Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI
BAHAN BAKU ASAM LEMAK SAWIT DISTILAT
(ALSD) DAN DIMETHYL CARBONATE (DMC)
DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS
NOVOZYM®435

SKRIPSI

Oleh

WILLIAM
110405043

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2015

OPTIMASI PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DARI
BAHAN BAKU ASAM LEMAK SAWIT DISTILAT
(ALSD) DAN DIMETHYL CARBONATE (DMC)

DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS
NOVOZYM®435

SKRIPSI

Oleh

WILLIAM
110405043

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2015

PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga

skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Optimasi
Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan
Dimethyl

Carbonate

(DMC)

dengan

Menggunakan

Katalis

Novozym®435”,

berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia
Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan
gelar Sarjana Teknik.


Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari produk samping pemurnian kelapa
sawit yaitu asam lemak sawit distilat dengan reaksi transesterifikasi menggunakan
katalis Novozym®435, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya
mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah banyak
memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan
penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Tjahjono Herawan dan Ibu Meta Rivani, S.T yang telah memberikan
bantuan dan arahan dalam pelaksanaan kegiatan penelitian ini.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. selaku
dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun
dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.


iii

6. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. selaku
dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun
dalam penulisan skripsi ini.
7. Ibu Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
8. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik
Kimia USU yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga
kepada penulis.
9. Johan Senjaya atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan
penelitian dan penulisan skripsi ini.
10. Teman-teman anggota Keluarga Mahasiswa Buddhis Universitas Sumatera
Utara (KMB USU) dan anggota Laboratorium Proses Industri Kimia USU.

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 Agustus 2015

Penulis

William

iv

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Hok Heng dan Ibu Mei Cin
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang.
Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya
kalian berikan kepadaku selama ini.

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS


Nama
NIM
Tempat, tanggal lahir
Nama orang tua
Alamat orang tua
Jl. Besi No. 32 A Medan

: William
: 100405043
: Medan, 29 Juni 1994
: Hok Heng dan Mei Cin
:

Asal Sekolah:
 SD Wage Rudolf Supratman 1 Medan tahun 1999-2005
 SMP Wage Rudolf Supratman 1 Medan tahun 2005-2008
 SMA Wage Rudolf Supratman 1 Medan tahun 2008-2011
Beasiswa yang diperoleh:
1. Beasiswa Bantuan Mahasiswa (BBM) tahun 2013
Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik
Kimia FT USU tahun 2014-2015 modul Resin Urea Formaldehid,
Reaktor Fasa Cair, Proses Pembuatan Pulp dan Pembuatan
Biodiesel Dengan Proses Transesterifikasi

vi

ABSTRAK
Produksi biodiesel telah berkembang pesat selama ini, dan telah menarik banyak
perhatian sebagai bahan bakar pengganti minyak solar yang menjanjikan, karena
sifat fisik dan kimia serta kandungan energi biodiesel yang mirip dengan minyak
solar. Masalah utama dalam memproduksi biodiesel adalah biaya tinggi yang
dapat dikurangi dengan menggunakan bahan baku yang lebih murah. Oleh karena
itu, dalam penelitian ini biodiesel disintesis dengan esterifikasi enzimatik dari
kualitas bahan baku yang tidak dimurnikan dan jauh lebih murah daripada minyak
olahan, seperti asam lemak sawit distilat (ALSD) dengan dialkil karbonat
menggunakan amobil lipase (Novozym®435). Beberapa keunggulan proses
enzimatik dibandingkan dengan proses kimia, penggunaan energi yang rendah,
memungkinkan esterifikasi gliserida dengan kadar asam lemak bebas yang tinggi
(ALSD, 85-95% FFA) dan tidak ada kerugian aktivitas enzimatik. Metanol

digantikan oleh dialkil karbonat (DMC) dikarenakan esterifikasi (metanolisis)
diteliti berada dalam kesetimbangan reaksi sedangkan menggunakan DMC
senyawa produk segera terurai menjadi karbon dioksida dan alkohol. Selain itu,
DMC disebut zat kimia yang ramah lingkungan, murah, tidak beracun dan mudah
didapat. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi seperti rasio molar DMC
terhadap ALSD, suhu reaksi, waktu reaksi dan konsentrasi katalis secara
sistematis dianalisis dengan metodologi respon permukaan (RSM) dengan desain
komposit pusat (CCD). Kondisi optimum dihasilkan dengan menggunakan rasio
molar DMC/ALSD 6:1, pada suhu 60 oC, untuk 3 jam reaksi dengan berat katalis
10% (berdasarkan berat minyak). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sintesis
biodiesel melalui esterifikasi enzimatik menggunakan ALSD cocok digunakan
sebagai bahan baku yang ekonomis untuk produksi biodiesel.
Keywords: biodiesel, dimetil karbonat, esterifikasi, Novozym®435, asam lemak
sawit distilat
acid

vii

ABSTRACT
Biodiesel production has rapidly grown over the last decades, and it has attracted

much attention in the market as fuel that promising substitute for petroleum
diesel, because its physical and chemical properties and energy content are similar
to those of petroleum diesel. The main problem in producing biodiesel is its high
cost which could be reduced by use of less expensive feedstock. Therefore, in this
work biodiesel were synthesized by enzymatic esterification from low quality
feedstock which is unrefined and much cheaper than the refined oil, such as palm
fatty acid distillate (PFAD) with dialkyl carbonate using immobilized lipase
(Novozym®435). Enzymatic process has certain advantages over the chemical
process, as it is less energy intensive, allowing the esterification of glycerides with
high free fatty acid contents (PFAD, 85-95% FFA) and no enzymatic activity loss.
Methanol replaced by dialkyl carbonate, especially DMC due to esterification
(methanolysis) is close to equilibrium reaction whereas using DMC the
intermediate compound immediately decomposes to carbon dioxide and an
alcohol, which have been investigated. Moreover, DMC are cheap, eco-friendly
chemical, non-toxic properties and widely available. Factors affecting the reaction
such as DMC to PFAD molar ratio, reaction temperature, reaction time and
catalyst concentration were systematically analyzed by response surface
methodology (RSM) with central composite design (CCD). The optimal condition
was using 6:1 molar ratio of DMC to PFAD at 60 oC, for a reaction time 3h in the
presence 10wt% of catalyst (based on oil weight). The results showed that

synthesis of biodiesel through enzymatic esterification using PFAD suitable as
low cost feedstock for biodiesel production.
Keywords: biodiesel, dimethyl carbonate, esterification, Novozym®435, palm
fatty acid fatty acid distillate

viii

DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA

iii


DEDIKASI

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR GAMBAR

xi

DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

xv

DAFTAR SINGKATAN

xvi

DAFTAR SIMBOL

xvii

BAB I PENDAHULUAN

1

1.1 LATAR BELAKANG

1

1.2 PERUMUSAN MASALAH

5

1.3 TUJUAN PENELITIAN

5

1.4 MANFAAT PENELITIAN

5

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

7

2.1 BIODIESEL

7

2.2 ASAM LEMAK SAWIT DISTILAT

9

2.3 DIMETHYL CARBONATE

9

2.4 KATALIS ENZIM

10

2.5 ESTERIFIKASI ENZIMATIS

11

2.6 ANALISIS EKONOMI

13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

15

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

15

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

15

ix

3.2.1 Bahan

15

3.2.2 Peralatan

15

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN

16

3.4 PROSEDUR PENELITIAN

18

3.4.1 Proses Esterifikasi Enzimatis

18

3.4.2 Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

18

3.5 ANALISIS BIODIESEL

19

3.5.1 Analisis Kualitatif

19

3.6 FLOWCHART PERCOBAAN

20

3.6.1 Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis

20

3.6.1 Flowchart Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

22

4.1 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU

22

4.2 OPTIMASI PEMBUATAN BIODIESEL DARI BAHAN BAKU
ASAM LEMAK SAWIT DISTILAT (ALSD) DAN DIMETHYL
CARBONATE (DMC) DENGAN MENGGUNAKAN

NOVOZYM®435

23

4.3 VALIDASI MODEL

36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

37

4.1 KESIMPULAN

37

4.2 SARAN

37

DAFTAR PUSTAKA

38

x

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 3.1

Flowchart Proses Esterifikasi Enzimatis

20

Gambar 3.2

Flowchart Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

21

Gambar 4.1

Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak Sawit
Distilat (ALSD)

Gambar 4.2a

22

3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi
Dengan
Rasio Molar DMC/ALSD Pada Waktu Reaksi 2 Jam

dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD
Gambar 4.2b

27

Kontur %Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi Dengan
Rasio Molar DMC/ALSD Pada Waktu Reaksi 2 Jam
dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD

Gambar 4.3a

27

3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi

Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi
60 oC dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD
Gambar 4.3b

28

Kontur %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi
Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi
60 oC dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD

Gambar 4.4a

29

3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Jumlah

Biokatalis Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada
Suhu Reaksi 60 oC dan Waktu Reaksi 2 Jam
Gambar 4.4b

30

Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis
Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi
60 oC dan Waktu Reaksi 2 Jam

Gambar 4.5a

30

3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi

Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD
6:1 dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD
Gambar 4.5b

Kontur %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi Dengan
Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan

xi

31

Jumlah Biokatalis 10% dari Berat ALSD
Gambar 4.6a

32

3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Jumlah

Biokatalis Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar
DMC/ALSD 6:1 dan Waktu Reaksi 2 Jam
Gambar 4.6b

33

Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis
Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD
6:1 dan Waktu Reaksi 2 Jam

Gambar 4.7a

33

Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis
Dengan Waktu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD
6:1 dan Suhu Reaksi 60 oC

Gambar 4.7b

34

Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis
Dengan Waktu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD
6:1 dan Suhu Reaksi 60 oC

34

Gambar 4.8

Hubungan Nilai Observasi dengan Nilai Prediksi

36

Gambar LD.1

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

50

Gambar LD.2

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

51

Gambar LD.3

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3

52

Gambar LD.4

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4

53

Gambar LD.5

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5

54

Gambar LD.6

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6

55

Gambar LD.7

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7

56

Gambar LD.8

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8

57

Gambar LD.9

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9

58

Gambar LD.10

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10

59

Gambar LD.11

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11

60

Gambar LD.12

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12

61

Gambar LD.13

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13

62

Gambar LD.14

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 14

63

Gambar LD.15

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15

64

Gambar LD.16

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16

65

Gambar LD.17

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 17

66

Gambar LD.18

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 18

67

xii

Gambar LD.19

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 19

68

Gambar LD.20

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 20

69

Gambar LD.21

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 21

70

Gambar LD.22

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 22

71

Gambar LD.23

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 23

72

Gambar LD.24

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 24

73

Gambar LD.25

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 25

74

Gambar LD.26

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 26

75

Gambar LD.27

Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 27

76

Gambar LE.1

Foto Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD)

77

Gambar LE.2

Foto Dimethyl Carbonate (DMC)

77

Gambar LE.3

Foto Biokatalis Novozym®435

77

Gambar LE.4

Foto Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

78

Gambar LE.5

Foto Rangkaian Alat Esterifikasi (Carousel)

78

Gambar LE.6

Foto Penggunaan Syringe filter

78

Gambar LE.7

Foto Pemisahan Hasil Esterifikasi dengan Syringe
79

filter

Gambar LE.8

Gambar LE.9

Foto Evaporasi Hasil Esterifikasi dengan Rotary
Vacuum Evaporator

79

Foto Produk Akhir Biodiesel

79

xiii

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1

Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Model Kinetika

3

Pembuatan Biodiesel dari Asam Lemak Sawit Distilat dan
Penggunaan Katalis Novozyme 435
Tabel 2.1

Standar Biodiesel Berdasarkan ASTM D 6751/09, EN

8

14214/03, dan Pr EN 14214/09
Tabel 2.2

Komposisi Asam Lemak dalam ALSD

9

Tabel 2.3

Sifat-Sifat Fisika dan Kimia DMC

10

Tabel 3.1

Level Kode Rancangan Penelitian

16

Tabel 3.2

Rancangan Percobaan Penelitian

17

Tabel 4.1

Komposisi Asam Lemak dari Asam Lemak Sawit Distilat
(ALSD)

23

Tabel 4.2

Komposisi Penyusun ALSD

23

Tabel 4.3

Hasil Yield Biodiesel dari Berbagai Perlakuan

24

Tabel 4.4

Analysis of Variance (ANOVA) terhadap Yield

25

Tabel 4.5

Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik

25

Tabel LA.1

Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Asam Lemak Sawit
Distilat (ALSD)

45

Tabel LB.1

Hasil Analisis Yield Biodiesel

46

Tabel LB.2

Nilai Observasi dan Nilai Prediksi Yield Biodiesel

47

xiv

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A

Data Bahan Baku

45

LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku Asam Lemak

45

Sawit Distilat (ALSD) Hasil Analisis GCMS
Lampiran B

Lampiran C

Data Penelitian

46

LB.1 Data Yield Biodiesel

46

LB.2 Data Validasi Model

47

Contoh Perhitungan

48

LC.1 Perhitungan Kadar FFA Asam Lemak Sawit Distilat

48

(ALSD)

Lampiran D

Lampiran E

LC.2 Perhitungan Kebutuhan Dimethyl Carbonate (DMC)

48

LC.3 Perhitungan Yield Biodiesel

49

Hasil Analisis Biodiesel

50

LD.1 Hasil Analisis Biodiesel

50

Dokumentasi Penelitian

77

LE.1 Foto Bahan Baku Penelitian

77

LE.2 Foto Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas

78

LE.3 Foto Proses Esterifikasi Enzimatis

78

xv

DAFTAR SINGKATAN
ALSD

Asam Lemak Sawit Distilat

ANOVA

Analysis of Variance

BM

Berat Molekul

CCD

Central Composite Design

DMC

Dimethyl Carbonate

et al

et alia

FAME

Fatty Acid Methyl Ester

FFA

Free Fatty Acid

GC

Gas Chromatography

GCMS

Gas Chromatography Mass Spectrometry

RSM

Response Surface Methodology

SNI

Standar Nasional Indonesia

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Keterangan

Dimensi

N

Normalitas larutan NaOH

N

V

Volume larutan NaOH terpakai

Ml

M

Berat molekul FFA Asam Lemak Sawit Distilat

gr/mol

xvii

Dokumen yang terkait

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 47 101

Proses Pembuatan Biodiesel dari Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) dan Dimethyl Carbonate dengan Reaktor Packed Bed Menggunakan Katalis Novozym® 435

4 46 123

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 14 101

Proses Pembuatan Biodiesel dari Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) dan Dimethyl Carbonate dengan Reaktor Packed Bed Menggunakan Katalis Novozym® 435

0 4 24

Proses Pembuatan Biodiesel dari Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) dan Dimethyl Carbonate dengan Reaktor Packed Bed Menggunakan Katalis Novozym® 435

0 1 2

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 0 2

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 0 6

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 0 8

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 0 7

Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435

0 0 35