengan analisa GC 42 Tabel L.5 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian 48 Tabel L.6 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi 49 Tabel L.7 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi 50 Tabel L.8 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi 50 Tabel L.9 Perhitungan hubungan antara jumlah bahan baku dan nilai keuntungan 51

DAFTAR LAMPIRAN

Hal

LAMPIRAN 1. DATA PERCOBAAN 42

L.1.1 Data Bahan Baku CPOlow grade 42

L.1.2 Data Hasil Transesterifikasi 42

L.1.3 Data Chromatogram Analisis GC dari Hasil Transesterifikasi CPOlow grade dengan Katalis Li/CaO Dengan Doping Li 1 % 43

L.1.4 Data Peak Area 44

LAMPIRAN 2. CONTOH PERHITUNGAN 45

L.2.1 Perhitungan Mol CH3OH 45

L.2.2 Perhitungan Massa CH3OH 45

L.2.3 Perhitungan Volume CH3OH 45

L.2.4 Perhitungan Jumlah Katalis yang Digunakan 45 L.2.5 Perhitungan Massa Li (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke

dalam CaO 45

L.2.6 Perhitungan Konsentrasi Ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang

di-doping ke dalam CaO 46

L.2.7 Perhitungan Potensi Ekonomi Produk 46

LAMPIRAN 3. FOTO PERCOBAAN 52

L.3.1 Impregnasi Basah 52

L.3.2 Pra-Kalsinasi 52

L.3.3 Pasca Kalsinasi 53

L.3.4 Penghalusan & Pengayakan 53

L.3.5 Reaktor 54

L.3.6 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 1% 55

DAFTAR SINGKATAN

ALB Asam Lemak Bebas

CPO Crude Palm Oil

FAME Fatty Acid Methyl Ester

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

ID Inside Diameter

ABSTRAK

Pengembangan biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) semakin diminati karena ketersediaan bahan bakar berbasis minyak bumi yang semakin sedikit. Kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan di Indonesia yang terbesar sehingga memiliki potensi untuk dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel. Reaksi transesterifikasi merupakan tahap reaksi untuk menghasilkan biodiesel (metil ester). Namun, CPO mudah mengalami degradasi akibat hidrolisis, sehingga dapat meningkatkan nilai Asam Lemak Bebas (ALB) yang dapat menganggu reaksi transesterifikasi. Konsekuensinya, akan ada sabun sebagai produk samping. Untuk memaksimalkan produksi biodiesel dari minyak sawit yang memiliki kadar ALB tinggi (CPOlow grade),

salah satunya dengan menggunakan katalis hasil pen-doping-an. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan informasi mengenai pengaruh konsentrasi ion Li+ (dalam bentuk LiNO3) yang di-doping ke dalam kalsium oksida (CaO) terhadap

reaksi transesterifikasi minyak sawit dengan kadar ALB yang tinggi menjadi metil ester, pada temperatur 120oC, rasio metanol:CPO = 12:1 (mol/mol), jumlah katalis 2,5 % (w/w) CPO, selama 3,5 jam dan menggunakan reaktor bertekanan. Variabel penelitian adalah konsentrasi Li yang di-doping ke dalam CaO, yaitu 0%, 1% dan 4% (w/w) CaO. Adapun parameter uji yang dilakukan adalah kandungan metil ester yang diperoleh dari hasil reaksi transesterifikasi dengan analisa Kromatografi Gas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion Li+ yang di-doping ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan metil ester dari minyak sawit mentah (CPOlow grade) dengan kadar ALB > 3,5 %, dimana konsentrasi Li yang di-doping pada CaO

paling baik adalah 1%, dengan hasil 90,88% metil ester.

Kata Kunci: transesterifikasi, CPO, katalis heterogen, litium, kalsium oksida, metil ester.

ABSTRACT

The development of biodiesel which is derived from CPO shows a rising trend for petroleum-based energy reserves are running low. Oil palm is the largest plantation commodity in Indonesia, so, it has high potential as raw material of biodiesel. Transesterification is a reaction of producing biodiesel (methyl ester). Nevertheless, CPO is easy to be degraded by hydrolysis, so, it could increase the amount of Free Fatty Acid (FFA) content which hampers transesterification process. As a consequence, there is formation of soaps as side product. To maximize the production of biodiesel which is derived from palm oil that contains of large amount of FFA (CPOlow grade) one of the ways is by applying catalyst through

doped-process. This research is held to give information about the effect of Li+ ion concentration (in LiNO3 form) which is doped to calcium oxide (CaO) to palm oil

transesterification with the large amount of FFA to produce methyl ester, at temperature of 120oC, the ratio of methanol:CPO = 12:1 (mol/mol), catalyst amount 2,5% (w/w) CPO, for 3,5 hours and uses pressured reactor. The variable of research is Li concentration that is doped to CaO with concentration: 0%, 1% and 4% (w/w) CaO. The parameter test is methyl ester content that is derived from the result of transesterification with Gas Chromatography (GC) analysis. The research shows that Li+ ion that is doped to CaO catalyst could increase the reaction of methyl ester production which is derived from CPOlow grade with FFA> 3,5 %, in which the finest

of Li concentration that is doped to CaO is 1%, with result of 90,88% methyl ester.

Keywords: transesterification, CPO, heterogeneous catalyst, lithium, calcium oxide, methyl ester.

BAB I

PENDAHULUAN

1.4LATAR BELAKANG

CPO merupakan bahan baku yang dapat digunakan untuk menghasilkan metil ester. Dan selanjutnya dengan pengolahan khusus yaitu reaksi transesterifikasi metil ester dapat diubah menjadi biodiesel. Pada dasarnya, proses ini bertujuan untuk mengubah trigliserida menjadi FAME [21]. Kusnita, et al (2010) telah melakukan konversi CPO menjadi metil ester dengan rendemen 93,6%, dengan menggunakan katalis basa variabel yang digunakan adalah perbandingan metanol:CPO = 1:5, waktu pengadukan selama 2 jam, dan suhu 60oC.

Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi kecepatan reaksi transesterifikasi tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi. Katalis bekerja secara spesifik untuk reaksi tertentu dan dapat menurunkan besarnya energi aktivasi suatu reaksi. Penurunan energi aktivasi ini disebabkan oleh aktivitas katalis yang mencari jalur reaksi lain yang memiliki energi aktivasi lebih rendah [17].

Katalis heterogen yang ideal (tidak diaktivasi oleh air, stabil, aktif pada suhu rendah dan memiliki selektifitas tinggi) dapat aktif pada proses transesterifikasi dan esterifikasi ALB. Bentuk-bentuk katalis heterogen yang telah digunakan yaitu oksida logam alkali, oksida logam transisi, dan oksida logam campuran [14].

Salah satu logam alkali yang dapat digunakan sebagai katalis oksida logam alkali adalah senyawa CaO. Kelebihannya antara lain aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang rendah, masa katalis yang lama, dan biaya katalis yang rendah. Kouzu (2008) telah melakukan transesterifikasi terhadap minyak kacang kedelai menggunakan katalis CaO, Ca(OH)2, dan CaCO3. Selama 1 jam reaksi diperoleh

biodiesel 93% untuk CaO, 12% untuk Ca(OH)2 dan 0% CaCO3 [14]. Kawashima

(2008) juga melakukan transesterifikasi terhadap rapeseed oil sebanyak 15 g, 0,1 g CaO, 3,9 g metanol, suhu reaksi 60oC, selama 3 jam dan menghasilkan 90% metil ester.

Metode impregnasi merupakan metode termudah dalam proses pembuatan katalis. Pada metode ini umumnya zat padat berpori mengalami kontak dengan

larutan berair yang terdiri dari satu atau lebih senyawa logam. Ion logam dan ion lawan hanya secara fisik menempel pada permukaan penunjang, sehingga biasanya tidak dilakukan pencucian. Pada pemanasan biasanya garam logam terdekomposisi menjadi oksida logam terhidrat diikuti dengan terbentuknya ikatan kimia antara logam dengan pendukung selama proses dehidrasi [34].

Pada perkembangannya, dilaporkan bahwa telah dilakukan pengikatan antara logam dengan katalis kalsium oksida untuk meningkatkan kinerja katalis (aktivitas, stabilitas dan selektivitas). Azmi (2009) telah melakukan pengikatan antara K2O/CaO dan menggunakannya dalam transesterifikasi selama 2 jam, rasio

metanol:CPO = 1:15, dan suhu reaksi 65oC menghasilkan 87,3% metil ester. Herawan (2008) juga telah melakukan penelitian terhadap katalis CaO dengan kondisi reaksi perbandingan rasio (CPO:metanol) 1:12 (mol/mol), suhu reaksi 120oC, waktu reaksi 3,5 jam, jumlah katalis 4 % dan konversi CPO yang dihasilkan sebesar 78,9%. Selain itu juga katalis LiOH dengan perbandingan rasio (CPO:metanol) 1:12 (mol/mol), suhu reaksi 120oC, waktu reaksi 2,5 jam, jumlah katalis 2,5% dan konversi CPO yang dihasilkan sebesar 98,16 %. Alkali metal (Li, Na, K) diimpregnasi ke katalis kalsium oksida. Amanda, et al. (2007), melakukan penelitian terhadap transesesterifikasi minyak kanola dengan kondisi operasi rasio (CPO:metanol) 1:6, jumlah katalis 2 %, suhu 50oC dan waktu reaksi 4 jam, diperoleh metil ester sebesar 70,7%. Maka, dengan melihat penelitiaan yang sudah ada Li/CaO memungkinkan untuk dikembangkan dengan menggunakannya pada bahan yang berbeda. Pada penelitian ini Li/CaO akan digunakan sebagai katalis heterogen dalam transesterifikasi CPO kualitas rendah (low grade).

