PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM

  PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA ® SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM 435 DALAM SISTEM PELARUT ChCl UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SKRIPSI Oleh RAHAYU WULANDARI 110405052

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

  PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA ® SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM 435 DALAM SISTEM PELARUT ChCl UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SKRIPSI Oleh RAHAYU WULANDARI 110405052 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

  ii

  Universitas Sumatera Utara

  Universitas Sumatera Utara

  

PRAKATA

  Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia- Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan

  ®

  judul “Proses Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menggunakan Novozym 435 dalam Sistem Pelarut ChCl untuk Menghasilkan Biodiesel

  ” 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 Palm Oil dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase dalam pelarut ionic

  liquid , sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.

  Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar- besarnya kepada Ibu Ir. Renita Manurung, MT.

  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, Agustus 2015 Penulis,

  Rahayu Wulandari iii iv

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1.

  Kedua orang tua penulis tercinta, Mulyati dan Adri Candra, kakak tercinta, Tiffany Ulfah, serta makdang tercinta, Yusrizal, yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini.

  2. Ir. Renita Manurung, MT. selaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  3. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST.,MT. dan Bode Haryanto Tarigan, PhD yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.

  4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU.

  5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.

  6. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

  7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis

  8. Bapak Mariadi atas kerjasama dalam membantu penelitian ini.

  9. Bunga Indah Sari atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  10. Asisten laboratorium Proses Industri Kimia, Rio, Nadya, William, Pasca, Nora, Aidil, Kak Ely, Kak Sari, Bang Jekky, Bang Ruben, dan Bang Ridho yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

  11. Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, Dania, Atikah, Resi, Gita, Suci, Olyvia, Nurul, Oktris, Fauzy, Dedi, dan semua stambuk 2011 serta senior- senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis terutama Kak Ayu, Kak Aira, Kak Melina dan Bang Riki .

  12. Teman-teman tercinta Gio, Ipit, Pandi, Toyan, Nadya, dan Tya yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Rahayu Wulandari NIM : 110405052 Tempat/tanggal lahir : Kayutanam, 14 Mei 1994 Nama orang tua : Adri Candra dan Mulyati Alamat orang tua : Pasa Gelombang No. 105,

  Kayutanam, Sumatera Barat

  Asal Sekolah:  SD N 15 2 × 11 Kayutanam tahun 1999-2005  SMP N 1 2 × 11 Kayutanam tahun 2005 – 2008  SMA N 2 Padangpanjang tahun 2008 – 2011 Beasiswa yang pernah diperoleh : 1.

  Beasiswa PPA (Peningkatan Prestasi Akademik) tahun 2012-2013 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1.

  Covalen Study Group (CSG) periode 2013 – 2014 sebagai Anggota LITBANG.

  2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang LITBANG.

  3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2014-2015 modul Esterifikasi, Resin Urea Formaldehid, Biodiesel, dan Reaktor Fasa Cair.

  4. English Club periode 2013 – 2015 sebagai anggota.

  5. Bike To Campus periode 2012 – 2015 sebagai anggota. Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional : 1.

  Transesterification of Refined Bleached Deodorized Palm Oil

  ®

  (RBDPO) Using Novozym 435 to Produce Biodiesel pada

  th

  seminar 28 Symposium of Malaysian Chemical Engineers

  nd

  (SOMChE 2015) in Conjunction with 22 Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2015) yang akan berlangsung di Selangor, Malaysia pada 20 – 22 Oktober 2015.

  ® 2.

  435 in Transesterification Process of Palm Oil Using Novozym

  Choline Chloride (ChCl) Ionic Liquid System to Produce Biodiesel pada seminar The 2015 International Conference on Chemical Engineering (ICCE 2015) yang akan berlangsung di Yogyakarta, Indonesia pada 27 – 28 Oktober 2015. Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai : 1.

  Juara I Dokter Kecil Tingkat Kabupaten Padang Pariaman tahun 2005, Sumatera Barat.

  2. Juara 1 Vocal Group Tingkat Kabupaten Padang Pariaman tahun 2007, Sumatera Barat.

  3. Juara III Essay Writing Bertemakan “Indonesia dalam Kritik Sosial” tahun 2014, Jakarta. v

  

ABSTRAK

Saat ini, produksi biodiesel secara enzimatik telah banyak menarik perhatian.

