PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYME
PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT ® MENGGUNAKAN NOVOZYME 435 UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT SKRIPSI Oleh BUNGA INDAH SARI 110405082
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
® MENGGUNAKAN NOVOZYME 435 UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT SKRIPSI
Oleh BUNGA INDAH SARI 110405082 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi
®
dengan judul “Proses Transesterifikasi Minyak Sawit Menggunakan Novozyme 435 Untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit ”, 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 ditujukan untuk melihat potensi dari minyak sawit sebagai bahan baku dalam proses pembuatan biodiesel. Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada: 1.
Ir. Renita Manurung, M.Sc. selaku dosen pembimbing dan koordinator skripsi.
2. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT dan Bode Haryanto, ST, MT. PhD. yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
3. Dr. Eng. Irvan, M.Si. sebagai ketua departmen teknik kimia.
4. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku sekretaris departmen teknik kimia.
5. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan dorongan baik secara material maupun secara moral.
6. Bapak Mariadi atas kerjasama dalam membantu penelitian ini.
7. Kak Aira, Kak Ayu dan Bang Ricky, yang telah memberi banyak nasehat kepada penulis baik masalah penelitian maupun hal lain. iv
8. Rahayu Wulandari, selaku partner yang telah membantu penulis bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian
9. Teman-teman angkatan 2011 yang telah menemani penulis dalam menempuh jalan menuju skripsi terutama Nurul, Olyvia, Suci, Rizka, Gusti, Nadia, Dania, Nazif, William dan Fauzy.
10. Sahabat-sahabat terbaik Sausan, Anes, Sara dan Putri yang telah memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
11. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini, yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu. 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, 2015 Penulis Bunga Indah Sari v vi
DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta
Bapak Jaya Sentosa dan Ibu Misriani Orang tua dengan perhatian dan kasih sayang yang telah membesarkan dan mendidikku hingga seperti saat ini. Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih dan do’a yang selalu kalian berikan kepadaku.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Bunga Indah Sari NIM : 110405082 Tempat, tanggal lahir : Medan, 1 Juli 1993 Nama orang tua : Jaya Sentosa dan Misriani Alamat orang tua : Jalan Pancing II, Medan
Asal Sekolah: SD Swasta Pertiwi tahun 1999-2005 SMP Swasta Al-Ulum tahun 2005 – 2008 SMAN 4 Medan tahun 2008 – 2011 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1.
Covalen Study Group (CSG) periode 2013-2014 sebagai Anggota Pengembangan Bakat dan Minat (BAKMI).
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Bidang Penelitian dan Pengembangant (LITBANG) 3. Asisten Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik
Kimia FT USU tahun 2013-2015 modul Proses Penanaman Media dan Sterilisasi Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional: 1.
Transesterification of Refined Bleached Deodorized Palm Oil
®
(RBDPO) Using Novozym 435 to Produce Biodiesel pada seminar
th
28 Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE
st
2015) in Conjunction with 21 Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2015) yang akan berlangsung di Selangor, Malaysia pada 21-22 Oktober 2015. vii
ABSTRAK
Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO). Refined
Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif rendah berkisar 1,138% dibandingakan dengan Crude Palm Oil (CPO).
Untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas pada minyak harus ≤ 2%. Karena itu, dalam penelitian ini tidak dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum refined
bleached deodorized palm oil (RBDPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel.
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Untuk mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan hasil, proses dilakukan dengan pengadukan yang baik, penambahan katalis dan pemberian reaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan. Pemilihan katalis dilakukan berdasarkan kemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk. Metode enzimatik transesterifikasi memiliki banyak keuntungan seperti kondisi reaksi yang rendah menyebabkan konsumsi energi yang sedikit serta mudah dalam pemisahan produk samping. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Refined Bleached
Deodorized Palm Oil (RBDPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan etanol ®
sebagai aseptor asil), pemakaian Novozyme 435 sebagai katalis dalam reaktor
batch sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan
Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai
®
kemungkinan penggunaan Novozyme 435 dalam sintesis biodiesel berbasis RBDPO. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase yang diperoleh pada penelitian
®
ini yaitu sebanyak 0,2336% menggunakan Novozyme 435 dengan kondisi rasio
o ®
molar reaktan 1:6 dan 1:9, suhu reaksi 40, 45 dan 50
C, Novozym 435 sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 5, 6 dan 7 jam. Hasil terbaik diperoleh pada 7 jam waktu reaksi pada 40 ºC adalah 98,83% dari hasil ester dengan rasio molar RBDPO dan etanol adalah 1: 6 dan dosis katalis adalah 30% (w / w). Berdasarkan hasil, itu
®
menunjukkan bahwa Novozyme 435 adalah biokatalis baik dalam proses transesterifikasi enzimatik untuk sintesis biodiesel.