1.2 RUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh metode impregnasi basah terhadap jumlah Li yang di-doping ke dalam CaO dalam memproduksi metil ester dari CPO kualitas rendah (low grade).

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Memanfaatkan katalis Li/CaO sebagai hasil pen-doping-an dalam proses transesterifikasi

2. Memberian informasi mengenai konsentrasi Li/CaO yang paling baik terhadap reaksi transesterifikasi CPO kualitas rendah menjadi metil ester pada kondisi reaksi yang telah ditentukan

1.6MANFAAT PENELITIAN

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Memberi informasi dasar mengenai pengaruh konsentrasi ion Li yang di-doping

ke dalam CaO terhadap reaksi transesterifikasi CPO kualitas rendah menjadi metil ester

2. Menjadi pendorong pembaca untuk mulai mengembangkan alternatif lain dalam meningkatkan efektivitas proses pembuatan metil ester dengan katalis heterogen

1.7RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Oleopangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Jl. Brigjen Katamso No. 51 Kampung Baru Medan 20158.

 Bahan baku yang digunakan adalah

1. Metanol (CH3OH) Pure Analysis (PA) sebagai reaktan

2. CPOlow grade sebagai reaktan

3. Litium Nitrat (LiNO3)Pure Analysis (PA) sebagai fasa aktif katalis

4. Kalsium Oksida (CaO) Pure Analysis (PA) sebagai penyangga fasa aktif 5. Aquadest (H2O)

 Penelitian:

1. Variabel penelitian adalah jumlah LiNO3 (0, 1, dan 4% wt) yang digunakan

terhadap CaO

2. Proses pen-doping-an dengan menggunakan metode impregnasi basah, kondisi yang digunakan adalah:

- Jumlah CaO = 10 g

- Aging dalam suhu 1200C selama 2 jam - H2O sebanyak 60 ml

- Pengadukan selama 2 jam

- Aging setelah impregnasi 120oC selama 12 jam - Kalsinasi dengan 500oC selama 4 jam

3. Untuk ujicoba katalis digunakan dalam proses transesterifikasi. Kondisi reaksi transesterifikasi yang digunakan adalah:

- CPOlow grade:CH3OH = 1:12 (mol/mol)

- Suhu reaksi 120oC

- Waktu reaksi selama 3,5 jam

- Jumlah katalis Li/CaO yang digunakan adalah 2,5% (w/w) CPOlow grade

- Tekanan reaksi sebesar 5 bar

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 CPO

CPO adalah salah satu jenis trigliserida yang banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan metil ester. CPO merupakan salah satu jenis minyak nabati yang mengandung asam lemak dengan rantai karbon C14-C20 [38].

Tabel 2.1 Komposisi asam lemak CPO [37]

Asam Lemak CPO (%)

Laurat, C-12:0 0,10 Miristat, C-14:0 1,00 Palmitat, C-16:0 42,80

Stearat, C-18:0 4,50 Oleat, C-18:1 40,50 Linoleat, C-18:2 10,10 Linolenat, C-18:3 0,20

Lainnya 0,80

Karakteristik dan kualitas CPO menentukan jenis proses produksi biodiesel yang dilakukan. Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil dengan menggunakan proses transesterifikasi. Refined vegetable oil yaitu minyak lemak mentah yang diproses lanjut (pre-treatment), guna menghilangkan kadar fosfor dan ALB, serta beberapa dari non gliserida lainnya sampai level tertentu. Proses ini disebut juga proses satu tahap. Jika bahan baku minyak mentah tidak mengalami

treatment awal, dimana kandungan ALB-nya masih tinggi, maka perlu dilakukan proses esterifikasi. Ini merupakan proses pendahuluan menggunakan katalis asam untuk menurunkan kadar ALB. Selanjutnya dilakukan proses transesterifikasi terhadap produk esterifikasi di atas menggunakan katalis basa. Proses ini disebut juga proses dua tahap [37].

2.1.1 Kandungan ALB

ALB dalam konsentrasi tinggi yang terikut dalam minyak sawit sangat merugikan. Tingginya asam lemak ini mengakibatkan rendemen minyak turun.

ALB dibentuk saat gelembung asam lemak pada molekul triglserida, digliserida dan monogliserida diputus oleh hidrolisis kimia dan enzimatis.

Faktor-faktor yang mempercepat reaksi ini adalah panas, air, keasaman katalis (enzim). Kualitas standar ALB yang dibolehkan di dalam minyak sawit adalah sekitar 3% [20].

2.1.2 Kelembapan

Daya campur antara minyak dan air, dikondisi tertentu akan menghidrolisis trigliserida minyak menjadi ALB dan gliserol.

C3H5(OOCR)3 + 3HOH → C3H5(OH)3 + 3HOOCR

Sehingga, pada bahan ini harus dilakukan proses pencegahan dengan cepat agar minyak sawit memiliki kandungan ALB yang rendah. Minyak sawit yang memiliki ALB yang rendah mengindikasikan bahwa minyak tersebut dapat diproses dengan baik [20].

Tapi di bawah kondisi praktik, laju hidrolisis pemecahan molekul trigliserida untuk memproduksi ALB dapat diabaikan pada kandungan air pada 0,1%. Sehingga ukuran kualitas kontrol, kandungan air minyak sawit harus diturunkan menjadi dibawah 0,1% untuk mencegah peningkatan ALB [19].

Kualitas minyak sawit tersebut diatas harus tetap dipertahankan, karena perubahan pada kualitas tersebut dapat menyebabkan menurunnya kualitas asam lemak dan gliserin yang dihasilkan dari proses hidrolisa atau splitting atau pemasakan asam lemak dan gliserin dari trigliserida minyak sawit [31].

2.2 TRANSESTERIFIKASI

Proses transesterifikasi merupakan metode umum dalam pembuatan biodiesel. Metode ini bisa menghasilkan biodiesel hingga rendemen 95% dari bahan baku minyak tumbuhan. Pada dasarnya, proses ini bertujuan untuk mengubah trigliserida menjadi asam lemak metil ester (FAME) [23].

TRIGLISERIDA METANOL METIL ESTER GLISEROL

Gambar 2.1 Reaksi transesterifikasi H–O–CH₃

H–O–CH₃

Metode transesterifikasi pada dasarnya terdiri atas 4 (empat) tahapan, yaitu : 1. Pencampuran katalis alkalin dengan alkohol (metanol atau etanol) pada konsentrasi katalis antara 0,5-1,0 wt% dan 10-20 wt% metanol terhadap massa minyak.

2. Pencampuran alkohol dan katalis dengan minyak pada temperatur 550C dengan kecepatan pengadukan konstan. Reaksi dilakukan sekitar 30-45 menit.

3. Setelah reaksi berhenti, campuran didiamkan hingga terjadi pemisahan antara metil ester dan gliserol. Metil ester yang dihasilkan pada tahap ini sering disebut sebagai crude biodiesel, karena metil ester yang dihasilkan mengandung zat-zat pengotor, seperti sisa metanol, sisa katalis alkalin, gliserol dan sabun.

4. Metil ester yang dihasilkan pada tahap ketiga dicuci menggunakan air hangat untuk memisahkan zat-zat pengotor dan kemudian dilanjutkan dengan drying

untuk menguapkan air yang terkandung dalam biodiesel [23].

Reaksi antara minyak atau lemak dengan alkohol merupakan reaksi yang bersifat bolak-balik. Oleh sebab itu alkohol harus ditambahkan berlebih untuk membuat reaksi berjalan kearah kanan [29]. Alkohol yang paling umum digunakan adalah metanol, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi. Secara stoikimetris 1 mol trigliserida akan bereaksi dengan 3 mol metanol, menghasilkan 3 mol metil ester dan 1 mol gliserol [16].

2.3 KATALIS

Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi kecepatan reaksi transesterifikasi tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi. Umumnya kenaikan konsentrasi katalis juga menaikkan kecepatan reaksi, jadi katalis ini ikut dalam reaksi tetapi pada akhir reaksi diperoleh kembali.

Berdasarkan fasanya, proses katalisis dapat digolongkan menjadi katalisis homogen dan katalisis heterogen. Katalisis homogen adalah katalis yang mempunyai fasa sama dengan fasa campuran reaksinya, sedangkan katalisis heterogen adalah katalis yang berbeda fasa dengan campuran reaksinya. Katalisis homogen kurang efektif dibandingkan dengan katalisis heterogen karena heterogenitas permukaannya. Pada katalisis homogen katalis sukar dipisahkan dari produk dan sisa reaktannya sedangkan katalisis heterogen pemisahan antara katalis dan produknya serta sisa reaktan mudah dipisahkan. Dengan demikian, karena mudah dipisahkan dari

campuran reaksinya dan kestabilannya terhadap perlakuan panas, katalisis heterogen lebih banyak digunakan dalam industri kimia [30].

Gambar 2.2 Mekanisme reaksi heterogen [24]

Dalam reaksi heterogen, pertama-tama reaktan akan terserap (adsorption) pada permukaan aktif katalis, selanjutnya akan terjadi interaksi baik berupa reaksi sebenarnya pada permukaan katalis, atau terjadi pelemahan ikatan dari molekul yang terserap. Setelah reaksi terjadi, molekul hasil reaksi (produk) akan dilepas dari permukaan katalis. Oleh karena itu, katalis yang baik perlu meiliki kemampuan menyerap dan melepaskan yang baik pula [24].

