Pembuatan Etil Ester Sebagai Biodiesel Dari Crude Palm Oil Menggunakan Katalis Choline Hydroxide

(1)

PEMBUATAN ETIL ESTER SEBAGAI BIODIESEL DARI

CRUDE

PALM OIL

_{MENGGUNAKAN KATALIS}

CHOLINE

HYDROXIDE

SKRIPSI

Oleh

NADYA GEMA BESTARI

110405109

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PEMBUATAN ETIL ESTER SEBAGAI BIODIESEL DARI

CRUDE

PALM OIL

_{MENGGUNAKAN KATALIS}

CHOLINE

HYDROXIDE

SKRIPSI

Oleh

NADYA GEMA BESTARI

110405109

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

AGUSTUS 2015

(3)

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat-Nya

sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pembuatan Etil Ester sebagai Biodiesel dari Crude Palm Oil

Menggunakan Katalis Choline Hydroxide”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia 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 ionic liquid choline hydroxide, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah

penggunaan bahan bakar fosil.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing sekaligus koordinator

penelitian yang telah banyak memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi

yang luar biasa dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Dr. Eng. Rondang, ST, MT selaku dosen penguji

yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi

ini.

3. Ir. Iriany, M.Si sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa

memberikan dukungan tanpa henti kepada penulis.

4. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku kepala Laboratorium Proses

Industri Kimia yang telah mendukung penulis dalam penyelesaian skripsi

ini.

5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU.

6. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.

7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen

Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat

(6)

iv

8. Dania Khaerani Syabri sebagai partner atas kerjasamanya yang luar biasa

selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

9. Keluarga Laboratorium Proses Industri Kimia, Rahayu Wulandari,

Pascalis Novalina Sitorus, Nora Panjaitan, Ely, Sari Wahyu Waryani, Rio

Nazif, William, Aidil Saputra, Ruben Simangunsong, Ahmad Ridho dan

Jekky Bahagia.

10.Sahabat-sahabat di Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara stambuk

2011 tanpa terkecuali, khususnya Dwi Gita Ferani, Ayu Afrina, Atikah

Risyad, Resi Levi Permadani, Intan Afrilia, Yusrina Ika Putri, Rahayu

Wulandari, Bunga Indah Sari, Dedy OS Siburian, Rio Nazif, Erlangga

Wicaksana, William, Muhammad Fauzy Ramadhan Tarigan, Oktris Novali

Gusti, Aidil Saputra dan Kelvin Hadinatan serta teman baik penulis Norray

Lammalif yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat,

doa, pembelajaran hidup, dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

11.Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara baik junior

maupun senior yang telah banyak memberi sokongan kepada penulis untuk

menyelesaikan skripsi ini.

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, 1 Agustus 2015

Penulis,

Nadya Gema Bestari

(7)

(8)

v

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Nofizar dan Ibu Syafirna

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

selalu

kalian berikan kepadaku.

(9)

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Nadya Gema Bestari

NIM : 110405109

Tempat, tanggal lahir : Padang, 9 Februari 1993 Nama orang tua : Nofizar dan Syafirna Alamat orang tua :

Jl. Karyawisata Villa Prima Indah Blok C No. 11, Medan Johor, Sumatera Utara.

Asal Sekolah: 2014/2015 sebagai anggota Hubungan Masyarakat.

2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Hubungan Masyarakat.

3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara periode 2014/2015.

Artikel yang akan dipublikasikan dalam seminar internasional:

1. Palm Biodiesel by Transesterification Process Using Choline Hydroxide as Catalyst pada seminar 28th Symposium of Malaysian Chemical Engineers (SOMChE 2015) yang akan berlangsung di Putrajaya, Malaysia pada 20-22 Oktober 2015.

