PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM

(1)

PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA

SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM

®

435 DALAM

SISTEM PELARUT ChCl UNTUK MENGHASILKAN

BIODIESEL

SKRIPSI

Oleh

RAHAYU WULANDARI

110405052

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

ii

PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK KELAPA

SAWIT MENGGUNAKAN NOVOZYM

®

435 DALAM

SISTEM PELARUT ChCl UNTUK MENGHASILKAN

BIODIESEL

SKRIPSI

Oleh

RAHAYU WULANDARI

110405052

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(3)

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan

karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan

judul “Proses Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit Menggunakan Novozym®

435 dalam Sistem Pelarut ChCl untuk Menghasilkan Biodiesel” 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 Palm Oil 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 banyak

mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu

secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang

sebesar-besarnya kepada Ibu 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, Agustus 2015 Penulis,

(6)

iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis tercinta, Mulyati dan Adri Candra, kakak tercinta,

Tiffany Ulfah, serta makdang tercinta, Yusrizal, yang telah banyak

mendukung penulis sampai saat ini.

2. Ir. Renita Manurung, MT. selaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi

yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan

penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST.,MT. dan Bode Haryanto Tarigan, PhD 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. Setiaty Pandia 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. Bunga Indah Sari atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama

melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

10. Asisten laboratorium Proses Industri Kimia, Rio, Nadya, William, Pasca,

Nora, Aidil, Kak Ely, Kak Sari, Bang Jekky, Bang Ruben, dan Bang Ridho

yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

11. Sahabat-sahabat terbaikku di Teknik Kimia, Dania, Atikah, Resi, Gita, Suci,

Olyvia, Nurul, Oktris, Fauzy, Dedi, dan semua stambuk 2011 serta

senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis

terutama Kak Ayu, Kak Aira, Kak Melina dan Bang Riki .

12. Teman-teman tercinta Gio, Ipit, Pandi, Toyan, Nadya, dan Tya yang

(7)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Rahayu Wulandari NIM : 110405052

Tempat/tanggal lahir : Kayutanam, 14 Mei 1994 Nama orang tua : Adri Candra dan Mulyati Beasiswa yang pernah diperoleh :

1. Beasiswa PPA (Peningkatan Prestasi Akademik) tahun 2012-2013 Pengalaman Kerja dan Organisasi:

1. Covalen Study Group (CSG) periode 2013 – 2014 sebagai Anggota LITBANG.

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang LITBANG.

3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2014-2015 modul Esterifikasi, Resin Urea Formaldehid, Biodiesel, dan Reaktor Fasa Cair.

4. English Club periode 2013 – 2015 sebagai anggota. 5. Bike To Campus periode 2012 – 2015 sebagai anggota. 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 22nd Regional Symposium on Chemical Engineering (RSCE 2015) yang akan berlangsung di Selangor, Malaysia pada 20 – 22 Oktober 2015.

2. Transesterification Process of Palm Oil Using Novozym® 435 in Choline Chloride (ChCl) Ionic Liquid System to Produce Biodiesel pada seminar The 2015 International Conference on Chemical Engineering (ICCE 2015) yang akan berlangsung di Yogyakarta, Indonesia pada 27 – 28 Oktober 2015.

Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai :

1. Juara I Dokter Kecil Tingkat Kabupaten Padang Pariaman tahun 2005, Sumatera Barat.

2. Juara 1 Vocal Group Tingkat Kabupaten Padang Pariaman tahun 2007, Sumatera Barat.

3. Juara III Essay Writing Bertemakan “Indonesia dalam Kritik

(8)

vi

ABSTRAK

Saat ini, produksi biodiesel secara enzimatik telah banyak menarik perhatian. Namun, metode ini belum bisa diaplikasikan secara optimal pada industri besar yang bersifat komersial karena biaya penyediaan enzim yang tinggi karena terdapatnya kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas dan stabilitas enzim dalam reaksi sehingga enzim tersebut tidak dapat digunakan kembali. Keuntungan dari proses enzimatik adalah kemurnian produk yang tinggi karena mudahnya proses pemisahan produk samping seperti gliserol. Namun, terdapat kemungkinan terjadinya penurunan aktivitas dan stabilitas enzim karena inaktivasi oleh akseptor asil dan kotoran dalam minyak atau produk sampingnya. Cairan ionik berbasis kolin digunakan sebagai pelarut yang bertujuan untuk menurunkan inaktivasi terhadap enzim karena lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan pelarut organik dan bersifat nonvolatil. Penelitian ini menggunakan bahan baku minyak sawit, etanol digunakan sebagai akseptor asil karena lebih renewable daripada metanol, Novozym®435, dan ChCl sebagai pelarut. Parameter reaksi yang digunakan dalam penelitian ini adalah suhu reaksi, waktu reaksi, dan konsentrasi ChCl. Studi ini menunjukkan bahwa yield biodiesel dalam sistem ChCl lebih rendah dibandingkan dengan tanpa ChCl untuk sekali pemakaian. Namun, menunjukkan perolehan yield yang tinggi ketika enzim digunakan beberapa kali. Penurunan yield biodiesel terjadi ketika konsentrasi ChCl meningkat. Hasil ini juga menunjukkan bahwa waktu reaksi memberikan pengaruh terhadap hasil etil ester antara dalam sistem ChCl dan tanpa ChCl. Berdasarkan hasil tersebut, ditunjukkan bahwa karakteristik pelarut ionik dapat mempengaruhi aktivitas enzim dalam reaksi. Jadi, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pelarut ionik berbasis kolin untuk meningkatkan aktivitas enzim.

(9)

ABSTRACT

Currently, the enzymatic production of biodiesel has drawn considerable attention. But, it still can not apply to commercial industry because the cost of enzyme providing is high due to the decreasing of enzyme activity and stability in reaction. So, it can not be reused. The advantage of enzymatic process is high-purity products because it is easy in removing by-products such as gliserol. But, there is possibility that enzyme activity and stability decrease because of inactivation by acyl acceptors and impurities in oils or by-products, gliserol. Choline-based ionic liquids used as a solvent that suppose to decrease inactivation because it is greener than organic solvents and non-volatile. This study used palm oil, ethanol used as an acyl acceptor because it is more renewable than methanol, Novozym® 435, and ChCl as a solvent. The reaction parameters that used in this research were the temperature reaction, reaction time, and ChCl dosage. This study showed that yield biodiesel in ChCl system was lower compared to ChCl-free system for a single use. But, it could obtain the highest yield when enzyme was reused for several times. The decreasing of yield biodiesel occurred when ChCl concentration was increased. This result also showed that time reaction gave an effect to ethyl ester yield between in ChCl system and ChCl-free system. Based on the results, it shows that the characteristic of ionic liquids influences enzyme activity in reaction which can decrease or increase it. So, it needs to do further research about choline-based ionic liquids to increase enzyme activity.

(10)

viii

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi

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 4

2.1BIODIESEL 4

2.2PROSES TRANSESTERIFIKASI ENZIMATIS 6

2.3ENZIM LIPASE 9

2.4NOVOZYM® 435 10

2.5SOLVENT 11

2.6POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI RBDPO 13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16

3.1LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 16

(11)

3.2.1 Bahan Penelitian 16

3.2.2 Peralatan Penelitian 16

3.3RANCANGAN PERCOBAAN 17

3.4PROSEDUR PENELITIAN 18

3.4.1 Prosedur Utama 18

3.4.2 Sketsa Percobaan 19

3.4.3 Prosedur Analisis 19

3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 19

Hidrolisis

3.4.3.2 Analisis Kadar FFA Bahan Baku RBDPO dengan 20

Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.4.3.3 Analisis Komponen Asam Lemak dalam 20

