BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Sistem energi saat ini sangat tergantung pada penggunaan bahan bakar fosil.
Sekitar 80% dari konsumsi energi total dunia telah disediakan oleh bahan bakar fosil
seperti batu bara, gas alam dan minyak. Diperkirakan bahan bakar fosil tersebut akan
habis dalam 50 tahun. Pemanasan global muncul sebagai masalah besar karena
meningkatkan efek gas rumah kaca yang ditimbulkan dari pembakaran bahan bakar
fosil [1,2]. Dalam menghadapi tantangan deplesi cadangan bahan bakar fosil, dan
meningkatnya harga minyak dunia, serta kepedulian lingkungan akibat emisi
senyawa beracun pada pembakarannya, banyak negara di seluruh dunia telah
melakukan inisiatif untuk mempromosikan pengembangan dan penyebaran energi
terbarukan. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki sumber daya
energi terbarukan, sehingga Indonesia berpotensi dalam pengembangan energi
terbarukan [3,4].
Biodiesel merupakan salah satu energi terbarukan yang berpotensi mengganti
bahan bakar fosil. Sifat fisik biodiesel yang mirip dengan diesel, dan fakta bahwa
biodiesel dihasilkan dari bahan baku terbarukan, biodegradable dan kurang beracun,
memiliki profil emisi pembakaran yang lebih menguntungkan dibanding diesel,
seperti emisi karbon monoksida rendah, memiliki titik nyala yang relatif tinggi
(150oC) yang membuatnya lebih stabil dan lebih aman untuk transportasi, serta memberikan sifat pelumas, yang dapat mengurangi keausan mesin dan
memperpanjang umur mesin, telah mengubah biodiesel menjadi alternatif utama
untuk menggantikan diesel [5,6,7].
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
0 5000 10000 15000 20000
Jum
lah
(t
on)
Tahun
berada di Sumatera dan Kalimantan; sisanya terletak di Sulawesi, Jawa dan Pulau
Papua [3,4].
*). Angka sementara
Gambar 1.1 Grafik Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia pada
Tahun 2004-2013 [8]
Grafik diatas menunjukkan produksi minyak kelapa sawit di Indonesia
mengalami peningkatan setiap tahunnya. Oleh karena itu, buah sawit berpotensi
besar dikonversi menjadi biodiesel. Pilihan bahan baku yang murah, mudah tersedia
dan berkelanjutan menjadi langkah penting menuju proses produksi biodiesel secara
ekonomi layak dan berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil.
Metode yang paling umum dari produksi biodiesel adalah transesterifikasi atau
alkoholisis minyak trigliserida dengan alkohol dengan adanya katalis yang
menghasilkan ester monoalkil dan gliserol [4]. Transesterifikasi secara kimia telah
digunakan untuk produksi industri biodiesel meskipun proses tersebut memiliki
beberapa kelemahan yaitu energi yang intensif; pemulihan gliserol oleh-produk sulit;
katalis asam atau basa harus dipulihkan dari produk; dan memerlukan pengolahan air
limbah alkali. Kelemahan dari katalis alkali tersebut dapat diatasi oleh katalis
enzimatis. Proses enzimatis mampu bereaksi pada kondisi suhu moderat, rasio
alkohol yang rendah terhadap minyak, pemulihan produk lebih mudah, dan konversi
transesterifikasi berbagai bahan baku, bahkan bahan baku dengan nilai asam tinggi,
yang dianggap sebagai bahan baku berkualitas rendah [4].
Pengembangan ekstraksi in situ, transesterifikasi langsung atau reaktif
ekstraksi memiliki potensi untuk mengurangi biaya pengolahan dengan segala jenis
bahan baku. Ekstraksi reaktif berbeda dari proses produksi biodiesel konvensional di
mana bantalan minyak kontak dengan alkohol secara langsung bukannya bereaksi
dengan minyak yang diekstraksi. Dengan kata lain, ekstraksi dan transesterifikasi
melanjutkan dalam satu langkah tunggal, dengan alkohol bertindak sebagai ekstraksi
pelarut dan pereaksi transesterifikasi. Proses ini memiliki kelebihan dalam
mengurangi biaya modal dan produksi, mengurangi waktu pemrosesan, dan jumlah
pelarut yang diperlukan [10,11].
Dalam percobaan konvensional, optimasi biasanya dilakukan dengan
memvariasikan faktor tunggal dan menjaga faktor-faktor lain tetap pada kondisi
tertentu. Metode ini memerlukan banyak percobaan dan memerlukan banyak waktu.
