BAB I PENDAHULUAN - Pembuatan Biodiesel dari Mesokarp Buah Sawit dengan Teknologi Reactive Extraction
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Saat ini, bahan bakar fosil merupakan sumber utama energi secara global.
Namun, karena ketersediaannya semakin terbatas, maka diperkirakan bahwa era bahan bakar yang murah dan mudah diakses tersebut akan segera berakhir [1]
.
Kebutuhan akan sumber bahan bakar yang lebih ramah lingkungan dan terbarukan tidak hanya bertujuan untuk melindungi lingkungan dari efek gas rumah kaca dan polutan lain seperti NOx dan partikulat, tetapi juga akibat menipisnya cadangan bahan bakar fosil dunia sebagai hasil dari ketergantungan yang berlebihan pada sumber daya ini untuk pengembangan industri dan peningkatan populasi manusia [2]. Oleh karena itu, untuk mengatasi persoalan tersebut dan mengurangi ketergantungan pada BBM perlu diadakan diversifikasi energi dengan cara mencari energi alternatif yang terbarukan (renewable). Salah satu energi alternatif yang berasal dari minyak tumbuhan atau lemak hewan adalah biodiesel [3].
Biodiesel didefinisikan sebagai mono-alkil ester dari rantai panjang asam lemak yang berasal dari sumber yang terbarukan, khususnya minyak tumbuhan dan lemak hewan [4]. Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan, biodegradable, tidak beracun, dan ramah lingkungan. Biodiesel menghasilkan emisi yang lebih rendah, memiliki titik flash tinggi, daya pelumas yang lebih baik, dan cetane number tinggi. Penggunaan biodiesel memiliki potensi untuk mengurangi tingkat polusi dan kemungkinan karsinogen [5,6].
Bahan baku yang digunakan untuk produksi biodiesel bervariasi tergantung kepada wilayah geografis dan kondisi budidaya serta ketersediaannya [7]. Indonesia merupakan salah satu produsen minyak sawit terbesar di dunia diikuti oleh Malaysia sebagai produsen minyak sawit terbesar kedua. Indonesia diprediksi akan berkembang pesat, memperkuat posisinya sebagai dunia terkemuka produsen kelapa sawit. Total area perkebunan saat ini sekitar 8 juta hektar dan diperkirakan mencapai 13 juta hektar pada tahun 2020. Indonesia menghasilkan lebih dari 23 juta ton minyak sawit pada tahun 2012. Areal perkebunan sebagian besar berada di Sumatera dan Kalimantan; sisanya terletak di Sulawesi, Jawa dan Pulau Papua [8]. Daya tarik buah sawit terletak pada kandungan minyaknya yang tinggi, jauh melebihi dari minyak nabati lainnya, dan biaya produksi yang lebih rendah [9]. Oleh sebab itu, pemanfaatan buah sawit sebagai bahan baku biodiesel selain murah, ketersediannya yang melimpah menjadi langkah penting menuju proses produksi biodiesel yang ekonomis dan berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil.
Biodiesel umumnya diperoleh melalui proses transesterifikasi lemak dan minyak [10]. Transesterfikasi adalah alkoholisis minyak trigliserida dengan alkohol dengan adanya katalis yang menghasilkan ester monoalkil dan gliserol [7]. Transesterifikasi secara kimia banyak digunakan dalam produksi industri biodiesel namun memiliki beberapa kelemahan seperti pemulihan katalis dan gliserol yang sulit dan memerlukan banyak air pencuci. Penggunaan katalis enzim dapat mengatasi kelemahan tersebut. Proses enzimatis mampu bereaksi pada kondisi suhu moderat, rasio alkohol yang rendah terhadap minyak, pemulihan produk lebih mudah, dan konversi yang tinggi [11]. Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang pembuatan biodiesel dapat dilihat pada tabel 1.1.
Lipase adalah katalis yang cocok untuk transesterifikasi berbagai bahan baku, bahkan bahan baku dengan nilai asam tinggi, yang dianggap sebagai bahan baku berkualitas rendah [7]. Salah satu jenis lipase termobilisasi (IL) komersial yang paling umum adalah Novozym 435, Candida antarctica Lipase B [4, 12].
Metode konvensional untuk produksi biodiesel membutuhkan minyak yang diekstrak dari biomassa sebelum dapat ditransesterifikasikan menjadi ester. Ini merupakan proses yang panjang [13]. Pengembangan ekstraksi reaktif atau transesterifikasi langsung memiliki potensi untuk mengurangi biaya pengolahan dengan segala jenis bahan baku. Ekstraksi reaktif berbeda dari proses produksi biodiesel konvensional di mana bantalan minyak kontak langsung dengan alkohol bukan bereaksi dengan minyak yang diekstraksi. Dengan kata lain, ekstraksi dan transesterifikasi dilanjutkan dalam satu langkah tunggal, dimana alkohol bertindak sebagai ekstraksi pelarut dan pereaksi transesterifikasi [14].
Untuk meningkatkan aktivitas enzim dan konversi biodiesel, telah ditemukan akseptor asil selain alkohol. Dimetil karbonat (DMC) adalah sebuah alternatif untuk menggantikan metanol sebagai akseptor asil dan bahan kimia ramah lingkungan karena sifatnya netral, tidak berbau, tidak korosif dan tidak beracun [15]. Dimetil karbonat (DMC) dihasilkan dari metanol, karbon monoksida dan oksigen, merupakan senyawa serbaguna dibandingkan dengan metanol dan metil asetat dilihat dari kereaktifan kimia, sifat fisik, dan lebih ramah lingkungan. Hal yang paling signifikan dari semua itu, tidak ada gliserol yang diproduksi selama proses transesterifikasi minyak dan DMC dalam pembuatan biodiesel. Oleh karena itu, DMC sangat menjanjikan sebagai substitusi metanol untuk akseptor asil dalam produksi biodiesel [16].
