PEMBUATAN BIODIESEL DARI
TREATED WASTE
COOKING OIL
(TWCO) DENGAN KATALIS
ZEOLIT ALAM DAN CaO YANG BERASAL
DARI CANGKANG TELUR AYAM:
PENGARUH BERAT KATALIS
DAN SUHU REAKSI
SKRIPSI
Oleh
NIKE TARUNA
120405088
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
▸ Baca selengkapnya: contoh bunyi yang berasal dari alam adalah ...
(2)PEMBUATAN BIODIESEL DARI
TREATED WASTE
COOKING OIL
(TWCO) DENGAN KATALIS
ZEOLIT ALAM DAN CaO YANG BERASAL
DARI CANGKANG TELUR AYAM:
PENGARUH BERAT KATALIS
DAN SUHU REAKSI
SKRIPSI
Oleh
NIKE TARUNA
120405088
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
▸ Baca selengkapnya: reaksi kimia antara kulit cangkang telur dan asam cuka membentuk gas co2
(3)(4)(5)PRAKATA
Puji dan syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
dan rahmat-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
skripsi dengan judul “Pembuatan Biodiesel dari Treated Waste Cooking Oil
(TWCO) dengan Katalis Zeolit Alam dan CaO yang Berasal dari Cangkang Telur
Ayam: Pengaruh Berat Katalis dan Suhu Reaksi”, berdasarkan hasil penelitian
yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari minyak jelantah yang diberi
pre-treatment menjadi treated waste cooking oil (TWCO) dengan reaksi
transesterifikasi menggunakan paduan katalis heterogen zeolit alam dan CaO dari
cangkang telur ayam. Selama pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi ini,
penulis banyak memperoleh pengetahuan, arahan, dan bimbingan sehingga dalam
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada
Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Tanoto Foundation atas bantuan dana beasiswa sehingga penulis mampu
menyelesaikan studi tepat waktu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga
skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, September 2016
Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Orang tua tercinta, ibu Tan Hoei Siang atas kasih sayang, dukungan, dan doa
yang tiada hentinya bagi penulis.
2. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian serta penyelesaian
skripsi ini.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT dan Ibu Ir. Renita Manurung, MT yang turut
memberikan arahan dan saran untuk kemajuan penelitian serta penyelesaian
skripsi.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
7. Meilia, selaku partner penelitian yang telah bekerja keras bersama penulis
dalam penyelesaian penelitian ini.
8. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia angkatan 2012, yang telah
memberikan banyak dukungan, semangat, dan membantu penyelesaian skripsi
ini.
9. Rekan-rekan asisten Laboratorium Kimia Fisika, Departemen Teknik Kimia
Universitas Sumatera Utara yang senantiasa memberikan dukungan dan
semangat kepada penulis.
10.Seluruh staf Tanoto Foundation dan keluarga besar Tanoto Scholars
Association Medan yang senantiasa memberikan dukungan dan semangat
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Nike Taruna
NIM : 120405088
Tempat, tanggal lahir : Medan, 26 Februari 1995
Nama orang tua : Malik Halim (Alm.) dan
SD St. Ignatius Medan tahun 2000-2006
SMP Harapan Mandiri Medan tahun 2006-2009
SMA Harapan Mandiri Medan tahun 2009-2012
Pengalaman Kerja dan Organisasi:
1. Sekretaris Bidang Humas – UKM Keluarga Mahasiswa Buddhis
(KMB) USU tahun 2013
2. Asisten Laboratorium Kimia Fisika Departemen Teknik Kimia FT
USU tahun 2014-2016 modul Kenaikan Titik Didih dan Kecepatan Reaksi
3. Bendahara – Tanoto Scholars Association Medan – Asosiasi
Penerima Beasiswa Tanoto Foundation untuk Regional Medan periode 2015/2016
Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai:
1. Penerima Beasiswa Tanoto Foundation – National Champion
Scholarship (Intake 2014) tahun 2014 – 2016
2. Peringkat 4 pada Case Study Competition – Petroleum Integrated
Days (PETROLIDA) 2016 in Conjunction with Asia-Pacific
ABSTRAK
Biodiesel merupakan bahan bakar yang disusun oleh mono-alkil ester dari asam lemak rantai panjang yang diturunkan dari bahan baku terbarukan. Minyak jelantah merupakan bahan baku yang mudah diperoleh dan tersedia dalam jumlah besar. Penelitian ini memanfaatkan katalis heterogen. Katalis berupa paduan katalis CaO dengan zeolit alam digunakan dalam proses transesterifikasi. Limbah cangkang telur
ayam dikalsinasi dengan suhu 1.000 °C selama 2 jam. Zeolit alam digunakan sebagai
penyangga tanpa diaktivasi. Transesterifikasi dilakukan dalam satu tahap, dimana
kadar asam lemak bebas pada minyak jelantah diturunkan melalui pre-treatment
menggunakan karbon aktif. Pada penelitian ini, digunakan perbandingan berat CaO
terhadap zeolit alam sebesar 1 : 3. Di bawah kondisi terbaik, yield maksimum dari
biodiesel adalah 87,40%, yang diperoleh dengan kondisi rasio molar TWCO : metanol sebesar 12 : 1, kecepatan pengadukan 700 rpm, waktu reaksi 3 jam, berat
total katalis 8%, dan suhu reaksi 65 °C.