®
Kata kunci : Biodiesel, Etanol, Novozyme 435, RBDPO, Transesterifikasi Enzimatik viii
ABSTRACT
One source of vegetable oil that can be used as raw material for biodiesel is Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO). Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) contains low free fatty acids ranging from 1.138% than Crude Palm Oil (CPO). To produce biodiesel, free fatty acids in the oil must be ≤ 2%. Therefore, in this study no needed treatment to reduce the content of free fatty acids and removes impurities in the oil before refined bleached deodorized palm oil (RBDPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reversible reaction is relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, adding the catalyst and the provision of excess reactants for the reaction shifts to the right. The selection of the catalyst made by the ease of
handling and separation of the product. Enzymatic transesterification method has
many advantages such as low reaction conditions lead to less energy consumption.
In this study, reported the results of a biodiesel synthesis Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) by a transesterification reaction (the use of ethanol
®
as an acyl acceptor), Novozyme 435 use as catalysts in a batch reactor in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography
®
(GC). As the studies in this research, discussed the possible use of Novozyme 435 in RBDPO based biodiesel synthesis. The average of reduction in lipase activity
®
obtained in this study as many as 0.2336% using Novozyme 435 with the condition molar ratio of reactants 1: 6 and 1: 9, the reaction temperature of 40, 45
o ®
and 50
C, Novozyme 435 30 % and reaction time during the 5, 6 and 7 hours. The best results were obtained at 7 hours of reaction time at 40 ºC is 98.83% of the ester with a molar ratio RBDPO and ethanol is 1: 6 and the dose of the catalyst was 30%
®
(w / w). Based on the results, it shows that Novozyme 435 is a good biocatalyst in enzymatic transesterification process for biodiesel synthesis.
® Keywords : Biodiesel, Enzymatic transesterification, Ethanol, Novozyme 435,
RBDPO, ix
DAFTAR ISI
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS vii
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR LAMPIRAN xi
DAFTAR SINGKATAN xiii
DAFTAR SIMBOL xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
2
1.3 TUJUAN PENELITIAN
2
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1 BIODIESEL
4
2.2 TRANSESTERIFIKASI
6
2.2.1 Proses Transesterifikasi Enzimatis
7
2.3 BIOKATALIS
10
2.4 ENZIM LIPASE
11
®
2.5 NOVOZYME 435
12
2.6. POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI RBDPO
13 x BAB III METODOLOGI PENELITIAN
15
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
15
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
15
3.2.1 Bahan Penelitian
15
3.2.2 Peralatan
15
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN
16
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
17
3.4.1 Prosedur Utama
17
3.4.2 Sketsa Percobaan
17
3.4.3 Prosedur Analisis
18
3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode
18 Hidrolisis
3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku
18 RBDPO dengan Metode Tes AOCS Official Method
Ca 5a-40
3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Trigliserida
19 Bahan Baku RBDPO dan Biodiesel yang Dihasilkan
Menggunakan GCMS
3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
19 Metode Tes ASTM D 445
3.4.3.3 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
20 Metode Tes OECD 109
3.5 FLOWCHART PERCOBAAN
21
3.5.1 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi
21
3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
22
3.5.3 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku RBDPO
23 dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
3.5.4 AnalisisViskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
24 Metode Tes ASTM D 445
3.5.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode
25 Tes OECD 109 xi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
26
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO (REFINED BLEACHED
26 DEODORIZED PALM OIL )
4.2 PENGARUH RASIO MOLAR TERHADAP YIELD BIODIESEL
29
4.3 PENGARUH SUHU DAN WAKTU TERHADAP PEROLEHAN
30 YIELD
4.4 MODEL HUBUNGAN ANTARA SUHU, WAKTU DENGAN
34 YIELD
®
4.5 ANALISIS AKTIVITAS ENZYM NOOZYME 435
36
4.6 ANALISIS PRODUK BIODIESEL
37
4.6.1 Analisis Kemurnian Etil Ester (%)
37
4.6.2 Analisis Densitas
38
4.6.3 Analisis Viskositas Kinematik
39 BAB V KESIMPULAN
40
5.1 KESIMPULAN
40
5.2 SARAN
40 DAFTAR PUSTAKA
41 xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Alkohol7 Gambar 2.2 Reaksi Transesterifikasi Enzimatis
9 Gambar 2.3 Mekanisme Kerja Enzim
11 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi RBDPO
17
®
Menggunakan Novozyme 435 untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit
Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi21 Transesterifikasi
Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan22 Metode Hidrolisis
Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan23 Baku CPO
Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan24 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan
25 Gambar 4.1 Perbandingan Kadar FFA dan Kadar Air CPO dan
26 RBDPO
Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam27 Lemak RBDPO
Gambar 4.3 Pengaruh Rasio Molar terhadap Yield Bodiesel29 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada
30 rasio molar 1:6
Gambar 4.5 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada31 rasio molar 1:9
Gambar 4.6 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada32 rasio molar 1:6
Gambar 4.7 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada32 rasio molar 1:9
®
Gambar 4.8 Aktivitas Enzim Oleh Novozyme 435 Sebelum36 Pemakaian dan Setelah Pemakaian xiii xiv Gambar L4.1 Bahan Baku RBDPO
57 Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi
67 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7
78 Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 18
77 Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 17
76 Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16
75 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15
74 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 14
73 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13
72 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12
71 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11
70 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10
69 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9
68 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8
66 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6
57 Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi
65 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5
64 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4
63 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3
62 Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2
61 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1
60 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil)
60 Gambar L4.8 Analisis Viskositas
59 Gambar L4.7 Analisis Densitas
59 Gambar L4.6 Analisa Aktivitas Enzim
58 Gambar L4.5 Produk Akhir Biodiesel
58 Gambar L4.4 Penyaringan Enzim
79 xv
DAFTAR TABEL
38 Tabel 4.6 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel
52 Tabel L6.1 Variabel Penelitian
51 Tabel L2.2 Hasil Analisa Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen Hidrolisa RBDPO
51 Tabel L2.3 Hasil Analisa Yield Biodiesel
51 Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel
50 Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel
49 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida RBDPO
39 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak RBDPO
37 Tabel 4.5 Hasil Analisis Densitas Biodiesel
Halaman
34 Tabel 4.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI
28 Tabel 4.3 Tabel 4.3 Variabel Penelitian
28 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada RBDPO
Deodorized Palm Oil)
16 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari RBDPO (Refined Bleached
5 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan untuk Reaksi Transesterifikasi
5 Tabel 2.2 Komponen Asam Lemak pada CPO
Tabel 2.1 Perkembangan Determinan Ekspor CPO di Indonesia80
DAFTAR LAMPIRAN
54 L3.5 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL
60
60 L4.8 ANALISIS VISKOSITAS
59 L4.7 ANALISIS DENSITAS
59 L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM
58 L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL
58 L4.4 PENYARINGAN ENZIM
57 L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI
57 L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI
57 L4.1 BAHAN BAKU RBDPO
55 L3.7 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA RBDPO 55 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN
54 L3.6 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL
xvi
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU
53 L3.3 PERHITUNGAN KEBUTUHAN ETANOL
53 L3.2 PERHITUNGAN KADAR AIR RBDPO
53 L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA RBDPO
52 BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA RBDPO LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN
51 L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM
51 L2.3 DATA YIELD BIODIESEL
51 L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL
51 L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL
50 LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN
49 BAHAN BAKU RBDPO HASIL ANALISIS GCMS L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU RBDPO 50 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) RBDPO
49 L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK
53 L3.4 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL