PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
MENGGUNAKAN NOVOZYME
®435 UNTUK
MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT
SKRIPSI
Oleh
BUNGA INDAH SARI
110405082
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT
MENGGUNAKAN NOVOZYME
®435 UNTUK
MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT
SKRIPSI
Oleh
BUNGA INDAH SARI
110405082
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN UNTUK MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2015
iv
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Proses Transesterifikasi Minyak Sawit Menggunakan Novozyme® 435 Untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini ditujukan untuk melihat potensi dari minyak sawit sebagai bahan baku dalam proses pembuatan biodiesel. Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada:
1. Ir. Renita Manurung, M.Sc. selaku dosen pembimbing dan koordinator skripsi.
2. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT dan Bode Haryanto, ST, MT. PhD. yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 3. Dr. Eng. Irvan, M.Si. sebagai ketua departmen teknik kimia.
4. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku sekretaris departmen teknik kimia.
5. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan dorongan baik secara material maupun secara moral.
6. Bapak Mariadi atas kerjasama dalam membantu penelitian ini.
v
8. Rahayu Wulandari, selaku partner yang telah membantu penulis bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian
9. Teman-teman angkatan 2011 yang telah menemani penulis dalam menempuh jalan menuju skripsi terutama Nurul, Olyvia, Suci, Rizka, Gusti, Nadia, Dania, Nazif, William dan Fauzy.
10.Sahabat-sahabat terbaik Sausan, Anes, Sara dan Putri yang telah memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
11.Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini, yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu.
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, 2015
Penulis
Bunga Indah Sari
vi
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Jaya Sentosa dan Ibu Misriani
Orang tua dengan perhatian dan kasih sayang yang telah
membesarkan dan mendidikku hingga seperti saat ini.
Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih dan do’a yang
vii
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Bunga Indah Sari
NIM : 110405082
Tempat, tanggal lahir : Medan, 1 Juli 1993
Nama orang tua : Jaya Sentosa dan Misriani Alamat orang tua : Jalan Pancing II, Medan
Asal Sekolah:
SD Swasta Pertiwi tahun 1999-2005 SMP Swasta Al-Ulum tahun 2005 – 2008 SMAN 4 Medan tahun 2008 – 2011 Pengalaman Kerja dan Organisasi:
1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013-2014 sebagai Anggota Pengembangan Bakat dan Minat (BAKMI).
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Bidang Penelitian dan Pengembangant (LITBANG)
3. Asisten Laboratorium Mikrobiologi Teknik Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2015 modul Proses Penanaman Media dan Sterilisasi
Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional:
1. Transesterification of Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) Using Novozym® 435 to Produce Biodiesel pada seminar 28th Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE 2015) in Conjunction with 21st Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2015) yang akan berlangsung di Selangor, Malaysia pada 21-22 Oktober 2015.
viii
ABSTRAK
Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO). Refined
Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) mengandung asam lemak bebas yang
relatif rendah berkisar 1,138% dibandingakan dengan Crude Palm Oil (CPO). Untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas pada minyak harus ≤ 2%. Karena itu, dalam penelitian ini tidak dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum refined
bleached deodorized palm oil (RBDPO) digunakan sebagai bahan baku biodiesel.
Reaksi transesterifikasi merupakan reaksi bolak balik yang relatif lambat. Untuk mempercepat jalannya reaksi dan meningkatkan hasil, proses dilakukan dengan pengadukan yang baik, penambahan katalis dan pemberian reaktan berlebih agar reaksi bergeser ke kanan. Pemilihan katalis dilakukan berdasarkan kemudahan penanganan dan pemisahannya dari produk. Metode enzimatik transesterifikasi memiliki banyak keuntungan seperti kondisi reaksi yang rendah menyebabkan konsumsi energi yang sedikit serta mudah dalam pemisahan produk samping. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Refined Bleached
Deodorized Palm Oil (RBDPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan etanol
sebagai aseptor asil), pemakaian Novozyme® 435 sebagai katalis dalam reaktor
batch sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan
Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai kemungkinan penggunaan Novozyme® 435 dalam sintesis biodiesel berbasis RBDPO. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 0,2336% menggunakan Novozyme® 435 dengan kondisi rasio molar reaktan 1:6 dan 1:9, suhu reaksi 40, 45 dan 50 oC, Novozym® 435 sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 5, 6 dan 7 jam. Hasil terbaik diperoleh pada 7 jam waktu reaksi pada 40 ºC adalah 98,83% dari hasil ester dengan rasio molar RBDPO dan etanol adalah 1: 6 dan dosis katalis adalah 30% (w / w). Berdasarkan hasil, itu menunjukkan bahwa Novozyme® 435 adalah biokatalis baik dalam proses transesterifikasi enzimatik untuk sintesis biodiesel.