Kata kunci: Biodiesel, Kalsium Oksida, Loaded Catalyst, Treated Waste Cooking
ABSTRACT
Biodiesel refers to type of renewable fuel composed of mono-alkyl ester of long chain fatty acid, which is typically produced by using renewable raw material. Waste cooking oil is an example of potential biodiesel resource and available in considerable quantity all over the world. This research is conducted by using heterogeneous catalyst, CaO supported by natural zeolite. CaO was derived from
calcination process of waste egg shell in 1.000 °C for 2 hours while natural zeolite
was used without any treatment. Reaction was conducted in one step, while free fatty acid in waste cooking oil was decreased through pre-treatment step by using activated carbon. Weight ratio of CaO and natural zeolite used in this research is 1 : 3. Under the best condition, the maximum yield of 87,40%, biodiesel was
obtained by using 12 : 1 molar ratio of methanol to TWCO at 65 °C, for 3 hours, in
the presence of 8%(wt) of loaded catalyst.
Keywords:Biodiesel, Calcium Oxide, Loaded Catalyst, Treated Waste Cooking Oil,
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
1.2PERUMUSAN MASALAH 6
1.3TUJUAN PENELITIAN 6
1.4MANFAAT PENELITIAN 6
1.5RUANG LINGKUP PENELITIAN 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 8
2.1BIODIESEL 8
2.2BAHAN BAKU 10
2.2.1 Minyak Jelantah 10
2.2.2 Zeolit 11
2.4FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI
TRANSESTERIFIKASI 18
2.4.1 Kandungan Air pada Minyak 18
2.4.2 Suhu Reaksi 18
2.4.3 Konsentrasi Katalis 18
2.4.4 Waktu Reaksi 19
2.4.5 Rasio Molar Alkohol dan Minyak 19
2.4.6 Kecepatan Pengadukan 19
2.5ANALISIS EKONOMI 20
BAB III METODE PENELITIAN 21
3.1LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 21
3.2BAHAN PERCOBAAN 21
3.3PERALATAN PERCOBAAN 21
3.4RANCANGAN PERCOBAAN 23
3.5PROSEDUR PERCOBAAN 24
3.5.1 Tahap Pre-Treatment Minyak Jelantah 24
3.5.2 Tahap Persiapan Katalis 24
3.5.2.1 Persiapan Katalis Zeolit Alam 24
3.5.2.2 Persiapan Katalis CaO dari Cangkang Telur Ayam 24
3.5.3 Tahap Transesterifikasi 25
3.6FLOWCHART PERCOBAAN 26
3.6.1 Tahap Pre-Treatment Minyak Jelantah 26
3.6.2 Tahap Persiapan Katalis 27
3.6.2.1 Persiapan Katalis Zeolit Alam 27
3.6.2.2 Persiapan Katalis CaO dari Cangkang Telur Ayam 28
3.6.3 Tahap Transesterifikasi TWCO 29
3.7PROSEDUR ANALISIS 30
3.7.1 Analisis Gugus Fungsi 30
3.7.2 Analisis Kadar Free Fatty Acid 30
3.7.3 Analisis Kadar CaO 30
3.7.6 Analisis Densitas dan Viskositas Kinematik 31
3.7.7 Analisis Titik Nyala 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32
4.1HASIL ANALISIS BAHAN BAKU 32
4.2PRE-TREATMENT MINYAK JELANTAH 33
4.3KATALIS ABU DARI LIMBAH CANGKANG TELUR AYAM 34
4.4ZEOLIT ALAM 36
4.5PADUAN KATALIS ZEOLIT ALAM/CaO 37
4.6PROSES TRANSESTERIFIKASI 44
4.6.1Pengaruh Berat Katalis terhadap Yield Biodiesel 44
4.6.2Pengaruh Suhu Reaksi terhadap Yield Biodiesel 45
4.7ANALISIS SIFAT FISIKA BIODIESEL 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50
5.1KESIMPULAN 50
5.2SARAN 51
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur Zeolit Alam 12
Gambar 2.2 Skema Reaksi Transesterifikasi dengan Menggunakan
Metanol 14
Gambar 2.3 Tahapan Reaksi Transesterifikasi 15