Trigliserida Bahan Baku RBDPO dan Biodiesel

yang Dihasilkan Menggunakan GCMS

3.4.3.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 21

dengan Metode Tes ASTM D445

3.4.3.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 21

dengan Metode Tes OECD 109

3.5FLOWCHART PENELITIAN 22

3.5.1 Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 22

3.5.2 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode Hidrolisis 24

3.5.3 Analisa Kadar FFA Bahan Baku RBDPO dengan Metode 25

Tes AOCS Official Method Ca 5a-40

3.5.4 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 26

Metode Tes ASTM D 445

3.5.5 Analisa Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan 27

Metode Tes OECD 109

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28

4.1ANALISIS BAHAN BAKU RBDPO 28

4.2PENGARUH IL (IONIC LIQUIDS) (ChCl) TERHADAP 31

PEROLEHAN YIELD

(12)

x PEROLEHAN YIELD

4.4PENGARUH IL (ChCl) TERHADAP KINERJA ENZIM 34

4.5PENGARUH WAKTU TERHADAP PEROLEHAN YIELD 36

4.6ANALISIS AKTIVITAS ENZIM NOVOZYM® 435 38

4.7ANALISIS PRODUK BIODIESEL 39

4.7.1 Analisis Kemurnian Etil Ester (%) 39

4.7.2 Analisis Densitas 40

4.7.3 Analisis Viskositas Kinematik 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42

5.1KESIMPULAN 42

5.2SARAN 43

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi Enzimatis 8

Gambar 2.2 Mekanisme Kerja Enzim 10

Gambar 2.3 Stabilitas Enzim dalam Cairan Ionik 13

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi RBDPO 19

Menggunakan Novozym® 435dalam Sistem Pelarut ChCl

untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit

Gambar 3.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 22

Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 24

Hidrolisis

Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar FFA Bahan Baku RBDPO 25

Gambar 3.5 Flowchart Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 26

Gambar 3.6 Flowchart Analisa Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 27

Gambar 4.1 Analisa Kadar FFA dan Kadar Air terhadap CPO dan RBDPO 28

Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 27

RBDPO

Gambar 4.3 Pengaruh IL (ChCl) terhadap Perolehan Yield 31

Gambar 4.4 Pengaruh Konsentrasi IL (ChCl) terhadap Perolehan Yield 33

Gambar 4.5 Pengaruh Cairan Ionik terhadap Kinerja Enzim 34

Gambar 4.6 Pengaruh Waktu terhadap Perubahan Perolehan Yield 36

Tanpa dan Dengan ChCl

Gambar 4.7 Aktivitas Enzim Novozym® 435 SebelumPemakaian 38

dan Setelah Pemakaian Ulang

Gambar L4.1 Bahan BakuRBDPO 59

Gambar L4.2 Proses Transesterifikasi 59

Gambar L4.3 Hasil Transesterifikasi 60

Gambar L4.4 Penyaringan Enzim 60

Gambar L4.5 (a) Biodiesel yang Dihasilkan, (b) Penyimpanan 61

Biodiesel dalam Botol

(14)

xii

Dipakai, (c) Analisis Aktivitas Enzim, (d) Penyimpanan

Novozym dalam Botol

Gambar L4.7 Analisis Densitas 62

Gambar L4.8 Analisis Viskositas 62

Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak RBDPO 63

Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 64

(15)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi Utama RBDPO 5

Tabel 2.2 Jumlah Produksi Minyak Kelapa Sawit di Indonesia Tahun 6

2000 – 2011

Tabel 2.3 Sifat Biokatalis Novozym 435 11

Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Penelitian Transesterifikasi 17

