Sintesis Biodiesel Dari Refined, Bleached and Deodorized Palm Oil (RBDPO) Menggunakan Co-Solvent Deep Eutectic Solvent (DES)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman ini, teknologi yang ramah lingkungan mendapat perhatian
penting dalam bidang kimia, hal ini bertujuan untuk melestarikan lingkungan dan
mengurangi pengaruh negatif dari penggunaannya. Teknologi yang ramah
lingkungan membantu pengurangan penggunaan media yang berbahaya dengan
mengendalikan sifat fisik media, seperti suhu dan tekanan [1].
Dengan munculnya teknologi yang ramah lingkungan tersebut, banyak
peneliti yang tertarik pada pengembangan pelarut organik yang ramah lingkungan
[2]. Selama beberapa dekade terakhir, cairan ionik/ionic liquids (ILs) adalah salah
satu pelarut organik ramah lingkungan yang banyak menarik perhatian karena
memiliki sifat fisik yang unik, yaitu titik lebur yang rendah, volatilitas yang rendah,
stabilitas termal yang tinggi, polaritas tinggi, kemampuan perangsangan yang baik,
sesuai untuk berbagai macam kelarutan dan memiliki kemampuan yang baik untuk
penggunaan kembali [3,4]. Namun, terdapat masalah dalam penggunaan ILs secara
luas, yaitu biaya tinggi, masalah pemurnian, toksisitas dan biodegradabilitas yang
rendah [3,2]. Hal ini menyebabkan ILs tidak tersedia untuk skala industri dan biaya
sintesisnya yang tinggi menjadi kendala penggunaannya secara luas dalam industri
[5,6].
Baru-baru ini, pelarut alternatif untuk ILs telah ditemukan, yaitu deep
eutectic solvent (DES) [5]. DES memiliki kelebihan dalam hal biaya dan dampak
lingkungan dibandingkan dengan ILs serta sintesisnya telah banyak dikembangkan
[7]. DES disintesis dari campuran garam halida organik dengan suatu senyawa
organik sebagai donor ikatan hidrogen/hydrogen bond donor (HBD) yang mampu
membentuk ikatan hidrogen dengan ion halida [8]. DES sedang banyak digunakan
dalam penelitian dan industri karena potensinya sebagai pelarut yang ramah
lingkungan, tidak toksik, tidak reaktif dengan air, biodegradable, titik leleh rendah
dan sintesisnya mudah dan murah untuk menghasilkan DES dengan kemurnian yang
tinggi [8,9]. DES telah diterapkan di berbagai bidang termasuk sebagai katalis dalam
bidang biologi, sintesis organik, pembubaran dan proses ekstraksi, bahan kimia dan
1
Universitas Sumatera Utara
elektrokimia [9]. Selain itu, DES saat ini banyak diterapkan dalam bidang sintesis
biodiesel, seperti sebagai pelarut dalam penghilangan katalis dari biodiesel [6],
sebagai pelarut dalam penghilangan gliserol dari biodiesel [8], sebagai media dalam
reaksi enzimatik sintesis biodiesel [10] dan sebagai co-solvent dalam sintesis
biodiesel [11].
Shahbaz, dkk.,(2011) telah melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride (ChCl) dan methyltriphenylphosphonium bromide (MTPB) sebagai garam
halida organik serta gliserol, ethylene glycol dan 2,2,2-trifluoroacetamide sebagai
donor ikatan hidrogen menjadi pelarut dalam pemurnian biodiesel dari katalis basa
KOH. Efisiensi penyisihan KOH rata-rata masing-masing 98,59% dan 97,57% untuk
DES ChCl: gliserol dan MTPB: gliserol. Hasil penelitian menunjukkan DES
berpotensi digunakan sebagai pelarut untuk pemurnian biodiesel dari katalis kimia
yang digunakan [6].
Shahbaz, dkk.,(2012) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride (ChCl) dan methyltriphenylphosphonium bromide (MTPB) sebagai garam
halida organik serta gliserol, ethylene glycol dan 2,2,2-trifluoroacetamide sebagai
donor ikatan hidrogen yang digunakan menjadi pelarut dalam pemurnian biodiesel
dari gliserol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa DES berbasis gliserol sebagai
ikatan donor hidrogen memiliki efisiensi removal yang lebih rendah dan DES
berbasis phosphunium sebagai garam halida organik jauh lebih efisien [8].