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dengan Proses
Transesterifikasi 22
Gambar 3.2 Flowchart Percobaan Tahap Pre-Treatment Minyak
Jelantah 26
Gambar 3.3 Flowchart Percobaan Tahap Persiapan Katalis Zeolit Alam 27
Gambar 3.4 Flowchart Percobaan Tahap Persiapan Katalis CaO dari
Cangkang Telur Ayam 29
Gambar 3.5 Flowchart Percobaan Tahap Transesterifikasi TWCO 31
Gambar 4.1 Hasil Analisis SEM pada Cangkang Telur (a) Sebelum
Kalsinasi dengan Perbesaran 2.500 Kali (b) Setelah
Kalsinasi dengan Perbesaran 2.500 Kali 35
Gambar 4.2 Hasil Analisis SEM pada Zeolit Alam dengan Perbesaran
1.000 Kali 36
Gambar 4.3 Hasil Analisis FTIR Zeolit Alam Tanpa Aktivasi dan Zeolit
Alam Teraktivasi 37
Gambar 4.4 Perbandingan Penggunaan Katalis CaO dan Paduan Katalis
Zeolit Alam/CaO 40
Gambar 4.5 Hasil Analisis SEM (a) Zeolit Alam (b) Abu Cangkang
Telur (c) Paduan Katalis Zeolit Alam/CaO dari Abu
Cangkang Telur Ayam dengan Perbesaran 1.000 Kali 41
Gambar 4.6 Hasil Analisis FTIR Paduan Katalis Zeolit Alam/CaO 42
Gambar 4.7 Hasil Analisis EDX pada Paduan Katalis Zeolit Alam/CaO 43
Gambar 4.9 Hubungan antara Suhu Reaksi dengan Yield Biodiesel pada
Kondisi Rasio TWCO terhadap Metanol 1 : 12, Waktu
Reaksi 3 Jam, dan Kecepatan Pengadukan 700 rpm 46
Gambar L4.1 Hasil Analisis GC Komposisi Minyak Jelantah 71
Gambar L4.2 Hasil Analisis GC Komposisi Treated Waste Cooking Oil
(TWCO) 72
Gambar L4.3 Hasil Analisis AAS Kadar CaO pada Abu Cangkang Telur
Hasil Kalsinasi pada Suhu 1.000 °C Selama 2 Jam 73
Gambar L4.4 Hasil Analisis SEM Morfologi Cangkang Telur Ayam
dengan Perbesaran 2.500 Kali 74
Gambar L4.5 Hasil Analisis SEM Morfologi Abu Cangkang Telur Ayam
Hasil Kalsinasi dengan Perbesaran 2.500 Kali 74
Gambar L4.6 Hasil Analisis SEM Morfologi Abu Cangkang Telur Ayam
Hasil Kalsinasi dengan Perbesaran 24.000 Kali 75
Gambar L4.7 Hasil Analisis FTIR Zeolit Alam Tanpa Aktivasi dan
Teraktivasi 76
Gambar L4.8 Hasil Analisis SEM Morfologi Zeolit Alam dengan
Perbesaran 1.000 Kali 77
Gambar L4.9 Hasil Analisis FTIR Paduan Katalis Zeolit Alam dan CaO
dari Limbah Cangkang Telur Ayam 78
Gambar L4.10 Hasil Analisis SEM-EDX Paduan Katalis Zeolit Alam dan
CaO dari Limbah Cangkang Telur Ayam 79
Gambar L4.11 Hasil Analisis GC pada Kemurnian Biodiesel dengan
Variabel Berat Katalis 8%, Rasio Molar TWCO : Metanol
1 : 12, Waktu Reaksi 3 Jam, dan Suhu Reaksi 65 °C 80
Gambar L5.1 Foto Minyak Jelantah 81
Gambar L5.2 Foto Pre-Treatment Minyak Jelantah 81
Gambar L5.8 Foto Rangkaian Peralatan Proses Transesterifikasi 83
Gambar L5.9 Foto Pemisahan Katalis dan Produk Transesterifikasi 83
Gambar L5.10 Foto Pemisahan Metil Ester dengan Corong Pemisah 84
Gambar L5.11 Foto Pencucian Biodiesel 84
Gambar L5.12 Foto Produk Akhir Biodiesel 84
Gambar L5.13 Foto Analisis Densitas Biodiesel 85
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel
dari Minyak Jelantah 3
Tabel 1.2 Penelitian-penelitian Terdahulu tentang Pembuatan Biodiesel
dengan Menggunakan Katalis Kalsium Oksida 4
Tabel 2.1 Standar Biodiesel Berdasarkan ASTM D 6751/09, EN 14214/03,
dan Pr EN 14214/09 9
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak pada Minyak Jelantah 10
Tabel 2.3 Dampak Negatif Kontaminan dalam Biodiesel 17