(10)

vii

ABSTRAK

Biodiesel umumnya dibuat secara transesterifikasi menggunakan katalis basa. Pilihan katalis yang digunakan sangat mempengaruhi biodiesel yang dihasilkan. Katalis choline hydroxide (ChOH) adalah cairan ionik basa yang memiliki reaksi katalitik yang sangat baik dalam sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO). Katalis ini mampu menghasilkan biodiesel tanpa pembentukan sabun dimana pada akhir reaksi terbentuk dua hingga tiga lapisan. Lapisan tersebut adalah biodiesel, katalis itu sendiri dan gliserol. Hal ini mempermudah pemisahan biodiesel dari produk sampingan tersebut. Beberapa variabel penting lainnya selain pilihan katalis ialah dosis katalis, rasio molar etanol terhadap CPO dan waktu reaksi. Hasil tertinggi dari biodiesel yang dihasilkan adalah 99,8452% dengan rasio molar etanol terhadap CPO adalah 9:1, waktu reaksi 90 menit dan 5,5% katalis (w/w) pada 70 °C dan kecepatan pengadukan 400 rpm. Variabel yang paling berpengaruh adalah dosis katalis yang memberikan perbedaan yield yang signifikan dari biodiesel yang dihasilkan. Ini dibuktikan dengan semakin meningkatnya dosis katalis yang digunakan juga akan meningkatkan yield biodiesel secara signifikan.

Kata kunci: Biodiesel sawit, Cairan ionik, Choline hydroxide, Crude Palm Oil, Etanol, Transesterifikasi.

(11)

ABSTRACT

Biodiesel is generally made by transesterification using alkaline catalyst. Choice of catalyst used, affects greatly the biodiesel produced. Choline Hydroxide (ChOH) catalyst is a basic ionic liquid which has excellently catalytic reactions in the biodiesel production from Crude Palm Oil (CPO). This catalyst is able to produce biodiesel without soap formation and at the end of the reaction, two-three layers formed. They are biodiesel, the catalyst itself and glycerol. It makes it easy to separate biodiesel from the by product. Several other important variables in addition to the choice of catalyst, is catalyst dosage, molar ratio of ethanol against CPO and reaction time. The highest yield of biodiesel produced is 99,8452% with molar ratio of ethanol against CPO is 9:1, reaction time is 90 minutes and 5,5% catalyst (w/w) at 70 °C and 400 rpm stirring speed. The most influential variable is catalyst dosages that give the significant difference yield of biodiesel produced. It evidenced by more dosages of catalyst used, significantly higher yield of biodiesel produced.

(12)

ix

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvii

DAFTAR SIMBOL xviii

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 CRUDE PALM OIL (CPO) 5

2.2 BIODIESEL 6

2.3 PRODUKSI BIODIESEL 6

2.4 TRANSESTERIFIKASI 9

2.5 CHOLINE HYDROXIDE (ChOH) 10

2.6 ETANOL 12

2.7 POTENSI EKONOMI BIODIESEL DARI CPO 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 13

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 14

(13)

3.2 BAHAN DAN PERALATAN 14

3.2.1 Bahan Penelitian 14

3.2.2 Peralatan Penelitian 14

3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 15

3.4 PROSEDUR PENELITIAN 16

3.4.1 Pretreatment Bahan Baku 16

3.4.2 Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan ChOH 16

3.4.3 Sketsa Percobaan 17

3.4.4 Prosedur Analisis 18

3.4.4.1 Analisis Kadar Air Bahan Baku CPO 18

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

18

3.4.4.3 Analisis Komposisi Bahan Baku CPO dan Biodiesel

yang Dihasilkan Menggunakan GCMS

18

3.4.4.4 Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan dengan

Metode Tes ASTM D 445

3.4.4.5 Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan dengan

Metode Tes OECD 109

19

3.5 FLOWCHART PENELITIAN 20

3.5.1 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 20

3.5.2 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan ChOH 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 23

4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 23

4.2 PERBANDINGAN YIELD BIODIESEL DENGAN REAKTAN

ALKOHOL YANG BERBEDA

27

4.3 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN 28

4.3.1 Pengaruh Interaksi Variabel Dosis Katalis dengan Rasio Mol

Reaktan terhadap % Yield Biodiesel

30

4.3.2 Pengaruh Interaksi Variabel Dosis Katalis dengan Waktu

Reaksi terhadap % Yield Biodiesel

32

(14)

xi Reaksi terhadap % Yield Biodiesel

4.4 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 35

4.4.1 Analisis Densitas 35

4.4.2 Analisis Viskositas Kinematik 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 37

5.1 Kesimpulan 37

5.2 Saran 38

DAFTAR PUSTAKA 39

(15)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur Ionisasi Choline Hydroxide (ChOH) 11 Gambar 2.2 Skema Reaksi Transesterifikasi Choline Hydroxide pada