Zhao, dkk.,(2013) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride/gliserol (1:2) dalam reaksi enzimatik sintesis biodiesel. Hasil penelitian
menunjukkan konversi trigliserida mencapai 88 % dalam waktu 24 jam [10].
Gu, dkk.,(2015) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride/gliserol (1:2) menjadi co-solvent dalam sintesis biodiesel menggunakan
NaOH sebagai katalis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fatty acid methyl ester
(FAME) dapat diperoleh hingga yield 98 %[11]. Selain itu, penggunaan DES sebagai
co-solvent dalam sintesis biodiesel ini memiliki kelebihan, seperti meminimalkan
jumlah penggunaan pelarut volatil (metanol), mempercepat dan memudahkan
pemurnian biodiesel yang diperoleh. Dimana, saat ini sumber energi alternatif telah
menjadi perhatian besar dan menyebabkan banyak negara di seluruh dunia
mendorong penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar transportasi [12,13]. Hal
2
Universitas Sumatera Utara
tersebut terjadi karena selama dekade terakhir konsumsi minyak dunia meningkat,
sehingga dunia berada di ambang krisis energi [12].
Berdasarkan beberapa penggunaan deep eutectic solvent (DES) dalam bidang
biodiesel, maka peneliti berminat untuk mengaplikasikan DES berbasis ChCl sebagai
garam halida dengan golongan sakarida (glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai
HBD menjadi co-solvent dalam sintesis biodiesel dari minyak sawit (RBDPO).
1.2 Rumusan Masalah
Baru-baru ini, penggunaan deep eutectic solvent (DES) dalam sintesis
biodiesel semakin meningkat, salah satunya sebagai co-solvent. Penggunaan DES
sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel ini memiliki kelebihan, seperti
meminimalkan jumlah penggunaan pelarut volatil (metanol), mempercepat dan
memudahkan pemurnian biodiesel yang diperoleh. Oleh sebab itu, perlu diteliti
penggunaan DES berbasis ChCl sebagai garam halida dengan golongan sakarida
(glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai HBD menjadi co-solvent dalam sintesis
biodiesel dari minyak sawit (RBDPO).
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengamati pengaruh konsentrasi DES sebagai co-solvent dalam sintesis
biodiesel terhadap yield biodiesel yang diperoleh
2. Mengamati pengaruh jenis HBD DES terhadap yield biodiesel yang diperoleh
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:
1. Memberikan alternatif pelarut ramah lingkungan dalam sintesis biodiesel
2. Memberikan informasi mengenai DES berbasis ChCl sebagai garam halida
dengan golongan sakarida (glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai HBD
dapat digunakan sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 Ruang Lingkup
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan.
2. Bahan baku yang digunakan adalah deep eutectic solvent (DES) berbasis
choline chloride (ChCl) sebagai garam halida dengan glukosa (C6H12O6) dan
etilen glikol (C2H6O2) sebagai HBD, kalium hidroksida (KOH), metanol
(CH3OH) dan minyak sawit (RBDPO).
3. Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan kondisi
reaksi:
a. Variabel tetap
• Rasio molar metanol :RBDPO = 6:1
• Konsentrasi katalis KOH = 1 % wt
[14]
• Suhu = 60 0C
[14]
• Kecepatan pengadukan = 600 rpm
[14]
• Waktu = 1 jam
[14]
[14]
b. Variabel bebas
• Jenis DES = ChCl:glukosa dan ChCl:etilen glikol
• Konsentrasi DESs = 0; 1; 5; 10; 15; 20 %, wt
[11]
4. Analisis yang dilakukan adalah:
a. Analisis komposisi bahan baku minyak sawit (RBDPO) dengan
menggunakan GCMS
b. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku minyak sawit
(RBDPO)
c. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan
GCMS
d. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D
445
e. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes OECD 109
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman ini, teknologi yang ramah lingkungan mendapat perhatian
penting dalam bidang kimia, hal ini bertujuan untuk melestarikan lingkungan dan
mengurangi pengaruh negatif dari penggunaannya. Teknologi yang ramah
lingkungan membantu pengurangan penggunaan media yang berbahaya dengan
mengendalikan sifat fisik media, seperti suhu dan tekanan [1].
