(DMC) DENGAN MENGGUNAKAN NOVOZYM ® 435

HASIL DAN PEMBAHASAN

(DMC) DENGAN MENGGUNAKAN NOVOZYM ® 435

Pada penelitian ini terdapat 4 variabel bebas yaitu rasio molar DMC/ALSD (x1), suhu reaksi (x2), waktu reaksi (x3) dan jumlah katalis Novozym^®435 (x4). Dengan menggunakan Response Surface Methodology-Central Composite Design (RSM-CCD) akan dilihat pengaruh dari keempat variabel tersebut terhadap yield (Y) biodiesel yang dihasilkan beserta kondisi pembuatan biodiesel yang optimum. Yield biodiesel dari berbagai perlakuan ditunjukkan dalam Tabel 4.2.

Tabel 4.3 Hasil Yield Biodiesel dari Berbagai Perlakuan

Run Rasio Molar DMC/ALSD (mol/mol) Suhu Reaksi (^oC) Waktu Reaksi (jam) Jumlah Biokatalis (%-b) Yield (%) x1 x2 x3 x4 Y 1 4,5:1 50 1,5 5 49,8784 2 7,5:1 50 1,5 5 64,1937 3 4,5:1 70 1,5 5 41,9893 4 7,5:1 70 1,5 5 62,0407 5 4,5:1 50 2,5 5 59,1495 6 7,5:1 50 2,5 5 64,9283 7 4,5:1 70 2,5 5 44,9652 8 7,5:1 70 2,5 5 79,3304 9 4,5:1 50 1,5 15 54,6406 10 7,5:1 50 1,5 15 66,8529 11 4,5:1 70 1,5 15 50,2005 12 7,5:1 70 1,5 15 63,2407 13 4,5:1 50 2,5 15 60,6113 14 7,5:1 50 2,5 15 69,0934 15 4,5:1 70 2,5 15 55,3147 16 7,5:1 70 2,5 15 64,1326 17 3,0:1 60 2,0 10 38,1460 18 9,0:1 60 2,0 10 44,5511 19 6,0:1 40 2,0 10 61,7335 20 6,0:1 80 2,0 10 63,7357 21 6,0:1 60 1,0 10 75,1570 22 6,0:1 60 3,0 10 95,6071 23 6,0:1 60 2,0 0 43,8898 24 6,0:1 60 2,0 20 49,8728 25 6,0:1 60 2,0 10 79,8159 26 6,0:1 60 2,0 10 81,8601 27 6,0:1 60 2,0 10 77,6837

Pengaruh keempat variabel penelitian (x1, x2, x3 dan x4) terhadap yield diolah dengan menggunakan software STATISTICA trial version (StatSoft, Indonesia) dan disajikan pada tabel 4.3 dan 4.4 berikut:

Tabel 4.4 Analysis of Variance (ANOVA) terhadap Yield

Sumber Variasi SS Df MS F

Model 4690,484 14 335,0346 10,1514

Residual 0396,044 12 033,0037

Total 5086,528 26

Tabel 4.5 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik

Term Coef SE Coef T P

Intercept –233,618 087,9424 –2,6565 0,0209 X1 0048,725 009,7957 04,9741 0,0003 X2 0003,968 001,7273 02,2970 0,0404 X3 0–17,069 029,3870 –0,5808 0,5721 X4 0009,821 002,5799 003,80690 0,0025 X1² 00–4,247 000,5528 –7,6826 0,0001 X2² 00–0,042 000,0124 –3,3840 0,0054 X₃² 0005,811 004,9752 –1,1680 0,2655 X₄² 00–0,327 000,0498 –6,5705 0,0001 X₁X₂ 0000,148 000,0958 01,5443 0,1485 X₁X₃ 00–0,181 001,9150 –0,0947 0,9262 X₁X₄ 00–0,266 000,1915 –1,3907 0,1896 X₂X₃ 0000,101 000,2872 00,3505 0,7320 X2X4 00–0,011 000,0287 –0,3693 0,7184 X₃X₄ 00–0,401 000,5745 –0,6986 0,4981 R-Sq = 92,21%; R-Sq(adj) = 83,13%; P-Value = <0,0001.