Proses Sintesis Biodiesel

11

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) Secara Transesterifikasi Menggunakan Etanol dan Katalis Choline Hydroxide

17

Gambar 3.2 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 18

Gambar 3.3 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan

ChOH

22

Gambar 4.1 Grafik Analisis Kadar Air Bahan Baku 23

Gambar 4.2 Grafik Analalis Kadar FFA terhadap CPO dan DPO 24

Gambar 4.3 Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak CPO 25

Gambar 4.4 % Yield Etil Ester Menggunakan Bahan Baku CPO dan

DPO

26

Gambar 4.5 Grafik RUN Percobaan vs % Yield Etil Ester 27

Gambar 4.6 % Yield Biodiesel Menggunakan Alkohol yang Berbeda 28

Gambar 4.7 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Dosis

Katalis vs Rasio Molar Reaktan

30

Gambar 4.8 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Dosis

Katalis vs Waktu Reaksi

32

Gambar 4.9 Plot Respon Permukaan % Yield Biodiesel untuk Rasio

Molar Reaktan vs Waktu Reaksi

34

Gambar L4.1 Foto Proses Degumming CPO 50

Gambar L4.2 Foto Proses Transesterifikasi 50

Gambar L4.3 Foto Pemisahan Etil Ester 51

Gambar L4.4 Foto Produk Akhir Biodiesel 51

Gambar L4.5 Foto Analisis Densitas 52

Gambar L4.6 Foto Analisis Viskositas 52

(16)

xiii

Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel dari CPO

tanpa Degumming

54

Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 55

Gambar L6.1 Data Rancangan Percobaan 71

Gambar L6.2 Hasil Pengolahan Data dengan Statistica 72

(17)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Perlakuan Terkode untuk Variabel Proses 3

Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak dalam CPO 6

Tabel 2.2 Persyaratan Kualitas Biodiesel 7

Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi 15

Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 3 Variabel 15 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25 Tabel 4.2 Yield Etil Ester pada Central Composite Design 29 Tabel 4.3 Estimasi Parameter Model Persamaan Statistik 29

Tabel 4.4 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 35

Tabel 4.5 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 36

Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 44

Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 44

Tabel L1.3 Kadar Air CPO 45

Tabel L1.4 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 45

Tabel L2.1 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 46

Tabel L2.2 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 46

(18)

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 434

L1.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU CPO HASIL

ANALISIS GCMS

44

L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 44

L1.3 KADAR AIR CPO 45

L1.4 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 46

LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 46

L2.1 DATA DENSITAS BIODIESEL 46

L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL 46

L2.3 DATA YIELD ETIL ESTER 46

LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 47

L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 47

L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Degumming 47 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 47

L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN ETANOL 48

L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 49

L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 49

LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 50

L4.1 FOTO PROSES DEGUMMING CPO 50

L4.2 FOTO PROSES TRANSESTERIFIKASI 50

L4.3 FOTO PEMISAHAN ETIL ESTER 51

L4.4 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 51

L4.5 FOTO ANALISIS DENSITAS 52

L4.6 FOTO ANALISIS VISKOSITAS 52

LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN

BIODIESEL

53

L5.1 HASIL ANALISA KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 53

L5.2 HASIL ANALISA BIODIESEL 54

LAMPIRAN 6 ANALISIS STATISTIK DENGAN STATISTICA 71

(19)

L6.1 DATA RANCANGAN PERCOBAAN 71

(20)

xvii

DAFTAR SINGKATAN

AOCS American Oil Chemists Society

ASTM American Society for Testing and Material

OECD Organization for Economic Co-operation and

Development

BM Berat Molekul

BBM Bahan Bakar Minyak

BBN Bahan Bakar Nabati

ESDM Energi dan Sumber Daya Mineral

CCD Central Composite Design

dkk dan kawan-kawan

et al et alia

CPO Crude Palm Oil

DPO Degummed Palm Oil

cSt centistokes

St Stokes

FFA Free Fatty Acid

GC Gas Chromatography

GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry

ISO International Organization for Standardization

FBI Forum Biodiesel Indonesia

PPKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit

rpm Rotary per minute

SNI Standar Nasional Indonesia

(21)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

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