MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

(1)

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm

Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF

6

])

SKRIPSI

Oleh

NUR SRI RAHAYU

100405012

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm

Oil)UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYMETL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF

6

])

SKRIPSI

Oleh

NUR SRI RAHAYU

100405012

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF

6

])

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku

Medan, 27 Februari 2015

(4)

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

REAKSI TRANSESTERIFIKASI DPO (Degummed Palm Oil)

UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT

MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM DALAM

PELARUT IONIC LIQUID1-Butyl-3-

Methylimidazolium Hexafluorophosphate

([BMIM][PF

6

])

dibuatsebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Mengetahui,

Koordinator Skripsi

Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002

Medan, Maret 2015 Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung, MT NIP. 19681214 199702 2 002

Dosen Penguji I

Dr.Ir. Taslim, MSi

NIP. 19650115 1990031 002

Dosen Penguji II

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWTatas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Reaksi Transesterifikasi DPO (Degummed Palm Oil) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme dalam Pelarut Ionic Liquid1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate ([Bmim][Pf6])” 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 Crude Palm Oil (CPO) 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 banyakmendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis.Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasihdan penghargaan yang sebesar-besarnya kepadaIbu 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, Maret 2015 Penulis,

(6)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis tercinta, Sugeng dan Sukartiserta adik-adik tercinta, Muhammad Ikhsan dan Asyifa Nur Fahira yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini.

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

3. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Mhd. Hendra S. Ginting, ST MT 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. Rosdanelli Hasibuan, MT 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. Aira Darusmy atas kerjasamanyayang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

10.Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, DJLAWR (Didim, Inda, Liza, Juli, Pakcik Ricky), dan semua stambuk 2010 serta senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Nur Sri Rahayu

NIM : 100405012

Tempat, tanggal lahir : Aeknabara, 11 Sept 1992 Nama orang tua : Sugeng dan Sukarti

Alamat orang tua : Teluk Panji III, Labuhan Batu Selatan

Asal Sekolah:

 SDN 118399 Teluk Panji III tahun 1998-2004

 MTs Al-Hidayah Teluk Panji IV tahun 2004 – 2007

 SMA Swasta Aeknabara tahun 2007 – 2010 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Anggota Pengembangan Bakat dan Minat (BAKMI).

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bidang Hubungan Masyarakat (HUMAS)

(8)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv

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 xvii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN 2

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 MINYAK KELAPA SAWIT 5

2.1.1 Pengolahan Buah Sawit Menjadi CPO 6 2.1.2 CPO sebagai Bahan Baku Biodiesel 7

2.2 MEKANISME KERJA ENZIM 8

2.2.1 Enzim sebagai Katalis 8

2.2.2 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik 11

2.3 BIODIESEL 12

2.4 PROSES PRODUKSI BIODIESEL 13

2.4.1

Reaksi Transesterifikasi 15

2.5 CAIRAN IONIK SEBAGAI PELARUT PADA ENZIMATIS

BIODIESEL 16 2.6 PELARUT DALAM SINTESIS BIODIESEL 17

2.6.1 Cairan Ionik (Ionic Liquid) 17 2.6.2 Penggunaan Ulang terhadap Cairan Ionik 18

2.6.3 [BMIM PF6] 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 22

3.1 LOKA

SI DAN WAKTU PENELITIAN 22

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 22

3.2.1 Bahan

(9)

3.2.2 Peralat

an Penelitian 22

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 23

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 24

3.4.1 Prosedur Degumming CPO 24

3.4.2 Prosedur Utama 24

3.4.3 Prosedur Analisis 25

3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan 25 Metode Hidrolisis

3.4.3.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 25 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 26 Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan

menggunakan GCMS

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 26 denganMetode Tes ASTM D 445

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 26 Metode Tes OECD 109

3.4 FLOWCHART PENELITIAN 27

3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 27 3.5.2 Flowchart Prosedur Utama 28 3.5.3 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 29 3.5.4 Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 30

dengan Metode Tes AOCS Official MethodCa 5a-40

3.5.5 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 31 Metode Tes ASTM D 445