Berdasarkan hasil analisis statistik pada kedua tabel di atas, dapat dilihat bahwa rasio molar DMC/ALSD memberikan pengaruh terbesar yaitu 48,725 kali terhadap yield biodiesel yang dihasilkan. Diikuti dengan pengaruh jumlah biokatalis dan suhu reaksi masing-masing sebesar 9,821 dan 3,968 kali. Interaksi

antara rasio molar DMC/ALSD dan temperatur reaksi serta interaksi antara temperatur reaksi dan waktu reaksi juga memberikan pengaruh sebesar 0,148 dan 0,101 kali terhadap yield biodiesel yang dihasilkan.

Nilai R² sebesar 92,21% menunjukkan validitas untuk variabel terikat. Artinya ketiga variabel tersebut, rasio molar DMC/ALSD, suhu reaksi dan jumlah katalis enzim berpengaruh secara signifikan. Sedangkan, waktu reaksi tidak berpengaruh secara signifikan pada persentase yield biodiesel yang dihasilkan.

Berdasarkan hasil analisis metode respon permukaan dengan level terkode, diperoleh hubungan % yield dengan keempat variabel yaitu sebagai berikut:

Yield (%) = –233,618 + 48,725X₁+ 3,968X₂ – 17,069X₃ + 9,821X₄ – 4,247X₁² – 0,042X2² + 5,811X3² – 0,327X4² + 0,148X1X2 – 0,181X1X3 – 0,266X1X4 + 0,101X2X3– 0,011X2X4– 0,401X3X4

Dimana x1, x2, x3, dan x4 secara berturut-turut merupakan rasio molar DMC/ALSD, suhu reaksi, waktu reaksi dan jumlah katalis enzim. Hubungan interaksi antar faktor yang signifikan memiliki nilai P lebih kecil dari 0,05 (P-Value > 0,05) [76].

Pada tabel 4.4 ditunjukkan perkiraan parameter model persamaan statistik variabel penelitian terhadap persentase yield. Dari tabel 4.4 tersebut, diperoleh lima parameter dengan nilai P lebih kecil dari 0,05 sehingga regresi dapat dinyatakan signifikan. Oleh karena itu, keempat variabel penelitian tersebut pengaruhnya cukup signifikan pada persentase yield biodiesel yang dihasilkan.

Persentase yield biodiesel yang tinggi diperoleh pada rasio molar DMC/ALSD dan jumlah biokatalis yang tinggi sedangkan suhu dan waktu reaksi tidak begitu berpengaruh. Dari hasil ANOVA dapat dilihat bahwa interaksi antara keempat variabel tidak terlalu signifikan. Interaksi faktor yang paling signifikan adalah antara rasio molar DMC/ALSD dan temperatur reaksi.

Plot secara kontur hubungan tersebut ditunjukkan pada gambar 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 dan 4.7.

Gambar 4.2a 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 Kontur %Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Waktu Reaksi 2 Jam dan Jumlah Biokatalis

10% dari Berat ALSD

Gambar 4.2 menunjukkan bahwa rasio molar DMC/ALSD lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan dibandingkan dengan suhu reaksi pada waktu reaksi dan jumlah biokatalis masing-masing 2 jam dan 10% dari berat ALSD. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi rasio molar DMC/ALSD maka yield biodiesel akan

S u h u Re ak si , o C

semakin meningkat, akan tetapi yield biodiesel menurun kembali saat rasio molar DMC/ALSD yang digunakan sekitar 6:1.

Su et al (2007) meneliti bahwa pada rasio molar DMC/minyak yang rendah akan menghasilkan %yield metil ester yang rendah pula. Dimana, jumlah DMC yang digunakan belum mencapai batas optimum untuk menghasilkan reaksi transesterifikasi yang sempurna. Hal yang sama juga diteliti oleh Silva et al (2011) yaitu reaksi pembuatan biodiesel tidak sempurna untuk molar rasio alkohol/minyak dibawah 6:1 [8,77].

Akan tetapi, apabila rasio molar DMC/minyak telah melebihi batas optimum, maka metil ester yang dihasilkan akan menurun. Ini dapat disebabkan kelebihan substrat DMC yang dapat menghalangi kerja enzim terutama apabila alkohol tidak larut dalam campuran reaksi [8,61].