Tabel 3.2 Rancangan Percobaan Penelitian Pemakaian Ulang Enzim 18

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari RBDPO 30

Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh pada RBDPO 30

Tabel 4.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI 39

Tabel 4.4 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 40

Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 41

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak RBDPO 51

Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida RBDPO 52

Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 53

Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel 53

Tabel L2.3 Hasil Yield Biodiesel Pemakaian Pertama 53

Tabel L2.4 Hasil Yield Biodiesel Pemakaian Ulang Enzim 54

Tabel L2.5 Hasil Analisa Aktivitas Enzim Berdasarkan Persen Hidrolisa 54

(16)

xiv

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU 52

RBDPO

L1.3 KADAR FFA RBDPO 52

LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 53

L2.1 DATA HASIL ANALISIS DENSITAS BIODIESEL 53

L2.2 DATA HASIL ANALISIS VISKOSITAS KINEMATIK 53

BIODIESEL

L2.3 DATA YIELD BIODIESEL 53

L2.4 DATA HASIL ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 54

BERDASARKAN PERSEN HIDROLISA RBDPO

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 55

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA RBDPO 55

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN ETANOL 55

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 56

L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 57

L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 58

L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISA RBDPO 58

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 59

L4.1 BAHAN BAKU RBDPO 59

L4.2 PROSES TRANSESTERIFIKASI 59

L4.3 HASIL TRANSESTERIFIKASI 60

L4.4 PENYARINGAN ENZIM 60

L4.5 PRODUK AKHIR BIODIESEL 61

L4.6 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM 61

L4.7 ANALISIS DENSITAS 62

L4.8 ANALISIS VISKOSITAS 62

(17)

BIODIESEL

L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK 63

RBDPO

(18)

xvi

DAFTAR SINGKATAN

PEL Penicillium expansum lipase

BMIM PF6 Butyl Metylimidazolium Hexafluorophosphate

BCL Burkholderia cepacia lipase

[OmPy][BF4] 1-Octyl-3-Methylpyridinium-Tetrafluoroborate

[OMIM][Tf2N] 1-Octyl-3-Methylimidazolium -Bis(trifluoromethylsulfonyl)-Amide

[OMIM][Cl] 1-Methyl-3-Octylimidazolium-Chloride

[emim][BF4] 1-Ethyl-3- Methylimidazolium-Tetrafluoroborate

[emim][TF2N] 1-Ethyl-3-Methylimidazolium-

Bis(trifluoromethylsulfonyl)-Imide

[emim][Cl] 1-Ethyl-3-Methylimidazolium-Chloride

[Cnmim]Cl n-Alkyl-3-Methylimidazolium-Chloride

ChCl Choline Chloride

ASTM American Society for Testing and Material (ASTM)

OECD Organization for Economic Co-operation and Development

C Karbon

CALB Candida antartica lipase B

BET Braunanear, Emmelt dan Teller RILs Room Temperature Ionic Liquids

DES Deep Eutectic Solvents

3D 3 Dimensi

BBM Bahan Bakar Minyak

PLTD Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak BBN Bahan Bakar Nabati

EBTKE Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi

BPH Barel Per Hari

APBNP Anggaran Pendapatan dan Belanja Negara BPDP Badan Pengelola Dana Perkebunan

BLU Badan Layanan Umum SDM Sumber Daya Manusia et al et alia

CPO Crude Palm Oil

ALB Asam Lemak Bebas

RBDPO Refined Bleached Deodorized Palm Oil

ILs Ionic Liquids Solvent

IL Ionic Liquid

St Stokes

cSt centistokes FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

(19)

PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit

rpm Rotary per minute

SNI Standar Nasional Indonesia AOCS American Oil Chemists’ Society NaOH Natrium Hidroksida

(20)

xviii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

b/b Persen berat gram

d Distribusi ukuran partikel µm

R Rasio mol mol

T Suhu ºC

t Waktu reaksi jam

V Jumlah pelarut %

T Normalitas larutan NaOH N V Volume larutan NaOH terpakai ml M Berat molekul FFA gr/mol

m Berat sampel gram

ρ Massa jenis kg/m3

sg Specific gravity

t Waktu alir s