Keuntungan lain dari katalisis heterogen adalah tidak korosif, ramah terhadap lingkungan, memiliki waktu hidup yang panjang dan dapat memberikan aktifitas dan selektifitas yang tinggi.

Bila digunakan logam atau oksidanya sebagai katalis maka kita berusaha untuk membuat permukaan yang dapat bekerja secara katalisis sebesar-besarnya. Untuk keperluan itu sering kali digunakan pendukung. Pendukung disini adalah melalui permukaan yang lebih besar seperti batu apung, arang aktif oksida, aluminium, CaO dan silikat oleh pelekatan bagian-bagian logam diatas bahan pendukung ini. Permukaan aktif kadang-kadang diperbesar sampai seratus kali lipat atau lebih. Karena itu bobot dari katalis dari yang sesungguhnya kadang-kadang hanya berjumlah sebagian kecil dari seluruh bobot dari katalis yang sesungguhnya.

Suatu katalis jika sudah terpakai beberapa kali maka aktivitasnya akan berkurang. Ini berarti bahwa kemampuan untuk mempercepat reaksi tertentu telah berkurang. Gejala ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya oleh suhu yang terlalu tinggi katalis dapat lumer sebagian atau disenter, penyebab lain yaitu katalis dapat bereaksi dengan produk atau kotoran yang terdapat didalam bahan dasar. Penyebab yang terkenal dari pengurangan aktivitas katalis adalah belerang dan

persenyawaan belerang, air lembab (vouch) dan uap minyak dapat dimasukkan kedalam kelompok ini yang dikenal dengan racun katalis atau poisoning catalyst.

Didalam dunia industri katalis yang digunakan: 1. Harus murni

2. Stabil terhadap panas

3. Memiliki waktu hidup yang panjang 4. Dapat diregenerasi

Pada zaman sekarang ini, banyak sekali jenis katalis padat yang telah digunakan dalam reaksi transesterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel seperti oksida logam alkali tanah atau campuran logam alkali dengan aluminium dan zeolit namun kebanyakan katalis logam alkali mudah mengalami kerusakan dan memiliki waktu hidup yang singkat, sementara itu CaO adalah katalis basa yang memiliki waktu hidup yang panjang. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan katalis yang memiliki stabilitas yang tinggi, stabil terhadap panas dan dapat diregenerasi adalah dengan melakukan pen-doping-an [29].

Sejauh ini telah dilakukan pen-doping-an, salah satu produk katalis yang dihasilkan dari teknik ini adalah Li/CaO. Katalis ini memiliki keuntungan seperti kemudahan untuk mengisolasi produk dan dapat digunakan dalam proses kontinu. Namun, perlu dioptimalkan pen-doping-annya antara Li dalam bentuk LiNO3

diikatkan ke dalam CaO [36].

2.3.1 CaO

Nama lain dari CaO adalah lime, caustic, quicklime atau gamping. CaO merupakan oksida basa netral yang didapat dari batuan gamping dimana terkandung CaO sedikitnya 90% dan magnesia 0-5%, kalsium karbonat, silika, alumina, feri oksida terdapat sedikit sebagai ketidakmurnian.

Ditinjau dari komposisinya, ada beberapa jenis gamping. Gamping hidraulik didapat dari pembakaran batu gamping yang mengandung lempung, gamping berkadar kalsium tinggi lebih dimanfaatkan didalam reaksi kimia. Gamping dolomit yang biasanya 35-45% CaO dan 10-25% MgO.

Kalsium karbonat dan juga magnesium didapat dari endapan batu gamping marmer, kapur (chalk), dolomit atau kulit kerang. Untuk tujuan penggunaan kimia,

biasanya batu gamping yang agak murni lebih disukai sebagai bahan awal, karena dapat menghasilkan gamping berkadar kalsium tinggi.

CaO (Mr 56,08 g/mol) memilki sifat higroskopis, titik lelehnya 2600oC dan titik didihnya 2850oC, tidak larut dalam HCl, struktur kristalnya oktahedral, memiliki luas permukaannya 0,56 m2/g [15].

CaO memiliki sisi-sisi yang bersifat basa dan CaO telah diteliti sebagai katalis basa yang kuat dimana untuk menghasilkan biodiesel menggunakan CaO sebagai katalis basa mempunyai banyak manfaat, misalnya aktivitas yang tinggi, kondisi reaksi yang rendah, masa katalis yang lama, serta biaya katalis yang rendah. Pernah dihasilkan biodiesel dengan menggunakan nano CaO dalam kondisi suhu kamar. Tetapi kecepatan reaksi begitu lambat dan membutuhkan 6-24 jam untuk memperoleh konversi (hasil) yang tinggi. Telah diteliti juga tentang deaktivitasi setelah tiga kali siklus dengan asam lemak. Dan diperoleh 93% hasil dari minyak jarak pagar menggunakan CaO sebagai katalis tetapi katalis tersebut harus direaksikan dengan larutan amonium karbonat dan dikalsinasi pada suhu yang tinggi. CaO sebagai katalis heterogen, dimana O2- bereaksi dengan H+ dari H2O

untuk membentuk OH-, direaksikan lebih mudah oleh reaktan pada reaksi kimia. Kemudian OH- direaksikan dengan H+ dari metanol untuk membentuk metoksi anion dan air. Metoksi anion merupakan sisi aktif.

Mekanisme transesterifikasi gliserida untuk menghasilkan biodiesel yaitu : 1. Metoksi anion menyerang karbon yang terikat dengan karbonil dari molekul

trigliserida untuk membentuk zat antara tetrahedral

2. Tetrahedral intermediate mengambil H+ dari CaO .Tetrahedral metoksi juga dapat bereaksi dengan metanol untuk membentuk metoksi anion

3. Langkah terakhir adalah pengaturan kembali zat antara tetrahedral yang akan menghasilkan biodiesel dan gliserol [29].

Gambar 2.3 Mekanisme reaksi transesterifikasi basa heterogen dengan katalis [29]

2.3.2 Li/CaO

Rangkaian alkali metal (Li, Na, K) telah diikat dengan oksida alkali tanah (CaO, BaO, MgO) sama halnya dengan K2CO3 diikat dengan Alumina (Al2CO3),

disiapkan dan digunakan sebagai katalis untuk transesterifikasi minyak canola dengan CH3OH. Empat katalis K2CO3/Al2CO3 dan alkali metal (Li, Na, K) yang

telah diikat dengan BaO cukup efektif untuk transesterifikasi sehingga menghasilkan >85% metil ester.

Transesterifikasi dapat dilakukan dengan katalis homogen basa menggunakan Na atau K hidroksida, karbonat atau alkoksida. Katalis basa lebih sering digunakan daripada katalis asam menggunakan sulfur atau asam sulfat, dimana lebih korosif dan aktifitas yang lebih rendah.

Katalis basa padat juga merupakan alternatif yang menjanjikan untuk produksi metil ester. Penggunaannya memiliki banyak keuntungan, diantaranya adalah mudah dalam mengisolasi produk, mengurangi resiko kontaminasi air, dan peluang untuk digunakan dalam proses kontinu. Dasar utama penempatan oksida alkali tanah adalah dengan keberadaan pasangan ion M2+ dan O2+ pada lingkungan

koordinasi yang berbeda. Kekuatan basa kelompok II oksida dan hidroksida meningkat dengan urutan Mg<Ca<Sr<Ba.

Aktivitas katalis dari kalsium oksida, metoksida, barium hidroksida, sodium hidroksida dibandingkan untuk transesterifikasi minyak lobak. Senyawa kalsium lebih murah, tidak beracun, namun memiliki daya larut yang rendah di dalam CH3OH dibandingkan sodium hidroksida. Barium hidroksida adalah basa kuat,

beracun, daya larut yang rendah di dalam CH3OH sehingga kurang baik dalam

lingkungan untuk produksi biodiesel.

Usaha untuk mengikat kebasaan dari oksida alkali tanah dengan men-doping

dengan logam alkali seperti Li. Peningkatan nilai basa oksida alkali tanah dapat menukar pola molekul M2+ menjadi M+ saat kalsinasi bentuk O-. Li diikat dengan katalis CaO dengan rentang 0,26 – 4,0 % wt digunakan untuk transesterifikasi gliseril tributirat dan metanol. Sehingga diperoleh kandungan Li dengan 1,23% wt memberikan aktivitas optimum transesterifikasi konversi 100% selama 20 menit.

Impregnasi antara dua senyawaan katalis telah dinyatakan berhasil oleh Watkins, et al. (2004), Li dalam bentuk LiNO3 diimpregnasi dengan CaO. Hasil

perbandingan jumlah (% berat) impregnasi antara Li secara teori dengan Li aktual yang masuk ke dalam CaO dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 2.4 Li teori versus Li aktual dari LiNO3 di-doping ke CaO [36]

Grafik ini dapat dijadikan sebagai patokan untuk dasar penelitian yang lebih lanjut bagaimana mengoptimasi produk katalis Li/CaO. Sejauh ini, penggunaan

L

i d

i-dopin

g

ak

tual

/

w

t%

katalis Li/CaO untuk produksi biodiesel dari minyak nabati belum terlalu banyak. Sehingga ini menjadi peluang bagi peneliti untuk melihat optimasi Li/CaO yang telah di-doping dalam menghasilkan metil ester [1].