3.5.6 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 31 Metode Tes OECD 109

BABIV HASIL DAN PEMBAHASAN 32

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU DPO (DEGUMMED PALM OIL) 32 4.2 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP PEROLEHAN YIELD 35 4.3 PENGARUH IL [BMIM (PF6)] TERHADAP KINERJA ENZIM 37 4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME 38

4.5 ANALISIS PRODUK BIODIESEL 39

4.5.1 Analisis Kemurnian Metil eter (%) 39

4.5.2 Analisis Densitas 41

(10)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42

5.1 KESIMPULAN 42

5.2 SARAN 42

DAFTAR PUSTAKA 43

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Crude Palm Oil 6

Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim 8

Gambar 2.3 Mekanisme Enzimatik Produksi FAME 10 Gambar 2.4 Stabilitas Enzim di dalam Cairan Ionik 12 Gambar 2.5 Campuran Reaksi Biodiesel, Gliserol dan Enzim dengan IL

Padat 15

Gambar 2.6SkemadariSintesis Biodiesel dengan Proses Transesterifikasi 16

Gambar 2.7 Struktur Molekul [BMIM][ PF6] 20

Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 27 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 28 Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 29 Hidrolisis

Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 30 CPO

Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 31 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 31 Gambar 4.1 Analisis Kadar FFA terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 32

Degumming

Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 33 CPO

Gambar 4.3 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Perolehan Yield 35 Gambar 4.4 Pengaruh IL [BMIM][ PF6]terhadap Kinerja Enzim 37 Gambar 4.5 Diagram Aktivitas Enzim oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian

dan Setelah Pemakaian IV 38

Gambar L4.1 Proses Degumming CPO 56 Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi 56

Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi 57

Gambar L4.4 Penyaringan Enzim 57

Gambar L4.6 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan Biodiesel 58 dalam Botol

Gambar L4.7 (a) Lipozyme Sebelum Dipakai, (b) Lipozyme Setelah Dipakai, 58 (c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan Lipozyme

dalam Botol

Gambar L4.8Analisis Densitas 59

Gambar L4.9 Analisis Viskositas 59

Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil) 60 Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 61

(Crude Palm Oil)

Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel 62 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

(11)

Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1

Pengulangan II 63

Pebgulangan III 64

Pengulangan IV 64

Pengulangan I 65

Pengulangan II 65

Pegulangan III 66

(12)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Produksi Biodiesel dengan Menggunakan Ionic Liquids 2

Tabel 2.1 Sifat Fisik Cairan Ionik [BMIM][PF6] 20 Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian 23

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 34 Tabel 4.2 KomposisiAsam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 34 Tabel 4.3 Analisis Kemurnian Metil Ester (%) 39 Tabel 4.4 Analisis Densitas Biodiesel 41 Tabel 4.5 Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 41 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 48 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 48 Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 49 Tabel L.2.1Hasil Analisis Densitas Biodiesel 50 Tabel L.2.2Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 50 Tabel L.2.3Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel 50 Tabel L.2.4 Hasil Analisis Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 48

L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 48 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISIS GCMS

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 48 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 49

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 50

L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 50 L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS

KINEMATIKA BIODIESEL 50

L2.3 DATA YIELD DAN TOTAL PENURUNAN YIELD 50 BIODIESEL

L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 51 BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA CPO

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 52

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 52 L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 52 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 52 L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 53 L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 53 L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 54 L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 54 L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA CPO 55 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 56

L4.1 PROSES DEGUMMING CPO 56

L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI 56 L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI 57

L4.4 PENYARINGAN ENZIM 57

L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL 58

L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 58

L4.7 ANALISIS DENSITAS 59

L4.8 ANALISIS VISKOSITAS 59

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISISBAHAN BAKU CPO DAN 60

BIODIESEL

(14)

DAFTAR SINGKATAN

BMIM PF6 Butyl Metylimidazolium Hexafluorophosphate 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