Desain eksperimen statistik dapat digunakan untuk optimasi parameter reaksi untuk
menghindari keterbatasan metode konvensional. Respon Surface Methodology
(RSM) merupakan teknik statistik yang efektif untuk merancang eksperimen
tersebut, membangun model dan menyelidiki proses yang kompleks untuk
optimalisasi nilai target atau hasil. Sebuah metode RSM terdiri dari komposit pusat
desain (CCD) digunakan untuk mengevaluasi efek interaktif dan mengoptimalkan
kondisi reaksi ekstraksi reaktif mesokarop untuk menghasilkan biodiesel. Respon
Surface Methodology (RSM) digunakan untuk menganalisis dan mengoptimalkan
parameter operasi proses. Metodologi ini merupakan teknik statistik yang efektif
untuk merancang eksperimen, membangun model dan menyelidiki proses kompleks
untuk optimasi nilai target atau hasil [11].
Berdasarkan uraian diatas, maka penelitian ini akan dilakukan dengan
menggunakan teknologi reactive extraction dengan bahan baku mesokarp berkatalis
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Untuk mendukung pengembangan teknologi reaktif ekstraksi pada pembuatan
biodiesel, diperlukan suatu model matematika yang menggambarkan kondisi
optimum proses tersebut. Penelitian ini diarahkan untuk mendapatkan model
matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol dengan bahan baku, dan
konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon Surface Methodology (RSM).
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan teknologi pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan
metode teknologi reactive extraction.
2. Mendapatkan kondisi optimum pada teknologi reaktif ekstraksi dalam
pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit.
3. Mendapatkan model matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol
dengan bahan baku, dan konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon
Surface Methodology (RSM).
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi keunggulan teknologi reaktif ekstraksi dalam proses
pembuatan biodiesel.
2. Memberikan informasi kondisi optimum pada teknologi reaktif ekstraksi dalam
pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit.
4. Memperoleh model matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol
dengan bahan baku, dan konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon
Surface Methodology (RSM).
5. Memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel..
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
Novozym435.
3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel
seperti berikut :
a. Variabel tetap :
1. Waktu reaksi = 24 jam [12]
2. Berat mesokarp buah sawit = 2 gram
3. Kecepatan Pengadukan = 350 rpm [11]
b. Variabel berubah :
1. Suhu reaksi = 50, 60, 70oC [13]
2. Perbandingan mol mesokarp:DMC = 1:50, 1:60, 1:70 [14]
3. Konsentrasi katalis = 5%, 10%,15% [12]
Parameter yang dianalisis pada bahan baku mesokarp buah sawit meliputi
analisis komposisi asam lemak dan analisis kadar minyak sedangkan parameter yang
dianalisis pada biodiesel adalah analisis kemurnian menggunakan kromatografi gas
(Gas Chromatography) di Laboratorium Oleo Pangan, Pusat Penelitian Kelapa
Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel dengan Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dan Penggunaan
Katalis Heterogen Novozym 435
No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil
1 Pradhan, et al 2012
Optimization of reactive extraction of castor seed to produce biodiesel using response
surface methodology
KOH
Variabel tetap : waktu reaksi 3 jam Variabel berubah :
1. Konsentrasi katalis 0.5–1.5% 2. Rasio metanol:castor seed 100:1–
350:1
3. Kecepatan pengadukan = 100–600 rpm
Variabel tetap : waktu reaksi 3 jam Variabel berubah :
1. konsentrasi katalis 0.8–2%, 2. kecepatan pengadukan = 500–900
Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan .... (lanjutan)
No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil
3 Zhang, et al 2010
Synthesis and component confirmation of biodiesel from
palm oil
and dimethyl carbonate catalyzed by immobilized-lipase in
solvent-free system
Novozyme 435
Variabel tetap :
1. Waktu reaksi : 24 jam, kecepatan
2. Pengadukan = 150 rpm
Variabel berubah : 1. Konsentrasi katalis 5–25%
2. Rasio DMC:minyak = 2:1–20:1 Extraction of Oilseed with
Short-Chained Dialkyl Carbonates for Biodiesel Production
Novozyme 435
Ekstraksi :
Jenis pelarut : n-heksana, DEC, DMC, waktu ekstraksi 8 jam, suhu
ekstraksi 50 oC, rasio pelarut:minyak = 3:1, kecepatan
pengadukan 180 rpm Transesterifikasi : Jumlah katalis 10%, rasio pelarut:minyak = 3:1, suhu reaksi
50 oC, waktu reaksi 12 jam, kecepatan pengaduk 180 rpm