2.3.3 Teknik Pen-doping-an dengan Metode Impregnasi Basah

Katalis heterogen memiliki tiga komponen yaitu fasa aktif, promotor dan penyangga. Fasa aktif merupakan sisi aktif dari katalis yang merupakan tempat terjadinya reaksi pada katalis. Semakin luas permukaan fasa aktif, maka aktivitas akan semakin baik. Fasa aktif tersebut biasanya disebar dalam suatu penyangga. Dengan kata lain, penyangga berperan dalam hal sebaran fasa aktif. Semakin luas permukaan penyangga, maka fasa aktif akan tersebar lebih banyak sehingga akan meningkatkan aktivitas. Penyangga juga berfungsi untuk menstabilkan katalis. Reaksi dengan menggunakan katalis heterogen biasanya dijalankan pada suhu tinggi. Pada suhu tinggi fasa aktif mudah terdekomposisi sehingga penyangga biasa digunakan untuk mencegah dekomposisi fasa aktif.

Komponen lain pada katalis heterogen adalah promotor. Promotor berfungsi untuk memperbaiki kinerja katalis. Misalnya untuk mencegah sintering, untuk mencegah reaksi samping dan lain-lain. Fasa aktif, penyangga dan promotor merupakan komponen katalis heterogen, namun tidak semua katalis heterogen memiliki ketiga komponen tersebut. Ada juga katalis yang hanya berupa zat aktif dengan penyangga atau zat aktif dengan promotor.

Komponen aktif merupakan pusat aktif katalis yang berfungsi untuk mempercepat dan mengarahkan reaksi yang berhubungan dengan aktivitas dan selektivitas. Molibdenum adalah salah satu logam yang dapat digunakan sebagai komponen aktif. Molibdenum yang diembankan pada penyangga dapat diperoleh dari

ammonium heptamolybdate, ammonium molybdate tetrahydrate, molybdenum (II) acetate dimer, molybdenum carbonyl, molybdenum (V) chloride, molybdenum (VI) dioxide bis(acetylacetonate) dan 12-molybdophosphoric acid hydrate. Jumlah

molibdenum yang diembankan pada katalis biasanya berkisar 1 s.d. 50 % berat dan disarankan antara 3 s.d. 20 % berat dari berat total katalis.

Promotor ditambahkan pada katalis dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja katalis (aktivitas, stabilitas dan selektivitas). Promotor yang biasa digunakan misalnya kobalt (Co) atau nikel (Ni). Kobalt yang diembankan pada penyangga dapat

diperoleh dari cobalt nitrate, cobalt (II) bromida hydrate, cobalt (II) chloride, cobalt (II) chloride hexahydrate, cobalt (II) hydroxide, cobalt (II) molybdate, cobalt (II) phosphate hydrate dan cobalt (II) tungstate. Jumlah kobalt yang diembankan pada katalis berkisar 0,5 s.d. 50 % berat dan disarankan antara 1 s.d. 10 % berat dari berat total katalis [13].

Untuk proses konversi fraksi hidrokarbon rantai panjang, poliaromatik maupun polimer, dibutuhkan katalis perengkah yang merupakan katalis heterogen (padatan). Salah satu jenis katalis untuk proses tersebut adalah metal supported catalyst yang terdiri dari logam yang diembankan pada pengemban padat seperti silka-alumina, alumina dan zeolit. Logam-logam ini secara langsung dapat berfungsi sebagai katalis tanpa diembankan terlebih dahulu pada pengemban, tetapi memiliki kelemahan, diantaranya luas permukaan yang relatif kecil, dan selama proses katalitik dapat terjadi penggumpalan. Pengembanan logam-logam tersebut pada penyangga akan mendistribusikannya secara merata pada permukaan penyangga, sehingga menambah luas permukaan spesifik sistem katalis secara keseluruhan.

Metode impregnasi ada dua yaitu impregnasi kering (dry impregnation) dan impregnasi basah (impregnation to incipient wetness). Impregnasi kering, apabila volume larutan yang digunakan kurang dari 1,2 kali volume pori penyangga. Impregnasi basah, apabila volume larutan yang digunakan lebih besar dari 1,5 kali volume pori penyangga. Metode yang umum digunakan adalah impregnasi basah karena mudah dilakukan dibandingkan dengan impregnasi kering [17].

Telah banyak katalis yang diproduksi dengan menggunakan impregnasi. Cara yang dilakukan adalah dengan mencelupkan secara berulang-ulang pellet

berpori ke dalam larutan yang mengandung agen katalis. Bermacam-macam teknik seperti tekanan, ruang vakum dan lain-lain digunakan sebagai proses impregnasi. Namun, teknik-teknik ini memiliki kekurangan yaitu biaya yang mahal dan kontrol yang sulit. Untuk biaya yang murah, metode yang sederhana, dapat digunakan metode aktivasi karbon, alumina dan lain-lain.

Gambar 2.5 Mekanisme impregnasi katalis [27]

Perlu diketahui bahwa teknik pen-doping-an bukanlah merupakan proses reaksi karena Li hanya diikatkan dengan memasukkannya ke dalam pori-pori CaO. Metode ini dinamakan dengan impregnasi. Oleh karena itu, diameter Li haruslah lebih kecil daripada diameter pori-pori CaO. Li yang digunakan berupa LiNO3

sedangkan CaO adalah senyawa netral tanpa campuran lainnya. Tahap pertama yang dilakukan adalah preparasi terhadap CaO, kemudian melakukan proses impregnasi LiNO3 yang telah dilarutkan dengan sejumlah air tertentu. Pada tahap ini akan terjadi

pertukaran ion, sehingga Li+ akan dapat masuk ke dalam pori-pori CaO. Selanjutnya dikeringkan dengan suhu tertentu. Dan kemudian dianalisa seberapa banyak Li+ yang masuk ke dalam CaO.

Untuk melakukan pen-doping-an senyawa LiNO3 dengan CaO netral perlu

diperhatikan beberapa hal yaitu:

1. LiNO3 yang digunakan merupakan padatan. Untuk dapat men-doping Li ke

dalam CaO maka LiNO3 perlu dilarutkan, agar LiNO3 dapat terdisosiasi menjadi

Li+ dan NO3-dan H2O akan terbentuk menjadi H+ dan O2-. Namun, tidak boleh

terlalu encer, karena ion Li+ akan menyatu dengan OH- dan membentuk LiOH. Padahal LiOH merupakan senyawa hidrofilik, hal ini akan menyebabkan membesarnya diameter LiOH dan akan sulit masuk ke dalam pori-pori CaO. Sehingga kondisi fisik yang baik untuk melarutkan LiNO3 adalah dalam bentuk

sol gel.

Penyangga

Impregnasi

Pengeringan, Kalsinasi

T = 400 oC

Reduksi

Katalis aktif Pencelupan

Larutan garam logam

Gambar 2.6 Teknik pen-doping-an sol-gel katalis [27]

2. CaO merupakan senyawa netral. Dalam pen-doping-annya untuk menampung Li+ pori-pori CaO dapat dikondisikan. Pengkondisiannya dilakukan dengan pemanasan suhu tinggi. Namun pada suhu tinggi tertentu struktur CaO dapat rusak. Sehingga perlu diperhatikan seberapa tinggi suhu yang digunakan untuk preparasi CaO.

Kedua faktor diatas menjadi poin penting untuk menngoptimumkan jumlah Li yang dapat masuk ke dalam CaO. Kesimpulannya konsentrasi LiNO3 dan suhu

pemanasan CaO menjadi variabel penting untuk mendapatkan kondisi optimum

pen-doping-an produk katalis Li/CaO.

Untuk lebih lanjut penelitian ini dapat diteruskan untuk mengetahui seberapa baik katalis Li/CaO dapat digunakan. Untuk mengetahuinya dilakukan dengan pengetesan beberapa kali penggunaan katalis Li/CaO dalam memproduksi biodiesel.

Pen-doping-an CaO dengan logam-logam alkali tanah dengan cara impregnasi dapat meningkatkan kekuatan basa dari katalis dibandingkan dengan katalis CaO murni. Penggandengan Li ke dalam katalis CaO telah dilakukan dan diperoleh bahwa teknik ini dapat meningkatkan kekuatan basa dari CaO, sehingga

Teknologi Sol-Gel dan Produknya

Hidrolisis Polimerisasi

Sol

Ceramic Fibers

Furnace Evaporasi

Aerogel

Panas Panas

Dense Ceramics Xerogel

Dense Film

Partikel seragam Gel basah Xerogel film

Larutan Logam Alkoksida

meningkatkan efektifitas katalis dalam reaksi transesterifikasi gliseralbutirat dengan metanol menjadi metil butanoat [36].

2.4 POTENSI EKONOMI METIL ESTER DARI CPOLOW GRADE

CPO merupakan salah satu komoditi yang menarik untuk dikembangkan penggunaannya. Selain menarik, komoditi ini memiliki kecenderungan peningkatan produksi setiap tahunnya, khususnya di Indonesia. Data produksi CPO Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Data produksi CPO Indonesia [10]

Tahun Produksi CPO (ton)

2008 17.539.788

2009 19.324.294

2010 21.958.120

2011 23.096.541

2012 23.521.071

Salah satu produk turunan dari pengolahan CPO adalah biodiesel (dalam bentuk metil ester). Produksi biodiesel nasional juga mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 Data produksi, ekspor, dan konsumsi biodiesel (103 kiloliter) [35]

No. Uraian 2009 2010 2011 2012

1 Total produksi 330 740 1.450,118 1.654,20

2 Ekspor 204 563 1.091,306 984,862

3 Konsumsi 60 220 358,812 669,398

Dalam jumpa pers GAPKI awal tahun 2013, Joko Supriyono selaku Sekretaris Jendral Gabungan Pengusaha Kelapa Sawit Indonesia (GAPKI), mengatakan bahwa ada dua keuntungan yang diperoleh dalam pemakaian biodiesel; pertama, konsumsi CPO akan dapat meningkat melalui pertumbuhan penggunaan biodiesel. Rata-rata konsumsi CPO di dalam negeri mencapai 7 juta ton per tahun. Manfaat lain, kata Joko Supriyono, pemerintah dapat mengurangi impor minyak mentah lewat peningkatan campuran biodiesel. Seiring dengan peningkatan produksi CPO nasional tahun ini, maka akan lebih tepat apabila industri biodiesel menyerap minyak sawit dalam negeri [35].