DPO Degummed Palm Oil

ALB Asam Lemak Bebas

RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil FAME Fatty Acid Metyl Ester

ILS Ionic Liquids Solvent IL Ionic Liquid

cSt centistokes

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry PKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit

rpm Rotary per minute

SNI Standar Nasional Indonesia

(15)

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

(16)

ABSTRAK

Salah satu sumber minyak nabati yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel adalah Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) mengandung asam lemak bebas yang relatif tinggi berkisar 3 -5%, sedangkan untuk memproduksi biodiesel asam lemak bebas harus ≤ 2%. Untuk itu, dalam penelitian ini dibutuhkan perlakuan untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas dan menghilangkan pengotor pada minyak sebelum crude palm oil (CPO) 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. Tetapi penggunaan biokatalis lipase memiliki beberapa kelemahan antara lain besarnya biaya enzim dan inaktivasi oleh aseptor asil seperti metanol. Transesterifikasi enzimatik minyak nabati dalam cairan ionik telah dibuktikan dalam memproduksi biodiesel.Cairan ionik sebagaipendukung enzimatik, menciptakan sistem katalitik yang dapat digunakan dalam transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Pada penelitian ini, disajikan hasil penelitian sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) dengan reaksi transesterifikasi (penggunaan methanol sebagai aseptor asil), pemakaian ulang Lipozyme sebagai katalis dalam reaktor batch dan penggunaan cairan ionik 1 butil-3-metilimidazoliumhexafluorophosphate[BMIM][PF6] sebagai pelarut sehingga diperoleh biodiesel sebagai produk, yang dianalisis menggunakan Gas Chromatography (GC). Sebagai kajian dalam penelitian ini, dibahas mengenai pengaruh cairan ionik terhadap kinerja enzim lipase pada pemakaian ulang. Rata-rata penurunan aktivitas enzim lipase terbaik yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebanyak 4,28% dengan cairan ionik dan lypozime setelah digunakan sebanyak 4 kali dengan kondisi rasio molar reaktan 1:3, rasio berat molar CPO dengan cairan ionik 1:1,5, suhu reaksi 45 oC, Lipozyme sebanyak 30% dan waktu reaksi selama 6 jam.

(17)

ABSTRACT

One source of vegetable oils that can be used as raw material for biodiesel is Crude Palm Oil (CPO). Crude palm oil (CPO) contains free fatty acids are relatively high ranging from 3 -5 % , while for biodiesel production of free fatty acids must be ≤ 2%. Therefore, in this study needed treatment to reduce the content of free fatty acids in the oil and remove impurities before crude palm oil (CPO) is used as a raw material for biodiesel. Transesterification reaction is a reaction of alternating relatively slow. To accelerate the reaction and increase the yield, the process is done with good stirring, the addition of 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. But the use of lipase biocatalyst has some disadvantages, among others, the cost and inactivation by the enzyme acyl acceptor such as methanol. Enzymatic transesterification of vegetable oils in ionic liquids has been demonstrated in producing biodiesel . Ionic liquids as a supporter of enzymatic, creating a catalytic system that can be used in the transesterification of oil into biodiesel. In this study, presented the results of research synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) to the transesterification reaction (the use of methanol as an acyl acceptor) , Lipozyme reuse as a catalyst in a batch reactor and the use of the ionic liquid 1 -butyl - 3 - methylimidazolium hexafluorophosphate [ BMIM ][ PF6 ] as a solvent in order to obtain biodiesel as a product, which was analyzed using Gas Chromatography (GC). As the studies in this research, discussed the influence of ionic liquids on the performance of lipase on reuse. Average decrease in lipase activity best obtained in this study is as much as 4.28% with ionic liquids and lypozime after being used as much as 4 times the molar ratio of reactants condition 1 : 3 molar weight ratio of CPO with the ionic liquid 1 : 1.5, reaction temperature 45 ° C, Lipozyme much as 30% and the reaction time of 6 hours .

(18)