Gambar 4.3a 3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi 60 ^oC dan Jumlah Biokatalis

Gambar 4.3b Kontur %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi 60 ^oC dan Jumlah Biokatalis

10% dari Berat ALSD

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa kedua variabel yaitu waktu reaksi maupun rasio molar DMC/ALSD menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan pada suhu reaksi dan jumlah biokatalis masing-masing 60 ^oC jam dan 10% dari berat ALSD. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi rasio molar DMC/ALSD yang digunakan maka yield biodiesel akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya waktu reaksi, akan tetapi yield biodiesel menurun kembali saat rasio molar DMC/ALSD yang digunakan melebihi 6:1.

Pada waktu reaksi sekitar 1 jam dengan rasio molar DMC/ALSD sekitar 6:1 dapat memberikan %yield yang tinggi juga. Sehingga, rasio molar DMC/ALSD lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield dibandingkan waktu reaksi.

Gambar 4.4a 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 Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis Dengan Rasio Molar DMC/ALSD Pada Suhu Reaksi 60 ^oC dan Waktu Reaksi 2 Jam

Gambar 4.4 menunjukkan bahwa rasio molar DMC/ALSD lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan

Ju m lah B io k at ali s, %b er at

dibandingkan dengan jumlah biokatalis pada suhu dan waktu reaksi masing-masing 60 ^oC dan 2 jam. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin tinggi rasio molar DMC/ALSD maka yield biodiesel akan semakin meningkat, akan tetapi yield biodiesel menurun kembali saat rasio molar DMC/ALSD yang digunakan sekitar 6:1.

Akan tetapi, apabila rasio molar DMC/minyak telah melebihi 6:1, maka metil ester yang dihasilkan akan menurun. Ini dapat disebabkan kelebihan substrat DMC yang dapat menghalangi kerja enzim terutama apabila alkohol tidak larut dalam campuran reaksi [8,61].

Gambar 4.5a 3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Waktu Reaksi Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan Jumlah Biokatalis 10% dari Berat

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

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa waktu reaksi lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan dibandingkan dengan temperatur reaksi pada rasio molar DMC/ALSD dan jumlah katalis enzim masing-masing 6:1 dan 10% dari berat ALSD. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin lama waktu reaksi maka yield biodiesel akan semakin meningkat seiring dengan kenaikan temperatur reaksi.

Temperatur merupakan faktor yang sangat penting terhadap aktivitas enzim. Pada umumnya, kecepatan reaksi akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Akan tetapi, temperatur reaksi tidak melebihi titik didih dari alkohol yang digunakan. Biasanya, transesterifikasi enzimatik terjadi pada suhu rendah antara 25-60 ^oC [31,66].

Pada suhu reaksi yang rendah, enzim tidak akan bekerja secara optimal untuk mengubah semua reaktan menjadi produk sebaliknya pada suhu reaksi yang tinggi dapat menurunkan viskositas minyak dan mengurangi waktu reaksi, namun diatas tingkat yang optimal produksi biodiesel akan menurun [78,79].

Sebagian besar lipase memiliki waktu rentang suhu optimum. Suhu optimum tergantung pada stabilitas enzim, perbandingan rasio molar alkohol dan minyak serta jenis pelarut organik [80]. Jika suhu melebihi suhu optimal maka aktivitas enzim akan menurun karena mengalami denaturasi [81].

Wak tu Re ak si , j am Suhu Reaksi, ^oC

Gambar 4.6a 3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan Waktu Reaksi 2 Jam

Gambar 4.6 Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis Dengan Suhu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan Waktu Reaksi 2 Jam

Gambar 4.6 menunjukkan bahwa jumlah katalis enzim lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan dibandingkan dengan temperatur reaksi pada rasio molar DMC/ALSD dan waktu reaksi masing-masing 6:1 dan 2 jam. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin besar jumlah katalis enzim yang digunakan maka yield biodiesel akan semakin meningkat seiring dengan kenaikan temperatur reaksi. Namun, yield biodiesel

Ju m lah B io k at ali s, %b er at Suhu Reaksi, ^oC

menurun kembali saat jumlah katalis enzim yang digunakan mencapai 10% dari berat minyak.