Sejalan dengan hal tersebut, perlu adanya pengembangan teknologi yang berkaitan dengan produksi biodiesel, termasuk di dalamnya adalah variasi bahan baku yang digunakan. Salah satu bahan baku yang dapat diproses menjadi biodiesel (metil ester) adalah CPOlow grade yang memiliki nilai ALB tinggi. Secara informal,

diperoleh informasi bahwa setiap 10 ton CPO yang diproduksi per hari, setidaknya akan dihasilkan pula ± 40 kg CPOlow grade (± 0,4% dari CPOhigh grade). Jika

diasumsikan persentase tersebut dapat digunakan secara umum untuk produksi CPO nasional tahun 2012 (23.521.071 ton), maka setidaknya ada ± 94.084,28 ton potensi bahan baku biodiesel yang berasal dari CPOlow grade.

Karena memiliki potensi yang cukup baik, perlu dilakukan kajian ekonomi terhadap hal ini. Namun, dalam tulisan ini hanya akan dilakukan kajian ekonomi secara sederhana. Sebelum melakukan kajian tersebut, perlu diketahui harga bahan baku yang digunakan dalam produksi dan harga jual biodiesel (metil ester). Berikut ini adalah harga bahan baku dan produk.

Harga CPOLow Grade = Rp 2.500/ kg (berdasarkan informasi yang bersifat

informal)

Harga CH3OH = Rp 8.000/ liter = Rp 10.127/ kg [4]

Harga LiNO3 = Rp 22.000/ kg [3]

Harga CaO = Rp 1.500/ kg [3]

Harga H2O = Rp 2.500/ kg [3]

Harga Metil Ester = Rp 11.000/ kg [5]

Dalam penelitian yang telah dilakukan, perolehan metil ester terbaik adalah sebesar 90,88% (Li/CaO 1%). Pada penelitian Herawan (2008), penggunaan katalis CaO pada transesterifikasi CPO memberikan hasil 78,90% metil ester. Berdasarkan kedua hasil penelitian tersebut, dilakukan kajian ekonomi dan hasilnya dibandingkan.  Biaya bahan baku proses utama:

Biaya pembelian CPOlow grade = (0,3 kg)(Rp 2.500/ kg) = Rp 750,-

Biaya pembelian CH3OH = (0,135 kg)(Rp 10.127/ kg) = Rp 1.373,-

 Biaya bahan baku pembuatan katalis Li/CaO:

Biaya pembelian LiNO3 = (0,0012 kg)(Rp 22.000/ kg) = Rp 26,-

Biaya pembelian CaO = (0,01 kg)(Rp 1.500/ kg) = Rp 15,- Biaya pembelian H2O = (0,06 kg)(Rp 2.500/ kg) = Rp 150,-

 Maka, total harga pembelian bahan baku adalah Rp 2.314,- (katalis Li/CaO) dan Rp 2.288,- (katalis CaO)

 Harga biodiesel (ME) adalah Rp 11.000/kg.

Perolehan ME terbaik pada penelitian = 90,88% (katalis Li/CaO 1%). Perolehan ME oleh Herawan (2008) = 78,90% (katalis CaO).

Harga jual ME = (90,88 %)(0,3 kg)(Rp 11.000/ kg) = (0,27 kg)(Rp 11.000/ kg)

= Rp 2.999,- (katalis Li/CaO) Harga jual ME = (78,90 %)(0,3 kg)(Rp 11.000/ kg)

= (0,23 kg)(Rp 11.000/ kg) = Rp 2.604,- (katalis Li/CaO)

 Daya listrik digunakan untuk beberapa alat proses, yaitu: oven, furnace, stirrer, reaktor, dan centrifuge. Sedangkan tarif dasar listrik untuk industri dengan kapasitas 1.300 VA adalah Rp 886,- per kWh [12].

Tabel 2.4 Perhitungan biaya listrik alat proses penelitian

Alat Kapasitas maks. (kg)

Daya (kW)

Waktu (jam)

Tarif per kWH (Rp)

Biaya (Rp)

Oven 90,00 [8] 1,40 [8] 14,00 866,- 17.366,-

Furnace 80,00 [6] 2,40 [6] 4,00 866,- 8.506,-

Stirrer 10,00 [11] 1,07 [11] 2,00 866,- 1.896,- Reaktor 5,00 [9] 2,80 [9] 3,50 866,- 8.683,-

Centrifuge 1,50 [2] 1,65 [2] 0,33 866,- 487,-

Total biaya listrik 36.937,-  Perhitungan nilai keuntungan produksi metil ester adalah sebagai berikut.

Nilai keuntungan produksi = Harga jual – (Biaya bahan + Biaya Listrik) Nilai keuntungan produksi = Rp 2.999,- – Rp (2.314,- + 36.937,-)

= – Rp 36.252,- (katalis Li/CaO) Nilai keuntungan produksi = Rp 2.604,- – Rp (2.288,- + 36.937,-)

= – Rp 36.621,- (katalis CaO)

Dari analisa biaya produksi metil ester dapat dilihat bahwa proses transesterifikasi belum mampu memberikan nilai tambah maka dilakukan simulasi sederhana terhadap kajian ekonomi untuk mengetahui kapasitas produksi minimal. Berdasarkan hasil simulasi, bahan baku CPOlow grade minimal

Tabel 2.5 Perhitungan biaya bahan baku pada simulasi

Bahan Massa (kg) Biaya

satuan (Rp)

Biaya (Rp)

Li/CaO CaO Li/CaO CaO

CPOlow grade 90,00 90,00 2.500,- 225.000,- 225.000,-

Metanol 40,66 40,66 10.127,- 411.752,- 411.752,-

LiNO3 0,36 - 22.000,- 7.917,- -

CaO 3,00 3,00 1.500,- 4.500,- 4.500,-

H2O 18,00 18,00 2.500,- 45.001,- 45.001,-

Total biaya pembelian bahan 694.170,- 686.252,- Tabel 2.6 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi

Alat Kapasitas maks. (kg) Daya (kW) Waktu (jam) Tarif per

kWH (Rp) K)*

Biaya (Rp)

Oven 90,00 [8] 1,40 [8] 14,00 866,- 1,00 17.366,-

Furnace 80,00 [6] 2,40 [6] 4,00 866,- 1,00 8.506,-

Stirrer 10,00 [11] 1,07 [11] 2,00 866,- 2,14 4.050,- Reaktor 5,00 [9] 2,80 [9] 3,50 866,- 26,58 230.804,-

Centrifuge 1,50 [2] 1,65 [2] 0,33 866,- 61,50 29.969,-

Total biaya listrik 290.694,- )* K adalah faktor kali perhitungan biaya listrik alat sebagai asumsi bahwa daya listrik yang dibutuhkan akan bertambah dengan meningkatnya kapasitas produksi.

Tabel 2.7 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi

Kajian ekonomi Penggunaan katalis

Li/CaO CaO

Biaya pembelian bahan baku (Rp) 694.170,- 686.252,-

Biaya listrik (Rp) 290.694,- 290.626,-

Total biaya (Rp) 984.864,- 976.878,- Harga jual produk ME (Rp) 899.732,- 781.110,-

Nilai keuntungan (Rp) – 85.132,- – 195.768,- Dari hasil simulasi sederhana lanjutan, kedua proses belum mampu memberikan nilai keuntungan. Kemudian, dilakukan simulasi sederhana lanjutan dengan menaikkan harga jual metil ester menjadi Rp 12.050/ kg (di atas harga pasaran) untuk mengetahui hubungan antara nilai keuntungan dan bahan baku CPOlow grade

Gambar 2.7 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan

Gambar 2.7 menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara nilai keuntungan yang diperoleh dan bahan baku CPOlow grade yang digunakan dalam

produksi biodiesel (metil ester) yang menggunakan katalis Li/CaO. Melalui simulasi sederhana, dengan menggunakan 500 kg CPOlow grade, akan diperoleh nilai

keuntungan sebesar Rp 116.499,-. Nilai keuntungan ini semakin meningkat dengan bertambahnya bahan baku CPOlow grade yang digunakan. Dengan menggunakan 1.000

kg CPOlow grade, akan diperoleh nilai keuntungan sebesar Rp 241.504,-.

Gambar 2.7 juga menunjukkan hubungan yang berbanding terbalik antara nilai keuntungan yang diperoleh dan bahan baku CPOlow grade yang digunakan dalam

produksi biodiesel (metil ester) yang menggunakan katalis CaO. Melalui simulasi sederhana, dengan menggunakan 500 kg CPOlow grade, akan diperoleh nilai

keuntungan sebesar – Rp 560.662,-. Nilai keuntungan ini semakin meningkat dengan bertambahnya bahan baku CPOlow grade yang digunakan. Dengan menggunakan 1.000

kg CPOlow grade, akan diperoleh nilai keuntungan sebesar – Rp 1.112.818,-.