Atas dasar pemikiran yang telah dipaparkan, maka penulis ingin melakukan penelitian pembuatan biodiesel dengan teknologi ekstraksi reaktif dari mesokarp buah sawit menggunakan katalis Novozym 435 sehingga metode ini nantinya dapat dikembangkan untuk skala industri dan mampu meminimalkan dampak lingkungan.
4 Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel dengan Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dan Penggunaan Katalis Heterogen Novozym 435
C)
C, waktu reaksi 6 jam
o
(jumlah katalis 0,2% (v/v), suhu reaksi 60
C rasio biomass:DMC = 1:10 - 1:30, 75,5%
o
Variabel tetap : waktu reaksi 24 jam, kecepatan pengadukan 300 rpm Variabel bebas : suhu reaksi 30-70
Novozyme 435
2 Lee, et al 2013 Highly efficient extraction and lipase-catalyzed transesterification of triglycerides from Chlorella sp. KR-1 for production of Biodiesel
o
No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel % Yield Maksimum Biodiesel
225:1, suhu reaksi 60
(katalis 3,85% w/v, waktu reaksi 9 jam 36 menit, rasio metanol:minyak
147:1, 225:1 97,25%
C, kecepatan pengadukan 300 rpm Variabel berubah : jumlah katalis 1-4% w/v KOH, rasio metanol:minyak =
o
KOH Variabel tetap : suhu reaksi 60
Stripping Sterillized Palm Fruit to Biodiesel
1 Jairurob, et al 2013 Reactive Extraction of After-
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan .... (lanjutan)% Yield No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Maksimum Biodiesel o
Suhu reaksi 55 C selama 24 jam : konversi Tung oil
Variabel tetap : jumlah katalis 10% w/v, 48%, Palm oil
Lipase Catalyzed rasio metanol:minyak = 3:1, kecepatan Novozyme
63%, Suhu reaksi
3 Wang, et al 2011 Transesterification of Tung Palm pengadukan 700 rpm, o 435
50 C : Tung oil Oil for Biodiesel waktu reaksi 24 jam,
o 20%, Palm oil
Variabel berubah : suhu reaksi 40-60 C 65%, model kinetika
Insitu reactive Ekstraksi : extraction with
Jenis pelarut : n-heksana, DEC, DMC, Pistacia chinensis waktu ekstraksi 8 jam, suhu ekstraksi 50
In-situ Lipase-catalyzed Reactive o Bunge seed DMC
C, rasio pelarut:minyak = 3:1, Extraction of Oilseed with Short- Novozyme
: 74,6%, DEC :
4 Su, et al 2009 kecepatan pengadukan 180 rpm
Chained Dialkyl Carbonates for 435 78,2%
Transesterifikasi : Biodiesel Production Jatropha curcas I.
Jumlah katalis 10%, rasio
o Seed DMC:
pelarut:minyak = 3:1, suhu reaksi 50
C, 77,6%, DEC : waktu reaksi 12 jam, kecepatan
84,2% pengaduk 180 rpm
5 Universitas Sumatera Utara
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Proses sintesis biodiesel secara enzimatis menggunakan pelarut metanol dapat menghambat aktivitas enzim, sehingga diperlukan suatu pelarut yang dapat menggantikan metanol tersebut. Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dilaporkan mampu menjaga stabilitas kerja enzim sekaligus dapat berfungsi sebagai reagen pereaksi dalam sintesis biodiesel. Penelitian ini diarahkan untuk mendapatkan yield biodiesel yang terbaik dengan menggunakan teknologi ekstraksi reaktif, yang mana bahan baku mesokarp buah sawit yang digunakan diekstrak dan ditransesterifikasi secara simultan dalam satu tahap menggunakan pelarut DMC.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1.
Mendapatkan teknologi pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan metode teknologi ekstraksi reaktif.
2. Mengamati pengaruh variabel waktu reaksi, rasio mol mesokarp terhadap DMC, dan jumlah katalis Novozym 435 dalam proses sintesis biodiesel.
3. Menganalisis sifat fisik biodiesel yang dihasilkan.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat : 1.
Memberikan informasi keunggulan teknologi reaktif ekstraksi dalam proses pembuatan biodiesel.
2. Memberikan informasi kondisi proses transesterifikasi terbaik untuk mendapatkan yield biodiesel tertinggi.
3. Meningkatkan nilai ekonomis dari buah sawit yang tidak memenuhi kriteria matang panen dari perkebunan kelapa sawit.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah : 1.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Oleokimia dan Laboratorium Oleopangan, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Jalan Bridgen Katamso No. 51, Medan.
2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah mesokarp buah kelapa sawit, pelarut sekaligus reagen transesterifikasi Dimethyl Carbonate (DMC), dan Novozym 435.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel seperti berikut : a.
Variabel tetap : 1.
Kecepatan pengadukan = 300 rpm [17] 2.
Suhu reaksi = 60
o
C [18] 3. Berat mesokarp buah sawit = 2 gram b.
Variabel berubah : 1.
Waktu reaksi = 8, 16, 24 jam [19] 2.
Jumlah katalis novozym 435 = 5%, 10%, 15% [20] 3. Rasio mol mesokarp : DMC = 1:50, 1:60, 1:7
[17] Parameter yang dianalisis pada bahan baku mesokarp buah sawit meliputi analisis komposisi asam lemak dan analisis kadar minyak. Analisis produk biodiesel yang dilakukan : 1.
Analisis kemurnian biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan GCMS.
2. Analisis viskositas biodiesel menggunakan metode tes ASTM D 445 3.
Analisis densitas biodiesel menggunakan metode tes OECD 109