  Namun, metode ini belum bisa diaplikasikan secara optimal pada industri besar yang bersifat komersial karena biaya penyediaan enzim yang tinggi karena terdapatnya kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas dan stabilitas enzim dalam reaksi sehingga enzim tersebut tidak dapat digunakan kembali. Keuntungan dari proses enzimatik adalah kemurnian produk yang tinggi karena mudahnya proses pemisahan produk samping seperti gliserol. Namun, terdapat kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas dan stabilitas enzim karena inaktivasi oleh akseptor asil dan kotoran dalam minyak atau produk sampingnya. Cairan ionik berbasis kolin digunakan sebagai pelarut yang bertujuan untuk menurunkan inaktivasi terhadap enzim karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pelarut organik dan bersifat nonvolatil. Penelitian ini menggunakan bahan baku minyak sawit, etanol digunakan sebagai akseptor asil karena lebih renewable daripada

  ®

  metanol, Novozym 435, dan ChCl sebagai pelarut. Parameter reaksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah suhu reaksi, waktu reaksi, dan konsentrasi ChCl. Studi ini menunjukkan bahwa yield biodiesel dalam sistem ChCl lebih rendah dibandingkan dengan tanpa ChCl untuk sekali pemakaian. Namun, menunjukkan perolehan yield yang tinggi ketika enzim digunakan beberapa kali. Penurunan yield biodiesel terjadi ketika konsentrasi ChCl meningkat. Hasil ini juga menunjukkan bahwa waktu reaksi memberikan pengaruh terhadap hasil etil ester antara dalam sistem ChCl dan tanpa ChCl. Berdasarkan hasil tersebut, ditunjukkan bahwa karakteristik pelarut ionik dapat mempengaruhi aktivitas enzim dalam reaksi. Jadi, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pelarut ionik berbasis kolin untuk meningkatkan aktivitas enzim.

  ® Kata kunci : biodiesel, ChCl, etanol, , minyak sawit, Novozym 435.

  vi

  

ABSTRACT

Currently, the enzymatic production of biodiesel has drawn considerable attention.

  But, it still can not apply to commercial industry because the cost of enzyme providing is high due to the decreasing of enzyme activity and stability in reaction. So, it can not be reused. The advantage of enzymatic process is high- purity products because it is easy in removing by-products such as gliserol. But, there is possibility that enzyme activity and stability decrease because of inactivation by acyl acceptors and impurities in oils or by-products, gliserol. Choline-based ionic liquids used as a solvent that suppose to decrease inactivation because it is greener than organic solvents and non-volatile. This study used palm oil, ethanol used as an acyl acceptor because it is more renewable than methanol,

  ®

  Novozym 435, and ChCl as a solvent. The reaction parameters that used in this research were the temperature reaction, reaction time, and ChCl dosage. This study showed that yield biodiesel in ChCl system was lower compared to ChCl- free system for a single use. But, it could obtain the highest yield when enzyme was reused for several times. The decreasing of yield biodiesel occurred when ChCl concentration was increased. This result also showed that time reaction gave an effect to ethyl ester yield between in ChCl system and ChCl-free system. Based on the results, it shows that the characteristic of ionic liquids influences enzyme activity in reaction which can decrease or increase it. So, it needs to do further research about choline-based ionic liquids to increase enzyme activity.

  ® Keywords : biodiesel, ChCl, ethanol, Novozym 435, palm oil.

  vii

DAFTAR ISI

  10

  2.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI ENZIMATIS

  6

  2.3 ENZIM LIPASE

  9

  2.4 NOVOZYM

  ®

  435

  2.5 SOLVENT

  2.1 BIODIESEL

  11

  2.6 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI RBDPO

  13 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  16

  3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

  16

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  16

  4

  Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii PRAKATA iii

  DEDIKASI iv

  1

  RIWAYAT HIDUP PENULIS v

  ABSTRAK vi

  ABSTRACT vii

  DAFTAR ISI viii

  DAFTAR GAMBAR xi

  DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xvi DAFTAR SIMBOL xviii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 LATAR BELAKANG

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  1

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  2

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  2

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  3

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  4

  3.2.1

  16 Bahan Penelitian

  3.2.2

  16 Peralatan Penelitian

  3.3

  17 RANCANGAN PERCOBAAN

  3.4

  18 PROSEDUR PENELITIAN

  3.4.1

  18 Prosedur Utama

  3.4.2

  19 Sketsa Percobaan

  3.4.3

  19 Prosedur Analisis

  3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 19 Hidrolisis

  3.4.3.2 Analisis Kadar FFA Bahan Baku RBDPO dengan 20 Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

  3.4.3.3

  20 Analisis Komponen Asam Lemak dalam Trigliserida Bahan Baku RBDPO dan Biodiesel yang Dihasilkan Menggunakan GCMS

  3.4.3.4

  21 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D445

  3.4.3.5

  21 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

  3.5

  22 FLOWCHART PENELITIAN

  3.5.1

  22 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi

3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 24

  3.5.3

  25 Analisa Kadar FFA Bahan Baku RBDPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

  3.5.4

  26 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445

  3.5.5

  27 Analisa Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  28

  4.1

  28 ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO

  4.2

  31 PENGARUH IL (IONIC LIQUIDS) (ChCl) TERHADAP PEROLEHAN YIELD

  4.3

  33 PENGARUH KONSENTRASI IL (ChCl) TERHADAP PEROLEHAN YIELD

  4.4

  34 PENGARUH IL (ChCl) TERHADAP KINERJA ENZIM

  4.5

  36 PENGARUH WAKTU TERHADAP PEROLEHAN YIELD

  ®

  4.6 435

  38 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM NOVOZYM

  4.7

  39 ANALISIS PRODUK BIODIESEL

  4.7.1

  39 Analisis Kemurnian Etil Ester (%)

  4.7.2

  40 Analisis Densitas

  4.7.3

  41 Analisis Viskositas Kinematik

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  42

  5.1

  42 KESIMPULAN

  5.2

  43 SARAN DAFTAR PUSTAKA

  44

  

DAFTAR GAMBAR

  38 dan Setelah Pemakaian Ulang Gambar L4.1

  33 Gambar 4.5 Pengaruh Cairan Ionik terhadap Kinerja Enzim

  34 Gambar 4.6 Pengaruh Waktu terhadap Perubahan Perolehan Yield

  36 Tanpa dan Dengan ChCl Gambar 4.7

  Aktivitas Enzim Novozym

  

®

  435 Sebelum Pemakaian

  Bahan Baku RBDPO

  Pengaruh IL (ChCl) terhadap Perolehan Yield

  59 Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi

  59 Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi

  60 Gambar L4.4 Penyaringan Enzim

  60 Gambar L4.5 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan

  61 Biodiesel dalam Botol Gambar L4.6

  (a) Novozym Sebelum Dipakai, (b) Novozym Setelah

  31 Gambar 4.4 Pengaruh Konsentrasi IL (ChCl) terhadap Perolehan Yield

  27 RBDPO Gambar 4.3

  Halaman Gambar 2.1

  435 dalam Sistem Pelarut ChCl untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Gambar 3.2

  Reaksi Transesterifikasi Enzimatis

  8 Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim

  10 Gambar 2.3 Stabilitas Enzim dalam Cairan Ionik

  13 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi RBDPO

  19 Menggunakan Novozym

  ®

  Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 22 Gambar 3.3

  Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak

  Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode

  24 Hidrolisis Gambar 3.4

  Flowchart Analisa Kadar FFA Bahan Baku RBDPO

  25 Gambar 3.5 Flowchart Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan

  26 Gambar 3.6 Flowchart Analisa Densitas Biodiesel yang Dihasilkan

  27 Gambar 4.1 Analisa Kadar FFA dan Kadar Air terhadap CPO dan RBDPO 28

  61 Dipakai, (c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan Novozym dalam Botol

  Gambar L4.7 Analisis Densitas

  62 Gambar L4.8 Analisis Viskositas

  62 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak RBDPO 63

  Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

  64 Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2

  65 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3

  66 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4

  67 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5

  68 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6

  69 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7

  70 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8

  71 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9

  72 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10

  73 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11

  74 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12

  75

• – 2011 Tabel 2.3

  39 Tabel 4.4 Hasil Analisis Densitas Biodiesel

  54 Tabel L2.5 Hasil Analisa Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen Hidrolisa

  53 Tabel L2.4 Hasil Yield Biodiesel Pemakaian Ulang Enzim

  53 Tabel L2.3 Hasil Yield Biodiesel Pemakaian Pertama

  53 Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel

  52 Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel

  51 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida RBDPO

  41 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak RBDPO

  40 Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel

  30 Tabel 4.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI

  

DAFTAR TABEL

  30 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada RBDPO

  18 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari RBDPO

  17 Tabel 3.2 Rancangan Percobaan Penelitian Pemakaian Ulang Enzim

  11 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Transesterifikasi

  Sifat Biokatalis Novozym 435

  6 2000

  5 Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Kelapa Sawit di Indonesia Tahun

  Komposisi Utama RBDPO

  Halaman Tabel 2.1

  54 RBDPO