Dari kajian ekonomi secara sederhana di atas, biodiesel (metil ester) yang dihasilkan melalui proses transesterifikasi dan menggunakan katalis Li/CaO lebih ekonomis dibandingkan dengan biodiesel (metil ester) yang dihasilkan melalui proses transesterifikasi dan menggunakan katalis CaO jika harga jual metil ester dinaikkan menjadi Rp 12.050/ kg. Oleh karena itu, produksi komersial biodiesel (metil ester) menggunakan CPOlow grade dan katalis Li/CaO layak untuk

dipertimbangkan.

-1.200.000 -700.000 -200.000 300.000

0 200 400 600 800 1.000

Nilai

K

eu

n

tun

gan

(R

p

)

Bahan Baku CPO low grade (kg)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 TEMPAT DAN WAKTU

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Pangan Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Jl. Brigjen Katamso No.51, Kp. Baru, Medan.

3.2 BAHAN DAN ALAT 3.2.1 Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. CPOlow grade

2. CH3OH PA

3. LiNO3 PA

4. CaO PA 5. H2O

3.2.2 Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Reaktor bertekanan PARR 4800

2. Centrifuge

3. Alat-alat gelas/ kaca 4. GC 148 Shimadzu

3.2.3 Gambar dan Spesifikasi Reaktor

Adapun spesifikasi reaktor yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. OD: 16 cm, ID: 9,5 cm

2. Ketebalan: 3,5 cm 3. Tinggi: 30,5 cm

4. Volume maksimum bahan: 5000 ml 5. Suhu maksimum: 500oC; optimum 350oC 6. Tekanan maksimum: 5000 psi (344 bar) 7. Pengaduk (Stirrer)

 Dua impeller turbin 6 bilah (ada kemiringan)

 Jarak impeller dari dasar reaktor: ± 0,5 cm dan ± 5 cm

(a)

(b) (c)

(d)

Gambar 3.1 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 3.3.1 Analisa Bahan Baku

3.3.1.1 Analisa Kandungan Asam Lemak

Kandungan asam lemak trigliserida dianalisa dengan menggunakan Shimadzu GC 148 dengan detektor FID, jenis kolom DB-HT: 15 m x 0,25 mm ID, tebal film 0,1 µmeter, carier gas: Helium, flushing gas Nitrogen, suhu oven 500C, suhu injektor dan detektor 4000C.

Analisa CPO berlangsung pada kolom kapiler tinggi dan non polar. Internal standar yang digunakan adalah 1,2,3 trikaprogliserol (tricaprin) untuk penentuan senyawa gliserida. Standar yang digunakan adalah gliserol, 1-monoleoil gliserol (monoolein), 1,3 dioleoil (diolein), dan 1,2,3 trioleoil (triolein).

3.3.1.2 Analisa Kadar ALB

Tahapan analisa kadar ALB adalah sebagai berikut:

1. Sampel harus dalam keadaan cair sebelum ditimbang, dan pemanasan yang dilakukan tidak boleh melebihi 10oC di atas titik leleh

2. Sampel ditimbang sebanyak 2,5 g di dalam erlenmeyer 3. Sampel dicampurkan dengan alkohol netral sebanyak 50 ml

4. Kemudian campuran sampel dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N sampai terbentuk warna merah rosa yang bertahan selama kurang lebih 30 detik

G M N KOH ml ALB

10   

(3.1) N = Normalitas KOH

G = berat sampel (g)

M = berat molekul ALB (256 untuk asam palmitat) [6]

3.3.2 Preparasi Katalis (Li/CaO)

Teknik preparasi katalis ini dilakukan dengan metode wet impregnation

[14], yaitu sebagai berikut:

1. Dilakukan preparasi terhadap sampel dan alat

2. Ditimbang 10 g CaO dan dipanaskan pada 120oC di dalam oven selama 2 jam 3. Dilarutkan 1,192 g LiNO3 dalam H2O 60 ml

4. Dilakukan impregnasi larutan LiNO3 ke dalam 10 g CaO yang telah dipanaskan

dalam beaker glass sambil diaduk dengan magnetic stirrer selama 2 jam 5. Disaring larutan, lalu dikeringkan pada oven 120oC selama 12 jam 6. Bahan dikalsinasi pada 500oC selama 4 jam

Berikut ini tabel variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO. Tabel 3.1 Variasi impregnasi pembuatan katalis Li/CaO

No % Li ter-doping CaO (g) LiNO3 (g) N LiNO3 (N)

1 0% 10 - -

2 1% 10 1,192 0,288

3 4% 10 4,768 1,152

Pada tahap reaksi transeserifikasi digunakan CPOlow grade : Metanol = 1:12

(mol/mol), Katalis 2,5% (w/w CPOlow grade), suhu reaksi 120oC selama 3,5 jam.

3.3.3 Transesterifikasi

Produksi metil ester dilakukan dengan metode transesterifikasi, yaitu dengan mereaksikan minyak sawit dengan etanol untuk menghasilkan biodiesel dan gliserol.

Cara kerja transesterifikasi, yaitu:

1. Sebanyak 300 g CPOlow grade ditimbang lalu dimasukkan ke dalam reaktor

bertekanan PARR 4800

2. Katalis dimasukkan ke dalam reaktor bertekanan

(Jumlah katalis disesuaikan dengan variasi yang ditentukan) 3. CH3OH ditambahkan

(Jumlah CH3OH disesuaikan dengan variasi yang ditentukan)

4. Kecepatan pengaduk diatur 300 rpm

5. Campuran dipanaskan selama 3,5 jam pada suhu konstan 120oC 6. Dianalisa jumlah persen metil ester yang dihasilkan

3.3.4 Analisa Hasil

Metil ester dianalisa dengan menggunakan Shimadzu GC 148 dengan

detector FID, jenis kolom DB-HT: 15 m x 0,25 mm ID, tebal film 0,1 µmeter, carier gas: Helium, flushing gas nitrogen, suhu oven 500C, suhu injektor dan detektor 4000C. Untuk mengubah gliserol menjadi senyawa yang lebih volatil, sama dengan

volatilitas mono dan digliserida, senyawa N-meti-N-trimetilsilil-trifluorasetamida (MSTFA) ditambahkan untuk silasi grup gugus hidroksil bebas senyawa tersebut.

Internal standar yang digunakan adalah 1,2,3 trikaprogliserol (tricaprin) untuk penentuan senyawa gliserida. Standar yang digunakan adalah gliserol, 1-monoleoil gliserol (monoolein), 1,3 dioleoil (diolein), dan 1,2,3 trioleoil (triolein).

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 3.4.1 Analisa Kadar ALB

Tidak

Ya Mulai

Ditimbang sampel sebanyak 2,5 g di dalam erlenmeyer

Dicampurkan sampel dengan alkohol netral sebanyak 50 ml

Dititrasi campuran sampel dengan larutan KOH 0,1 N

Apakah terbentuk warna merah rosa?

Selesai

3.4.2 Preparasi Katalis (Li/CaO)

Mulai

Dilarutkan garam LiNO3 di dalam

60 ml H2O

Dilakukan impregnasi larutan LiNO3 ke dalam 10 g CaO

dan diaduk dengan magnetik stirer pada kecepatan 300 rpm selama 2 jam

Dikeringkan campuran di dalam oven pada suhu 120oC selama 12 jam

Dikalsinasi hasil pengeringan di dalam

furnace pada suhu 500 oC selama 4 jam.

Selesai

Ditimbang 10 g CaO

3.4.3 Transesterifikasi

Mulai

Metanol dan katalis Li/CaO

dicampurkan CPOlow grade ditimbang 300 g

Diumpankan ke dalam reaktor PARR

Proses pereaksian dilakukan selama 3,5 jam pada suhu 120 oC

Hasil reaksi disentrifuse selama 20 menit

Dipisahkan lapisan yang terbentuk

Dianalisa lapisan atas sebagai metil ester

Selesai

Apakah terbentuk tiga lapisan yaitu metil ester, gliserol, katalis ?

Ya

Tidak

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL

4.1.1 Analisa Bahan Baku CPOlow grade

Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah CPOlow grade. Bahan

diperoleh dari PT. Adolina. Adapun analisa yang dilakukan terhadap bahan baku adalah analisa kadar ALB, kadar air, bilangan penyabunan, dan komposisi asam lemak, gliserida serta kandungan ester - gliserol dianalisa menggunakan GC.

Tabel 4.1 Hasil analisa bahan baku CPOlow grade

Analisa Hasil

ALB Kadar Air

Bilangan Penyabunan Angka Asam

4,19 % 0,02 % 192,82 ml KOH/g

8,38 %

Tabel 4.2 Komposisi asam lemak dari CPOlow grade

Asam Lemak % Berat

Asam laurat 0,34

Asam Miristat 1,06

Asam Palmitat 44,30

Asam Palmitoleinat 0,17

Asam Stearat 4,57

Asam Oleat 37,69

Asam Linoleat 11,34

Asam Arakidat 0,37

Asam Gadoleinat 0,14 Tabel 4.3 Komposisi CPOlow grade Monogliserida

(% berat)

Digliserida (% berat)

Trigliserida (% berat)

Ester (% berat)

4.1.2 Hasil Transesterifikasi CPOlow grade

Berdasarkan reaksi transesterifikasi yang telah dilakukan pada temperatur 1200C, rasio CH3OH : CPOlow grade = 12:1, % katalis 2,5 %, diperoleh hasil analisa

berikut pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil pembentukan metil ester dan analisanya

Katalis % Li yang di-doping

Komposisi

TG DG MG ME G

CaO 0 67,50 12,46 1,19 13,13 0,55

Li/CaO 1 0,00 0,00 0,24 90,88 0,88

Li/CaO 4 0,55 2,20 2,19 88,31 1,29

Keterangan : TG = Trigliserida DG = Digliserida MG = Monogliserida ME = Metil Ester G = Gliserol

Berikut adalah chromatogram dari salah satu ME yang dihasilkan dari penelitian yang telah dilakukan.