Semakin tinggi jumlah katalis akan meningkatkan laju reaksi biodiesel, tetapi ada batas di mana penambahan enzim tidak mengubah laju pembentukan produk lagi sehingga penambahan katalis menyebabkan proses yang tidak ekonomis [62]. Selain itu, pembentukan sabun sering terjadi pada jumlah katalis yang tinggi [52].

Gambar 4.7a 3-D Surface %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis Dengan Waktu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan Suhu Reaksi 60 ^oC

Gambar 4.7b Kontur %Yield Biodiesel untuk Jumlah Biokatalis Dengan Waktu Reaksi Pada Rasio Molar DMC/ALSD 6:1 dan Suhu Reaksi 60 ^oC

Ju m lah b io k at ali s, %b er at

Gambar 4.7 menunjukkan bahwa kedua variabel yaitu jumlah biokatalis maupun waktu reaksi menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield biodiesel yang dihasilkan pada raasio molar DMC/ALSD dan suhu reaksi masing-masing 6:1 dan 60 ^oC. Dari plot kontur di atas dapat dilihat bahwa semakin lama waktu reaksi maka yield biodiesel akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah biokatalis.

Pada waktu reaksi 3 jam dan jumlah biokatalis sebesar 10% dari berat ALSD dapat menghasilkan biodiesel dengan %yield biodiesel yang tinggi yaitu sebesar 95,61%. Sehingga, waktu reaksi lebih menunjukkan pengaruh yang signifikan terhadap %yield dibandingkan jumlah biokatalis.

Peningkatan yield metil ester dapat disebabkan oleh bertambahnya waktu reaksi. Pertama-tama, reaksi berjalan lambat sesuai dengan kecepatan pengadukan dan pendispersian alkohol serta minyak. Setelah itu, reaksi tersebut akan berjalan sangat cepat sampai mencapai konversi ester maksimum yaitu sekitar 3 jam [82,83].

Setelah mencapai waktu reaksi 3 jam. Penambahan waktu reaksi tidak mempengaruhi penambahan yield metil ester, Al-Widyan dan Al-Shyoukh (2002) meneliti bahwa ketika waktu reaksi meningkat, berat jenis produk menurun secara eksponensial sehingga dapat menurunkan ester [65]. Selain itu, waktu reaksi juga menjadi faktor penting untuk mengurangi biaya produksi. Pada dasarnya, reaksi transesterifikasi enzimatis dilakukan dengan waktu reaksi diantara 7 jam – 48 jam [66].

4.3 VALIDASI MODEL

Ketetapan R² diteliti dengan tujuan untuk menguji ketepatan model. Dalam kasus ini, nilai observasi terhadap nilai prediksi yield biodiesel memiliki nilai R² sebesar 0,9221 yang mengindikasikan bahwa model ini dapat menjelaskan 92,21% dari validasi model yang dapat dilihat pada gambar 4.8. Nilai observasi yield biodiesel ditunjukkan dalam bentuk titik-titik pada gambar, sedangkan nilai prediksi yield ditunjukkan dalam garis linear.

Gambar 4.8 Hubungan Nilai Observasi dengan Nilai Prediksi dari Run 1 Sampai 27

Dari gambar 4.8 dapat dilihat nilai %yield biodiesel yang didapatkan tidak jauh berbeda dengan %yield biodiesel yang diprediksi. Dalam hal ini dapat dilihat bahwa nilai optimum %yield biodiesel terdapat pada run 22 yaitu sebesar 95,6071% dengan rasio molar DMC/ALSD 6:1, suhu reaksi 60 ^oC, waktu reaksi 3 jam dan jumlah biokatalis 10% dari berat ALSD.

Nilai Pr ed ik si Nilai Observasi

BAB V

Dalam dokumen Optimasi Proses Pembuatan Biodiesel Dari Bahan Baku Asam Lemak Sawit Distilat (ALSD) dan Dimethyl Carbonate (DMC) dengan Menggunakan Katalis Novozym®435 (Halaman 46-59)