Dengan munculnya teknologi yang ramah lingkungan tersebut, banyak
peneliti yang tertarik pada pengembangan pelarut organik yang ramah lingkungan
[2]. Selama beberapa dekade terakhir, cairan ionik/ionic liquids (ILs) adalah salah
satu pelarut organik ramah lingkungan yang banyak menarik perhatian karena
memiliki sifat fisik yang unik, yaitu titik lebur yang rendah, volatilitas yang rendah,
stabilitas termal yang tinggi, polaritas tinggi, kemampuan perangsangan yang baik,
sesuai untuk berbagai macam kelarutan dan memiliki kemampuan yang baik untuk
penggunaan kembali [3,4]. Namun, terdapat masalah dalam penggunaan ILs secara
luas, yaitu biaya tinggi, masalah pemurnian, toksisitas dan biodegradabilitas yang
rendah [3,2]. Hal ini menyebabkan ILs tidak tersedia untuk skala industri dan biaya
sintesisnya yang tinggi menjadi kendala penggunaannya secara luas dalam industri
[5,6].
Baru-baru ini, pelarut alternatif untuk ILs telah ditemukan, yaitu deep
eutectic solvent (DES) [5]. DES memiliki kelebihan dalam hal biaya dan dampak
lingkungan dibandingkan dengan ILs serta sintesisnya telah banyak dikembangkan
[7]. DES disintesis dari campuran garam halida organik dengan suatu senyawa
organik sebagai donor ikatan hidrogen/hydrogen bond donor (HBD) yang mampu
membentuk ikatan hidrogen dengan ion halida [8]. DES sedang banyak digunakan
dalam penelitian dan industri karena potensinya sebagai pelarut yang ramah
lingkungan, tidak toksik, tidak reaktif dengan air, biodegradable, titik leleh rendah
dan sintesisnya mudah dan murah untuk menghasilkan DES dengan kemurnian yang
tinggi [8,9]. DES telah diterapkan di berbagai bidang termasuk sebagai katalis dalam
bidang biologi, sintesis organik, pembubaran dan proses ekstraksi, bahan kimia dan
1
Universitas Sumatera Utara
elektrokimia [9]. Selain itu, DES saat ini banyak diterapkan dalam bidang sintesis
biodiesel, seperti sebagai pelarut dalam penghilangan katalis dari biodiesel [6],
sebagai pelarut dalam penghilangan gliserol dari biodiesel [8], sebagai media dalam
reaksi enzimatik sintesis biodiesel [10] dan sebagai co-solvent dalam sintesis
biodiesel [11].
Shahbaz, dkk.,(2011) telah melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride (ChCl) dan methyltriphenylphosphonium bromide (MTPB) sebagai garam
halida organik serta gliserol, ethylene glycol dan 2,2,2-trifluoroacetamide sebagai
donor ikatan hidrogen menjadi pelarut dalam pemurnian biodiesel dari katalis basa
KOH. Efisiensi penyisihan KOH rata-rata masing-masing 98,59% dan 97,57% untuk
DES ChCl: gliserol dan MTPB: gliserol. Hasil penelitian menunjukkan DES
berpotensi digunakan sebagai pelarut untuk pemurnian biodiesel dari katalis kimia
yang digunakan [6].
Shahbaz, dkk.,(2012) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride (ChCl) dan methyltriphenylphosphonium bromide (MTPB) sebagai garam
halida organik serta gliserol, ethylene glycol dan 2,2,2-trifluoroacetamide sebagai
donor ikatan hidrogen yang digunakan menjadi pelarut dalam pemurnian biodiesel
dari gliserol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa DES berbasis gliserol sebagai
ikatan donor hidrogen memiliki efisiensi removal yang lebih rendah dan DES
berbasis phosphunium sebagai garam halida organik jauh lebih efisien [8].