Gambar 4.1 Chromatogram analisis GC dari hasil transesterifikasi CPOlow grade

dengan katalis Li/CaO dengan doping Li 1 % Tabel 4.5 Tabel peak area

Komponen Waktu

(menit) Area Height Area%

TG - - - -

DG - - - -

MG 13,72 1960 524 0,24

G 3,15 7231 3633 0,88

ME 9,23 742845 14268 90,75

ME 9,50 1050 279 0,13

4.2 PEMBAHASAN

Reaksi untuk pembentukan ME pada penelitian ini adalah menggunakan reaksi transesterifikasi. Bahan baku yang digunakan adalah CPOlow grade yaitu

memiliki ALB 4,19%. Katalis yang digunakan adalah katalis padat CaO yang sudah di-doping dengan ion Li pada konsentrasi 1% dan 4%. Penggunaan katalis CaO yang di-doping dengan ion Li telah dilakukan Amanda (2007) menggunakan canola oil.

Hasil pembentukan ester yang diperoleh adalah 70,70% dengan kondisi operasi; suhu 50oC dengan rasio metanol/minyak 6:1 dan jumlah katalis 2% reaksi selama 4 jam.

Menurut Sharma dan Singh (2008), reaksi transesterifikasi berjalan ideal pada kondisi kadar ALB 0,5% dan kadar air ≤0,1%. Reaksi-reaksi bersaing seperti hidrolisis dan penyabunan akan timbul, bila spesifikasi bahan baku yang digunakan lebih tinggi dari yang disebut diatas.

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Li yang di-doping ke Dalam CaO terhadap Kandungan ME

Penggandengan ion Li ke dalam katalis CaO bertujuan untuk meningkatkan reaksi pembentukan ME dari CPOlow grade dengan kadar ALB 4,19%. Dalam

penelitian ini juga telah dilakukan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis CaO yang dikalsinasi pada suhu 500oC. Pembentukan ME yang diperoleh adalah 13,13% dengan kadar total gliserida yang belum bereaksi sebesar 81,15% (Tabel 4.4).

Gambar 4.2 Pengaruh % doping Li terhadap pembentukan ME

Gambar 4.1 menunjukkan kandungan ME yang terbentuk hasil analisa GC. Peningkatan pembentukan ME naik drastis dari doping 0% sampai pada penggunaan katalis CaO dengan doping Li sebesar 1%, yaitu 13,13% sampai 90,88%. Hal ini disebabkan adanya reaksi bersaing, yaitu antara CaO dengan ALB yang tinggi pada CPO [29]. Kadar air dan ALB dapat menganggu reaksi transesterifikasi [22].

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0% 1% 4%

T

ot

al ME (%

)

% Doping Katalis

Besarnya kandungan ALB dan kandungan air dalam CPO sangat berpengaruh besar pada laju reaksi dan pada konsentrasi akhir ME. Adanya air di dalam ME akan membuat konsentrasi turun pada saat awal-awal reaksi yang semestinya laju reaksinya cepat, akibat terjadinya reaksi hidrolisis ester yang membentuk asam lemaknya kembali [38].

Adanya peningkatan jumlah ME saat penggunaan Li/CaO 1% diakibatkan tersedianya luas permukaan katalis yang cukup besar untuk mereaksikan CH3OH dan

CPOlow grade. Katalis dapat menyediakan jalan reaksi alternatif dengan energi aktivasi

(energi minimum yang dibutuhkan campuran untuk menghasilkan produk) yang lebih kecil melalui pembentukan intermediet reaktif di permukaan katalis, dimana banyak terjadi reaksi atomik atau molekuler, kemudian intermediet aktif ini akan saling berinteraksi membentuk produk. Sehingga katalis mampu memperbesar kemungkinan terjadinya tumbukan efektif antara molekul reaktan [34]. Sejalan dengan Watkins (2004), yang mampu menghasilkan ME dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis Li/CaO 1,23%.

Pada saat penggunaan katalis dengan doping Li sebesar 4% hasil ME yang diperoleh adalah 88,31%, namun sedikit berada di bawah katalis dengan doping Li sebesar 1%.

Adanya peningkatan jumlah ME saat penggunaan Li/CaO 4% diakibatkan tersedianya luas permukaan katalis yang cukup besar untuk mereaksikan CH3OH dan

CPOlow grade. Katalis dapat menyediakan jalan reaksi alternatif dengan energi aktivasi

(energi minimum yang dibutuhkan campuran untuk menghasilkan produk) yang lebih kecil melalui pembentukan intermediet reaktif di permukaan katalis, dimana banyak terjadi reaksi atomik atau molekuler, kemudian intermediet aktif ini akan saling berinteraksi membentuk produk. Sehingga katalis mampu memperbesar kemungkinan terjadinya tumbukan efektif antara molekul reaktan [34]. Namun adanya penurunan pembentukan ME pada penggunan katalis CaO yang di-doping Li sebesar 4% dibanding 1% didekati dengan pengukuran terhadap reaksi-reaksi bersaing lain [41]. Apabila dibandingkan dengan penelitian Amanda (2007), hasil transesterifikasi dengan katalis Li/CaO 1% dan 4% ini lebih tinggi sekitar >10%. Secara umum, seharusnya kandungan ME yang dihasilkan meningkat seiring bertambahnya Li yang di-doping. Menurut teori, aktivitas katalisasi dalam

transesterifikasi sebanding dengan kekuatan basa katalis. Semakin tinggi tingkat kebasaan katalis, maka semakin tinggi konversi reaksi transesterifikasi [16].

4.2.2Penentuan Penggunaan Doping Katalis yang Paling Baik

Pada penelitian ini juga diperoleh data komposisi gliserida hasil proses transesterifikasi. Kondisi operasi yang digunakan adalah CPOlow grade : CH3OH = 1 :

12, suhu reaksi 120oC, waktu reaksi selama 3,5 jam, dan jumlah katalis Li/CaO yang digunakan adalah 2,5% (w/w) CPOlow grade, serta tekanan reaksi sebesar 5 bar.

Penentuan penggunaan katalis yang paling baik didekati dari hasil analisa komponen gliserida dan produk ME. Umumnya, reaksi transesterifikasi CPO dengan CH3OH

menghasilkan ester asam lemak, yaitu ME dan G dengan MG dan DG sebagai produk antara. Reaksi transesterifikasi secara ideal berjalan secara konsekutif yaitu TG menjadi DG, selanjutnya DG menjadi MG dan akhirnya MG menjadi ester [21]. Hasil jumlah gliserida yang diperoleh dapat dilihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li

Pada gambar 4.3 dapat diketahui bahwa penggunaan katalis CaO yang

di-doping Li 0% menunjukkan komposisi gliserida yang jauh lebih tinggi dibanding dengan penggunaan konsentrasi doping Li yang lain. Konsentrasi akhir komponen gliserida pada penggunaan doping Li 0% adalah TG (67,50%), DG (12,46%) dan MG (1,19%). Sedangkan produk ME yang dihasilkan hanya sebesar 13,13%.

13,13

90,88 _88,31

67,50

0,00 0,55

12,46

0,00 2,20

1,19 _0,24 2,19

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0% 1% 4%

T ot al K om p on en (% )

% Doping Katalis

ME TG DG MG

Tingginya kandungan gliserida pada transesterifikasi dengan menggunakan Li/CaO 0% diduga diakibatkan karena tingginya ALB yang dapat menyebabkan timbulnya reaksi penyabunan. Sehingga katalis tidak mampu mengarahkan reaksi ke arah produk metil ester.

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Darnoko dan Cheryan (2000), dinyatakan bahwa penggunaan bahan baku dengan kadar ALB di atas 1% menyebabkan meningkatnya hasil reaksi samping, yaitu reaksi penyabunan pada reaksi transesterifikasi oleh karena reaksi katalis basa yang lebih reaktif dengan ALB dibandingkan gliserida.

Noureddini dan Zhu (1997) melakukan studi kinetika transesterifikasi minyak kedelai pada reaktor batch. Hasil studi tersebut menunjukkan tahap pembentukan konversi TG menjadi DG merupakan tahap yang paling lambat dan penentu laju reaksi sedangkan tahap konversi MG menjadi ME merupakan tahap yang paling cepat. MG merupakan senyawa yang paling tidak stabil diantaranya senyawa intermediet lainnya dan akan segera terkonversi menjadi G dan ME karena konstanta laju reaksinya paling cepat. Hasil studi yang sama juga diperoleh oleh Darnoko dan Cheryan (2000) yang melakukan studi kinetika transesterifikasi minyak kelapa sawit. Hasil studi tersebut menunjukkan tahap konversi TG menjadi DG merupakan tahap penentu laju reaksi karena merupakan tahap paling lambat. Berdasarkan data jumlah gliserida yang diperoleh dapat dibuat perbandingan antara TG, DG, dan MG. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Perbandingan komposisi gliserida pada berbagai konsentrasi doping Li 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0% 1% 4%

T ot al G lis er id a ( % )

% Doping Katalis

TG DG MG

Gambar 4.4 menunjukkan komposisi gliserida yang ada terhadap penggunaan berbagai katalis. Dapat dilihat bahwa, pada doping Li/CaO 0% perubahan TG menjadi DG merupakan yang paling lambat berubah. Sesuai dengan teori bahwa perubahan TG menjadi DG merupakan tahap yang paling lama, sedangkan MG menjadi komposisi yang paling kecil diantara komposisi lain karena tahapnya paling cepat untuk berubah menjadi metil ester. Sehingga dapat dikatakan katalis Li/CaO 0% belum mampu memberikan efek katalisis dalam mempercepat reaksi pada tahap TG menjadi DG.

Sedangkan pada 1% dan 4% menunjukkan hasil yang berbeda, jumlah gliserida yang ada mendekati 0%. Pada penggunaan katalis Li/CaO 1% diperoleh TG sebesar 0,00%, DG sebesar 0,00% dan MG sebesar 0,24%, sedangkan pada penggunaan katalis 4% diperoleh TG sebesar 0,55%, DG sebesar 2,20% dan MG sebesar 2,19%. Dalam hal ini, katalis mampu berperan dalam tahap reaksi TG menjadi DG. Berdasarkan studi Diasakou dkk. (1998) yang melakukan transesterifikasi pada kondisi superkritik katalitik, tahap penentu laju reaksi adalah tahap konversi TG menjadi DG sedangkan tahap paling cepat adalah tahap konversi MG menjadi ME.

Dari keseluruhan data gliserida dan ME yang diperoleh pada doping Li/CaO 0%, 1% dan 4% didapat kesimpulan bahwa hasil gliserida yang paling sedikit dan perolehan ME paling banyak ada pada Li/CaO 1% sehingga dapat dikatakan kondisi katalis Li/CaO 1% adalah yang terbaik diantara pen-doping-an Li/CaO yang lainnya.

BAB V

KESIMPULAN

5.1 KESIMPULAN

1. Penggandengan ion Li ke dalam katalis CaO dapat meningkatkan reaksi pembentukan ME dari CPOlow grade dengan kadar ALB >3,5 %

2. Pembentukan ME yang paling tinggi diperoleh pada penggunaan katalis CaO dengan doping Li sebesar 1% yaitu sebesar 90,88%

3. Reaksi bersaing dapat mempengaruhi reaksi transesterifikasi sehingga kandungan metil ester yang diperoleh tidak maksimal

4. Dari kajian ekonomi sederhana berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penggunaan katalis Li/CaO 1% menghasilkan nilai yang lebih ekonomis dibandingkan penggunaan katalis CaO pada transesterifikasi CPOlow grade

5.2 SARAN

1. Sebaiknya perlu dieksplorasi kondisi reaksi transesterifikasi optimum pada penggunaan katalis heterogen Li/CaO

2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan karakterisasi katalis yang

di-doping

3. Sebaiknya juga digunakan variabel co-solvent untuk melarutkan antara CPOlow grade dan CH3OH sehingga mempemudah dalam reaksi transesterifikasinya

DAFTAR PUSTAKA

[1] Amanda, et al., Synthesis Biodiesel from Canola Oil using Heterogeneous Base Catalyst, www.springer.com, 2007, diakses pada 10 Januari 2011.

[2] Anonim, Centrifuge 5804/ 5804R/ 5810/ 5810R, neutrons.ornl.gov, 2013, diakses pada 12 Mei 2013.

[3] Anonim, Harga Bahan-Bahan Kimia, CV. Hamsa Multisains Indonesia, 10 September 2013.

[4] Anonim, Harga Metanol, CV. Rudang Jaya, 11 September 2013.

[5] Anonim, Jual Biodiesel (B100/ FAME),

cv.cahayakhatulistiwa.web.indotrading.com, 2013, diakses pada 10 September 2013.

[6] Anonim, Laboratory Furnace, www.nabertherm.com, 2013, diakses pada 13 Mei 2013.

[7] Anonim, Official Methods of Analysis, 15th ed, Association of Official Analytical Chemists, AOAC, D.C.Washington, 1990.

[8] Anonim, Operating Instructions, www.memmert.com, 2013, diakses pada 13 Mei 2013.

[9] Anonim, Parr Instrument Company, www.parrinst.com, 2013, diakses pada 12 Mei 2013.

[10] Anonim, Produksi Kelapa Sawit Menurut Provinsi di Indonesia, 2008 – 2012, www.deptan.go.id, 2011, diakses pada 19 Mei 2013.

[11] Anonim, Stirrer Hot Plates, www.wenesco.com, 2013, diakses pada 13 Mei 2013.

[12] Anonim, Tarif Daya Listrik, www.pln.go.id, 2013, diakses pada 4 September 2013.

[13] A. Lestari B., Adsorpsi Antarmuka Padatan, www.Belajar.usu.ac.id, 2008, diakses tanggal 20 April 2011.

[14] A. A. Refaat, Biodiesel Production Using Solid Metal Oxide Catalysts, Departement of Chemical Engineering, Cairo University, Egypt, 2010.

50

Tabel L.7 Perhitungan biaya listrik alat proses pada simulasi Alat Kapasitas

maks. (kg) Daya (kW) Waktu (jam) Tarif per

kWH (Rp) K)*

Biaya (Rp) Oven 90,00 [8] 1,40 [8] 14,00 866,- 1,00 17.366,-

Furnace 80,00 [6] 2,40 [6] 4,00 866,- 1,00 8.506,-

Stirrer 10,00 [11] 1,07 [11] 2,00 866,- 2,14 4.050,- Reaktor 5,00 [9] 2,80 [9] 3,50 866,- 26,58 230.804,-

Centrifuge 1,50 [2] 1,65 [2] 0,33 866,- 61,50 29.969,- Total biaya listrik 290.694,- )* K adalah faktor kali perhitungan biaya listrik alat sebagai asumsi bahwa daya listrik yang dibutuhkan akan bertambah dengan meningkatnya kapasitas produksi.

Pada perhitungan di atas, biaya listrik proses yang menggunakan katalis Li/CaO adalah Rp 290.694,-, sedangkan biaya listrik proses yang menggunakan katalis CaO adalah Rp 290.626,-

1 K 1 (kg) produksi bahan Total (kg) alat maksimal Kapasitas (kg) produksi bahan Total (kg) alat maksimal Kapasitas K    

Biaya listrik = (K)(Tarif per kWH)(Daya)

Dimana bahan-bahan yang diproses pada masing-masing alat adalah sebagai berikut.

Oven : LiNO3, CaO dan H2O

Furnace : LiNO3 dan CaO

Stirrer : LiNO3, CaO dan H2O

Reaktor : CPOlow grade, CH3OH, LiNO3 dan CaO

Centrifuge : ME, CPOlow grade sisa, LiNO3 dan CaO

Tabel L.8 Perhitungan kajian ekonomi pada simulasi Kajian ekonomi Penggunaan katalis

Li/CaO CaO

Biaya pembelian bahan baku (Rp) 694.170,- 686.252,-

Biaya listrik (Rp) 290.694,- 290.626,-

Total biaya (Rp) 984.864,- 976.878,-

Harga jual produk ME (Rp) 899.732,- 781.110,-

Nilai keuntungan (Rp) – 85.132,- – 195.768,- Dari hasil simulasi sederhana lanjutan, kedua proses belum mampu memberikan nilai keuntungan. Kemudian, dilakukan simulasi sederhana lanjutan dengan menaikkan harga jual metil ester menjadi Rp 12.050/ kg (di atas harga pasaran) untuk mengetahui hubungan antara nilai keuntungan dan bahan baku CPOlow grade.

51

Tabel L.9 Perhitungan hubungan antara jumlah bahan baku dan nilai keuntungan CPOlow grade (kg)

Nilai keuntungan (Rp)

Li/CaO CaO

90 751,- – 121.207,-

100 3.709,- – 131.800,- 200 33.290,- – 237.729,- 300 62.870,- – 343.658,- 400 91.498,- – 450.231,- 500 116.499,- – 560.662,- 600 141.500,- – 671.093,- 700 166.501,- – 781.525,- 800 191.502,- – 891.956,- 900 216.503,- – 1.002.387,- 1.000 241.504,- – 1.112.818,-

Gambar L.2 Simulasi bahan baku CPOlow grade terhadap nilai keuntungan -1.300.000 -1.100.000 -900.000 -700.000 -500.000 -300.000 -100.000 100.000 300.000

0 200 400 600 800 1.000

Nilai K eu n tun gan (R p )

Bahan Baku CPO low grade (kg)

Katalis Li/CaO Katalis CaO

52 LAMPIRAN 3. FOTO PERCOBAAN L.3.1 Impregnasi Basah

(a) (b)

Gambar L.3 Impregnasi basah untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (b) 4%

L.3.2 Pra-Kalsinasi

(a) (b)

Gambar L.4 Katalis pra-kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (d) 4%

53 L.3.3 Pasca Kalsinasi

(a) (b)

Gambar L.5 Katalis pasca kalsinasi untuk berbagai variasi pen-doping-an Li: (a) 1% dan (d) 4%

L.3.4 Penghalusan & Pengayakan

(a) (b)

Gambar L.6 Penghalusan dan pengayakan: (a) penghalusan; dan (b) pengayakan 60 mesh

54 L.3.5 Reaktor

(a)

(b) (c)

(d)

Gambar L.7 Reaktor transesterifikasi bertekanan: (a) reaktor; (b) stirrer; (c) rangkaian reaktor + strrier; dan (d) rangkaian lengkap reaktor

55 L.3.6 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 1%

(a) (b)

Gambar L.8 Sentrifugasi ME + katalis Li/CaO 1%: (a) sebelum; dan (b) sesudah

L.3.7 Sentrifugasi ME + Katalis Li/CaO 4%

(a) (b)

Gambar L.9 Sentrifugasi katalis ME + katalis Li/CaO 4%: (a) sebelum; dan (b) sesudah