ix
ABSTRACT
One source of vegetable oil that can be used as raw material for biodiesel is Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO). Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) contains low free fatty acids ranging from 1.138% than Crude Palm Oil (CPO). To produce biodiesel, free fatty acids in the oil must be ≤ 2%. Therefore, in this study no needed treatment to reduce the content of free fatty acids and removes impurities in the oil before refined bleached deodorized palm oil (RBDPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reversible reaction is relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, adding the catalyst and the provision of excess reactants for the reaction shifts to the right. The selection of the catalyst made by the ease of handling and separation of the product. Enzymatic transesterification method has many advantages such as low reaction conditions lead to less energy consumption.
In this study, reported the results of a biodiesel synthesis Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) by a transesterification reaction (the use of ethanol as an acyl acceptor), Novozyme® 435 use as catalysts in a batch reactor in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography (GC). As the studies in this research, discussed the possible use of Novozyme® 435 in RBDPO based biodiesel synthesis. The average of reduction in lipase activity obtained in this study as many as 0.2336% using Novozyme® 435 with the condition molar ratio of reactants 1: 6 and 1: 9, the reaction temperature of 40, 45 and 50 oC, Novozyme® 435 30 % and reaction time during the 5, 6 and 7 hours. The best results were obtained at 7 hours of reaction time at 40 ºC is 98.83% of the ester with a molar ratio RBDPO and ethanol is 1: 6 and the dose of the catalyst was 30% (w / w). Based on the results, it shows that Novozyme® 435 is a good biocatalyst in enzymatic transesterification process for biodiesel synthesis.
Keywords : Biodiesel, Enzymatic transesterification, Ethanol, Novozyme® 435, RBDPO,
x
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
PENGESAHAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS vii
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR LAMPIRAN xi
DAFTAR SINGKATAN xiii
DAFTAR SIMBOL xv
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 BIODIESEL 4
2.2 TRANSESTERIFIKASI 6
2.2.1 Proses Transesterifikasi Enzimatis 7
2.3 BIOKATALIS 10
2.4 ENZIM LIPASE 11
2.5 NOVOZYME® 435 12
xi
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 15
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 15
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 15
3.2.1 Bahan Penelitian 15
3.2.2 Peralatan 15
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 16
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 17
3.4.1 Prosedur Utama 17
3.4.2 Sketsa Percobaan 17
3.4.3 Prosedur Analisis 18
3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode
Hidrolisis
18
3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku
RBDPO dengan Metode Tes AOCS Official Method
Ca 5a-40
18
3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Trigliserida
Bahan Baku RBDPO dan Biodiesel yang Dihasilkan
Menggunakan GCMS
19
3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
Metode Tes ASTM D 445
19
3.4.3.3 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan
Metode Tes OECD 109
20
3.5 FLOWCHART PERCOBAAN 21
3.5.1 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 21 3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 22 3.5.3 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku RBDPO
dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40
23
3.5.4 AnalisisViskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445
24
3.5.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109
25
xii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 26
4.1 ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO (REFINED BLEACHED
DEODORIZED PALM OIL )
26
4.2 PENGARUH RASIO MOLAR TERHADAP YIELD BIODIESEL 29 4.3 PENGARUH SUHU DAN WAKTU TERHADAP PEROLEHAN
YIELD
30
4.4 MODEL HUBUNGAN ANTARA SUHU, WAKTU DENGAN YIELD
34
4.5 ANALISIS AKTIVITAS ENZYM NOOZYME® 435 36
4.6 ANALISIS PRODUK BIODIESEL 37
4.6.1 Analisis Kemurnian Etil Ester (%) 37
4.6.2 Analisis Densitas 38
4.6.3 Analisis Viskositas Kinematik 39
BAB V KESIMPULAN 40
5.1 KESIMPULAN 40
5.2 SARAN 40
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Trigliserida dengan Alkohol 7 Gambar 2.2 Reaksi Transesterifikasi Enzimatis 9
Gambar 2.3 Mekanisme Kerja Enzim 11
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi RBDPO Menggunakan Novozyme® 435 untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit
17
Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi
21
Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis
22
Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO
23
Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 24 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 25 Gambar 4.1 Perbandingan Kadar FFA dan Kadar Air CPO dan
RBDPO
26
Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak RBDPO
27
Gambar 4.3 Pengaruh Rasio Molar terhadap Yield Bodiesel 29 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada
rasio molar 1:6
30
Gambar 4.5 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada rasio molar 1:9
31
Gambar 4.6 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada rasio molar 1:6
32
Gambar 4.7 Pengaruh Waktu dan Suhu terhadap Perolehan Yield pada rasio molar 1:9
32
Gambar 4.8 Aktivitas Enzim Oleh Novozyme® 435 Sebelum Pemakaian dan Setelah Pemakaian
36
xiv
Gambar L4.1 Bahan BakuRBDPO 57
Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi 57
Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi 58
Gambar L4.4 Penyaringan Enzim 58
Gambar L4.5 Produk Akhir Biodiesel 59
Gambar L4.6 Analisa Aktivitas Enzim 59
Gambar L4.7 Analisis Densitas 60
Gambar L4.8 Analisis Viskositas 60
Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak RBDPO (Refined Bleached Deodorized Palm Oil)
61
xv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Perkembangan Determinan Ekspor CPO di Indonesia 5
Tabel 2.2 Komponen Asam Lemak pada CPO 5
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan untuk Reaksi Transesterifikasi 16 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari RBDPO (Refined Bleached
Deodorized Palm Oil)
28
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada RBDPO
28
Tabel 4.3 Tabel 4.3 Variabel Penelitian 34
Tabel 4.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI 37 Tabel 4.5 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 38 Tabel 4.6 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 39
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak RBDPO 49
Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida RBDPO 50
Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 51 Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel 51 Tabel L2.3 Hasil Analisa Yield Biodiesel 51 Tabel L2.2 Hasil Analisa Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen
Hidrolisa RBDPO
52
Tabel L6.1 Variabel Penelitian 80
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 49
L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 49 BAHAN BAKU RBDPO HASIL ANALISIS GCMS
L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU RBDPO 50 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) RBDPO 50
LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 51
L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 51 L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS
KINEMATIKA BIODIESEL 51
L2.3 DATA YIELD BIODIESEL 51
L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 52 BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA RBDPO
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 53
L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA RBDPO 53
L3.2 PERHITUNGAN KADAR AIR RBDPO 53
L3.3 PERHITUNGAN KEBUTUHAN ETANOL 53
L3.4 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 54 L3.5 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 54
L3.6 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 55
L3.7 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA RBDPO 55
LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 57
L4.1 BAHAN BAKU RBDPO 57
L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI 57
L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI 58
L4.4 PENYARINGAN ENZIM 58
L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL 59
L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 59
L4.7 ANALISIS DENSITAS 60
L4.8 ANALISIS VISKOSITAS 60
xvii
LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO DAN 61 BIODIESEL
L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK
RBDPO 61
L5.2 HASIL ANALISIS BIODIESEL 62
LAMPIRAN 6 DATA MODEL HUBUNGAN 80
xviii
DAFTAR SINGKATAN
ASTM American Society for Testing and Material (ASTM)
OECD Organization for Economic Co-operation
and Development
ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak
BM Berat Molekul
dkk dan kawan-kawan
et al et alia
CPO Crude Palm Oil
ALB Asam Lemak Bebas
RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil
FAME Fatty Acid Metyl Ester
cSt centistokes
FFA Free Fatty Acid
GC Gas Chromatography
GC-MS Gas Chromatography Mass
Spechtrophometry
PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit
rpm Rotary per minute
SNI Standar Nasional Indonesia
xix
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
T Suhu ºC
R Konstanta gas umum cal/gmol K
E Tenaga aktivasi cal/gmol
A Faktor tumbukan
K Konstanta kecepatan reaksi
N Normalitas N
V Volume larutan NaOH
terpakai
ml
M Berat molekul FFA CPO Gr/mol
m Berat Sampel gram
V Volume awal ml
ρ Massa jenis kg/m3
sg Specific Gravity
t Waktu alir s
k Konstanta Alir kg/m.s2