Zhao, dkk.,(2013) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride/gliserol (1:2) dalam reaksi enzimatik sintesis biodiesel. Hasil penelitian
menunjukkan konversi trigliserida mencapai 88 % dalam waktu 24 jam [10].
Gu, dkk.,(2015) juga melaporkan penggunaan DES berbasis choline
chloride/gliserol (1:2) menjadi co-solvent dalam sintesis biodiesel menggunakan
NaOH sebagai katalis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fatty acid methyl ester
(FAME) dapat diperoleh hingga yield 98 %[11]. Selain itu, penggunaan DES sebagai
co-solvent dalam sintesis biodiesel ini memiliki kelebihan, seperti meminimalkan
jumlah penggunaan pelarut volatil (metanol), mempercepat dan memudahkan
pemurnian biodiesel yang diperoleh. Dimana, saat ini sumber energi alternatif telah
menjadi perhatian besar dan menyebabkan banyak negara di seluruh dunia
mendorong penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar transportasi [12,13]. Hal
2
Universitas Sumatera Utara
tersebut terjadi karena selama dekade terakhir konsumsi minyak dunia meningkat,
sehingga dunia berada di ambang krisis energi [12].
Berdasarkan beberapa penggunaan deep eutectic solvent (DES) dalam bidang
biodiesel, maka peneliti berminat untuk mengaplikasikan DES berbasis ChCl sebagai
garam halida dengan golongan sakarida (glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai
HBD menjadi co-solvent dalam sintesis biodiesel dari minyak sawit (RBDPO).
1.2 Rumusan Masalah
Baru-baru ini, penggunaan deep eutectic solvent (DES) dalam sintesis
biodiesel semakin meningkat, salah satunya sebagai co-solvent. Penggunaan DES
sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel ini memiliki kelebihan, seperti
meminimalkan jumlah penggunaan pelarut volatil (metanol), mempercepat dan
memudahkan pemurnian biodiesel yang diperoleh. Oleh sebab itu, perlu diteliti
penggunaan DES berbasis ChCl sebagai garam halida dengan golongan sakarida
(glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai HBD menjadi co-solvent dalam sintesis
biodiesel dari minyak sawit (RBDPO).
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengamati pengaruh konsentrasi DES sebagai co-solvent dalam sintesis
biodiesel terhadap yield biodiesel yang diperoleh
2. Mengamati pengaruh jenis HBD DES terhadap yield biodiesel yang diperoleh
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah:
1. Memberikan alternatif pelarut ramah lingkungan dalam sintesis biodiesel
2. Memberikan informasi mengenai DES berbasis ChCl sebagai garam halida
dengan golongan sakarida (glukosa) dan alkohol (etilen glikol) sebagai HBD
dapat digunakan sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 Ruang Lingkup
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan.
2. Bahan baku yang digunakan adalah deep eutectic solvent (DES) berbasis
choline chloride (ChCl) sebagai garam halida dengan glukosa (C6H12O6) dan
etilen glikol (C2H6O2) sebagai HBD, kalium hidroksida (KOH), metanol
(CH3OH) dan minyak sawit (RBDPO).
3. Reaksi transesterifikasi untuk sintesis biodiesel dilakukan dengan kondisi
reaksi:
a. Variabel tetap
• Rasio molar metanol :RBDPO = 6:1
• Konsentrasi katalis KOH = 1 % wt
[14]
• Suhu = 60 0C
[14]
• Kecepatan pengadukan = 600 rpm
[14]
• Waktu = 1 jam
[14]
[14]
b. Variabel bebas
• Jenis DES = ChCl:glukosa dan ChCl:etilen glikol
• Konsentrasi DESs = 0; 1; 5; 10; 15; 20 %, wt
[11]
4. Analisis yang dilakukan adalah:
a. Analisis komposisi bahan baku minyak sawit (RBDPO) dengan
menggunakan GCMS
b. Analisis kadar Free Fatty Acid (FFA) bahan baku minyak sawit
(RBDPO)
c. Analisis komposisi biodiesel yang dihasilkan dengan menggunakan
GCMS
d. Analisis viskositas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes ASTM D
445
e. Analisis densitas biodiesel yang dihasilkan dengan metode tes OECD 109
4
Universitas Sumatera Utara