Proses Etanolisis Minyak Sawit Dalam Sistem Deep Eutectic Solvent (DES) Berbasis Choline Chloride – Etilen Glikol
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Diesel merupakan bahan bakar yang secara luas digunakan dalam bidang
transportasi, pertanian dan industri, yang berguna untuk menghasilkan energi dari
proses pembakaran bahan bakar tersebut sehingga dapat menggerakkan mesin [1].
Seiring berjalannya waktu, bahan bakar diesel yang merupakan bahan bakar yang
dihasilkan dari fosil makhluk hidup jutaan tahun lalu akan semakin berkurang
ketersediaannya [2]. Selain itu, bahan bakar diesel juga memiliki efek negatif karena
kandungan senyawa aromatik dan sulfur yang terdapat pada bahan bakar yang
berasal dari fosil sehingga dapat merusak lingkungan [3].
Biodiesel merupakan suatu alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti
bahan bakar diesel yang berasal dari fosil. Biodiesel dapat diproduksi dari minyak
nabati, lemak hewani, minyak bekas, dan minyak yang tidak dapat dikonsumsi [4; 5].
Proses pembuatan biodiesel yang paling umum digunakan adalah proses
transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa [6]. Pembuatan biodiesel dengan
menggunakan proses transesterifikasi secara umum dilakukan dengan mereaksikan
trigliserida dengan menggunakan metanol dan etanol [7]. Namun, proses pembuatan
biodiesel dengan menggunakan metanol memiliki beberapa kelemahan karena
metanol bersifat racun [6] dan belum sepenuhnya dapat dikatakan sebagai energi
terbarukan, karena metanol secara umum dihasilkan dari minyak bumi, gas alam dan
batubara [5], sedangkan etanol memiliki kekurangan dalam hal reaktifitasnya dalam
proses transesterifikasi dan proses pemisahannya karena terbentuknya emulsi yang
stabil sehingga proses pemisahan dari gliserol sangat sulit [4; 6] akan tetapi,
biodiesel yang dihasilkan dari etanol lebih biodegradable dalam air, memiliki nilai
setana dan nilai pembakaran yang lebih tinggi, dan titik embun dan titik tuang yang
lebih rendah dibandingkan dengan biodiesel yang terbentuk dari metanol [4].
Secara umum pembuatan biodiesel dilakukan dengan menggunakan katalis
untuk mempercepat reaksi. Katalis yang biasa digunakan merupakan katalis basa
homogen seperti KOH dan NaOH. Namun, dalam penggunaan katalis yang bersifat
homogen tersebut memiliki masalah seperti dalam proses pencucian biodiesel yang
1
Universitas Sumatera Utara
dihasilkan karena banyaknya air pencuci yang digunakan untuk memisahkan katalis
dan sabun yang terbentuk [8]. Dalam reaksi transesterifikasi sendiri juga terdapat
masalah yaitu tidak larutnya fasa minyak dan alkohol yang akan mengganggu
jalannya laju reaksi [9]. Berbagai cara yang telah dikembangkan untuk mengatasi
masalah ini misalnya dengan penambahan co-solvent yang dapat meningkatkan
kelarutan antara minyak dan alkohol yang digunakan. Beberapa co-solvent yang telah
digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis homogen
adalah tetrahydrofuran (THF), aseton, dietil eter dan chlorobenzene [8; 9]. Akan
tetapi, co-solvent yang selama ini digunakan dalam pembuatan biodiesel bersifat
racun terhadap lingkungan, sehingga penggunaannya dapat merusak lingkungan
apabila digunakan berlebihan.
Penelitian mengenai pelarut yang ramah lingkungan dalam beberapa tahun
terakhir telah menjadi kajian yang sangat strategis dalam teknologi ramah
lingkungan [10]. Hal tersebut bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan-bahan
berbahaya dan mengurangi polusi lingkungan. Banyak penelitian yang dilakukan
untuk mengembangkan suatu pelarut yang ramah lingkungan, salah satunya ialah
Ionic Liquids (ILs), yang pada awalnya telah menarik banyak perhatian karena sifat
fisika dan kimianya. Namun dalam beberapa penelitian menunjukkan bahwa ILs
memiliki kekurangan dalam hal toksisitas, biodegradibilitas yang rendah dan harga
yang mahal [11]. Salah satu contoh pengembangan mengenai sistem pelarut organik
yang murah dan ramah lingkungan yang dikenal sebagai Deep eutectic solvents
(DES) sangat menarik dikarenakan DES merupakan pelarut yang sangat ramah
lingkungan [12]. DES dibentuk dengan mencampurkan suatu molekul Hydrogen
Bond Donor (HBD) dengan suatu garam halida [13]. DES dalam penggunaannya
sebagai pelarut yang ramah lingkungan, saat ini telah digunakan dalam beberapa
pengaplikasian seperti : (1) pembuatan biodiesel, (2) pemisahan, (3) pemurnian, (4)
elektrokimia, (5) kimia bahan, dan lain lain [12].
Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, Gu, dkk., pada tahun 2014
mempublikasikan bahwa proses sintesis biodiesel dengan menggunakan DES
berbasis choline chloride/gliserol dengan perbandingan (1:2) sebagai pelarut
didapatkan yield yang tinggi, yaitu hingga 98% [12]. Hayyan, dkk., tahun 2013
melaporkan bahwa proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan DES berbasis
2
Universitas Sumatera Utara
choline chloride/PTSA (p-toluenesulfonic acid monohydrate). Dari penelitian yang
dilakukan, didapatkan yield sebesar 92% [14]. Zhao, dkk., tahun pada 2013 juga
melaporakan bahwa penggunaan DES berbasis choline chloride/gliserol (1:2) yang
digunakan dalam reaksi enzimatik sintesis biodiesel menghasilkan yield sebesar 88%
[15]. Akan tetapi, walaupun DES mempunyai sifat yang lebih menjanjikan sebagai
suatu pelarut yang ramah lingkungan, DES mempunyai keterbatasan dalam hal
viskositas yang membuatnya tidak dapat bekerja dengan baik sebagai suatu pelarut.
Hal ini dapat diatasi dengan melarutkannya dengan air seperti yang dilaporkan oleh
Dai, dkk., pada tahun 2015. Dimana dengan penambahan sedikit air akan dapat
mengurangi viskositas dan meningkatkan konduktivitas dari DES yang dihasilkan
[16].
Deep eutectic solvent (DES) merupakan pelarut yang cukup potensial untuk
digunakan dalam sintesis biodiesel. Choline chloride : etilen glikol merupakan salah
satu campuran yang dapat membentuk DES, dan telah di aplikasikan sebagai pelarut
pada proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan metanol sebagai alkohol,
namun belum ada penelitian yang mengkaji tentang penggunaan DES berbasis
choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam pembuatan biodiesel melalui
reaksi etanolisis. Oleh karena itu peneliti ingin mengetahui efek penambahan cosolvent dan dalam mensintesis biodiesel dengan menggunakan etanol sebagai alkohol
khususnya dari minyak sawit.
1.2 Rumusan Masalah
Deep eutectic solvent (DES) merupakan campuran garam halida dengan suatu
donor ikatan hidrogen yang berfungsi sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel.
Namun penggunaan DES berbasis choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent
dalam pembuatan biodiesel melalui reaksi etanolisis belum dilaporkan. Oleh karena
itu, akan dikaji pengaruh penggunaan co-solvent choline chloride : etilen glikol
dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak
sawit.
3
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menguji potensi dan keefektifan penggunaan DES berbasis choline
chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui
reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak sawit.
2. Menguji kualitas biodiesel yang dihasilkan dalam penelitian ini seperti,
kemurnian, viskositas, densitas, dan titik nyala.
1.4 Manfaat Penelitian
Mendapatkan informasi mengenai pengaruh penggunaan co-solvent choline
chloride : etilen glikol dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis
menggunakan bahan baku minyak sawit
1.5 Ruang Lingkup
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan.
2. Bahan baku yang digunakan adalah choline chloride (ChCl), etilen glikol
(C2H6O2), kalium hidroksida (KOH), etanol (C2H5OH) dan minyak sawit.
3. Sintesis deep eutectic solvents (DES) dilakukan dengan kondisi reaksi:
a. Variabel tetap
Suhu
= 80 oC
[12]
Waktu
= 1 jam
[12]
Kecepatan pengadukan
= 300 rpm
[12]
b. Variabel bebas
Rasio molar ChCl : etilen glikol
= 1:2
4. Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan kondisi
reaksi:
a. Variabel tetap
Kecepatan pengadukan
= 600 rpm
[4]
Suhu
= 70 oC
[4]
Waktu
= 1 jam
[4]
Rasio molar etanol : minyak sawit
= 9:1
[4]
4
Universitas Sumatera Utara
Konsentrasi katalis KOH
= 0,75 % berat minyak
[4]
b. Variabel bebas
Konsentrasi DES
= 1; 2; 3; 4; 5; 6%,berat minyak
5. Analisis yang dilakukan adalah:
a. Analisis komposisi bahan baku minyak sawit dengan menggunakan
GCMS
b. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku minyak sawit dengan
menggunakan metoda tes AOCS Official Method Ca 5a-40
c. Analisis densitas DES yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109
d. Analisis viskositas DES yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D 445
e. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan
GCMS
f. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D
445
g. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109
h. Analisis titik nyala
i. Analisis fasa etanol
minyak dengan menggunakan metoda Capillary
Bridge
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Diesel merupakan bahan bakar yang secara luas digunakan dalam bidang
transportasi, pertanian dan industri, yang berguna untuk menghasilkan energi dari
proses pembakaran bahan bakar tersebut sehingga dapat menggerakkan mesin [1].
Seiring berjalannya waktu, bahan bakar diesel yang merupakan bahan bakar yang
dihasilkan dari fosil makhluk hidup jutaan tahun lalu akan semakin berkurang
ketersediaannya [2]. Selain itu, bahan bakar diesel juga memiliki efek negatif karena
kandungan senyawa aromatik dan sulfur yang terdapat pada bahan bakar yang
berasal dari fosil sehingga dapat merusak lingkungan [3].
Biodiesel merupakan suatu alternatif yang dapat digunakan sebagai pengganti
bahan bakar diesel yang berasal dari fosil. Biodiesel dapat diproduksi dari minyak
nabati, lemak hewani, minyak bekas, dan minyak yang tidak dapat dikonsumsi [4; 5].
Proses pembuatan biodiesel yang paling umum digunakan adalah proses
transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa [6]. Pembuatan biodiesel dengan
menggunakan proses transesterifikasi secara umum dilakukan dengan mereaksikan
trigliserida dengan menggunakan metanol dan etanol [7]. Namun, proses pembuatan
biodiesel dengan menggunakan metanol memiliki beberapa kelemahan karena
metanol bersifat racun [6] dan belum sepenuhnya dapat dikatakan sebagai energi
terbarukan, karena metanol secara umum dihasilkan dari minyak bumi, gas alam dan
batubara [5], sedangkan etanol memiliki kekurangan dalam hal reaktifitasnya dalam
proses transesterifikasi dan proses pemisahannya karena terbentuknya emulsi yang
stabil sehingga proses pemisahan dari gliserol sangat sulit [4; 6] akan tetapi,
biodiesel yang dihasilkan dari etanol lebih biodegradable dalam air, memiliki nilai
setana dan nilai pembakaran yang lebih tinggi, dan titik embun dan titik tuang yang
lebih rendah dibandingkan dengan biodiesel yang terbentuk dari metanol [4].
Secara umum pembuatan biodiesel dilakukan dengan menggunakan katalis
untuk mempercepat reaksi. Katalis yang biasa digunakan merupakan katalis basa
homogen seperti KOH dan NaOH. Namun, dalam penggunaan katalis yang bersifat
homogen tersebut memiliki masalah seperti dalam proses pencucian biodiesel yang
1
Universitas Sumatera Utara
dihasilkan karena banyaknya air pencuci yang digunakan untuk memisahkan katalis
dan sabun yang terbentuk [8]. Dalam reaksi transesterifikasi sendiri juga terdapat
masalah yaitu tidak larutnya fasa minyak dan alkohol yang akan mengganggu
jalannya laju reaksi [9]. Berbagai cara yang telah dikembangkan untuk mengatasi
masalah ini misalnya dengan penambahan co-solvent yang dapat meningkatkan
kelarutan antara minyak dan alkohol yang digunakan. Beberapa co-solvent yang telah
digunakan dalam proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan katalis homogen
adalah tetrahydrofuran (THF), aseton, dietil eter dan chlorobenzene [8; 9]. Akan
tetapi, co-solvent yang selama ini digunakan dalam pembuatan biodiesel bersifat
racun terhadap lingkungan, sehingga penggunaannya dapat merusak lingkungan
apabila digunakan berlebihan.
Penelitian mengenai pelarut yang ramah lingkungan dalam beberapa tahun
terakhir telah menjadi kajian yang sangat strategis dalam teknologi ramah
lingkungan [10]. Hal tersebut bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan-bahan
berbahaya dan mengurangi polusi lingkungan. Banyak penelitian yang dilakukan
untuk mengembangkan suatu pelarut yang ramah lingkungan, salah satunya ialah
Ionic Liquids (ILs), yang pada awalnya telah menarik banyak perhatian karena sifat
fisika dan kimianya. Namun dalam beberapa penelitian menunjukkan bahwa ILs
memiliki kekurangan dalam hal toksisitas, biodegradibilitas yang rendah dan harga
yang mahal [11]. Salah satu contoh pengembangan mengenai sistem pelarut organik
yang murah dan ramah lingkungan yang dikenal sebagai Deep eutectic solvents
(DES) sangat menarik dikarenakan DES merupakan pelarut yang sangat ramah
lingkungan [12]. DES dibentuk dengan mencampurkan suatu molekul Hydrogen
Bond Donor (HBD) dengan suatu garam halida [13]. DES dalam penggunaannya
sebagai pelarut yang ramah lingkungan, saat ini telah digunakan dalam beberapa
pengaplikasian seperti : (1) pembuatan biodiesel, (2) pemisahan, (3) pemurnian, (4)
elektrokimia, (5) kimia bahan, dan lain lain [12].
Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, Gu, dkk., pada tahun 2014
mempublikasikan bahwa proses sintesis biodiesel dengan menggunakan DES
berbasis choline chloride/gliserol dengan perbandingan (1:2) sebagai pelarut
didapatkan yield yang tinggi, yaitu hingga 98% [12]. Hayyan, dkk., tahun 2013
melaporkan bahwa proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan DES berbasis
2
Universitas Sumatera Utara
choline chloride/PTSA (p-toluenesulfonic acid monohydrate). Dari penelitian yang
dilakukan, didapatkan yield sebesar 92% [14]. Zhao, dkk., tahun pada 2013 juga
melaporakan bahwa penggunaan DES berbasis choline chloride/gliserol (1:2) yang
digunakan dalam reaksi enzimatik sintesis biodiesel menghasilkan yield sebesar 88%
[15]. Akan tetapi, walaupun DES mempunyai sifat yang lebih menjanjikan sebagai
suatu pelarut yang ramah lingkungan, DES mempunyai keterbatasan dalam hal
viskositas yang membuatnya tidak dapat bekerja dengan baik sebagai suatu pelarut.
Hal ini dapat diatasi dengan melarutkannya dengan air seperti yang dilaporkan oleh
Dai, dkk., pada tahun 2015. Dimana dengan penambahan sedikit air akan dapat
mengurangi viskositas dan meningkatkan konduktivitas dari DES yang dihasilkan
[16].
Deep eutectic solvent (DES) merupakan pelarut yang cukup potensial untuk
digunakan dalam sintesis biodiesel. Choline chloride : etilen glikol merupakan salah
satu campuran yang dapat membentuk DES, dan telah di aplikasikan sebagai pelarut
pada proses pembuatan biodiesel dengan menggunakan metanol sebagai alkohol,
namun belum ada penelitian yang mengkaji tentang penggunaan DES berbasis
choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam pembuatan biodiesel melalui
reaksi etanolisis. Oleh karena itu peneliti ingin mengetahui efek penambahan cosolvent dan dalam mensintesis biodiesel dengan menggunakan etanol sebagai alkohol
khususnya dari minyak sawit.
1.2 Rumusan Masalah
Deep eutectic solvent (DES) merupakan campuran garam halida dengan suatu
donor ikatan hidrogen yang berfungsi sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel.
Namun penggunaan DES berbasis choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent
dalam pembuatan biodiesel melalui reaksi etanolisis belum dilaporkan. Oleh karena
itu, akan dikaji pengaruh penggunaan co-solvent choline chloride : etilen glikol
dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak
sawit.
3
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menguji potensi dan keefektifan penggunaan DES berbasis choline
chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui
reaksi etanolisis menggunakan bahan baku minyak sawit.
2. Menguji kualitas biodiesel yang dihasilkan dalam penelitian ini seperti,
kemurnian, viskositas, densitas, dan titik nyala.
1.4 Manfaat Penelitian
Mendapatkan informasi mengenai pengaruh penggunaan co-solvent choline
chloride : etilen glikol dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis
menggunakan bahan baku minyak sawit
1.5 Ruang Lingkup
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan.
2. Bahan baku yang digunakan adalah choline chloride (ChCl), etilen glikol
(C2H6O2), kalium hidroksida (KOH), etanol (C2H5OH) dan minyak sawit.
3. Sintesis deep eutectic solvents (DES) dilakukan dengan kondisi reaksi:
a. Variabel tetap
Suhu
= 80 oC
[12]
Waktu
= 1 jam
[12]
Kecepatan pengadukan
= 300 rpm
[12]
b. Variabel bebas
Rasio molar ChCl : etilen glikol
= 1:2
4. Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan kondisi
reaksi:
a. Variabel tetap
Kecepatan pengadukan
= 600 rpm
[4]
Suhu
= 70 oC
[4]
Waktu
= 1 jam
[4]
Rasio molar etanol : minyak sawit
= 9:1
[4]
4
Universitas Sumatera Utara
Konsentrasi katalis KOH
= 0,75 % berat minyak
[4]
b. Variabel bebas
Konsentrasi DES
= 1; 2; 3; 4; 5; 6%,berat minyak
5. Analisis yang dilakukan adalah:
a. Analisis komposisi bahan baku minyak sawit dengan menggunakan
GCMS
b. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku minyak sawit dengan
menggunakan metoda tes AOCS Official Method Ca 5a-40
c. Analisis densitas DES yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109
d. Analisis viskositas DES yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D 445
e. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan
GCMS
f. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes ASTM D
445
g. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metoda tes OECD 109
h. Analisis titik nyala
i. Analisis fasa etanol
minyak dengan menggunakan metoda Capillary
Bridge
5
Universitas Sumatera Utara