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
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