Tabel 3.1 Rancangan Percobaan Tahap Transesterifikasi 23
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari Minyak Jelantah 32
Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak dari TWCO 33
Tabel 4.3 Komposisi Katalis Abu dari Limbah Cangkang Telur Ayam 35
Tabel 4.4 Perbandingan Karakteristik Komponen Biodiesel Menggunakan
Zeolit Alam Tanpa Aktivasi dan Zeolit Alam Teraktivasi 38
Tabel 4.5 Perbandingan Karakteristik Komponen Biodiesel Menggunakan
Zeolit Alam dan CaO dari Limbah Cangkang Telur Ayam
sebagai Katalis Tunggal 39
Tabel 4.6 Hasil Analisis Densitas, Viskositas dan Kadar Ester pada
Biodiesel 47
Tabel 4.7 Perbandingan Sifat Fisika Biodiesel Hasil Penelitian dengan
Standar Biodiesel di Indonesia, Amerika Serikta, dan Eropa 48
Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak Minyak Jelantah 60
Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida Minyak Jelantah 60
Tabel L1.3 Komposisi Asam Lemak Treated Waste Cooking Oil (TWCO) 61
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 60
L1.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK MINYAK
JELANTAH 60
L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA MINYAK
JELANTAH 60
L1.3 KOMPOSISI ASAM LEMAK TREATED
WASTE COOKING OIL (TWCO) 61
L1.4 KOMPOSISI TRIGLISERIDA TREATED
WASTE COOKING OIL (TWCO) 61
L1.5 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) PADA
BAHAN BAKU 62
LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 63
L2.1 DATA DENSITAS BIODIESEL 63
L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIK
BIODIESEL 64
L2.3 DATA YIELD BIODIESEL 65
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 67
L3.1 PERHITUNGAN KADAR FREE FATTY ACID
(FFA) BAHAN BAKU 67
L3.1.1 Perhitungan Kadar Free Fatty Acid
(FFA) Minyak Jelantah 67
L3.1.2 Perhitungan Kadar Free Fatty Acid
(FFA) Treated Waste Cooking Oil
(TWCO) 67
L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 68
L3.3 PERHITUNGAN KEBUTUHAN KATALIS 69
L3.6 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 70
LAMPIRAN 4 HASIL ANALISIS 71
L4.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI BAHAN
BAKU 71
L4.2 HASIL ANALISIS KATALIS 73
L4.2.1 Katalis CaO dari Limbah Cangkang
Telur Ayam 73
L4.2.2 Penyangga Katalis dari Zeolit Alam 76
L4.2.3 Paduan Katalis Zeolit Alam dan CaO
dari Limbah Cangkang Telur Ayam 78
L4.3 HASIL ANALISIS KOMPOSISI BIODIESEL 80
LAMPIRAN 5 DOKUMENTASI PENELITIAN 81
L5.1 FOTO PERSIAPAN BAHAN BAKU
PENELITIAN 81
L5.2 FOTO PERSIAPAN KATALIS 82
L5.3 FOTO PROSES ESTERIFIKASI
DAFTAR SINGKATAN
AAS Atomic Absorption Spectrophotometry
ASTM American Standard Testing Method
BM Berat Molekul
CaO Kalsium Oksida
cSt centistokes
DG Digliserida
EDX Energy Dispersive X-ray Spectroscopy
FAME Fatty Acid Methyl Ester
FFA Free Fatty Acid
FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
GC Gas Chromatography
MG Monogliserida
PXRD Powder X-Ray Diffraction
rpm rotary per minute
SEM Scanning Electron Microscope
SNI Standar Nasional Indonesia
TG Trigliserida
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
N Normalitas larutan NaOH N
V Volume larutan NaOH terpakai ml
M Berat molekul asam lemak bahan
baku gr/mol
T Suhu °C
m Berat Sampel gram
ρ Massa Jenis kg/m3
sg Specific Gravity
t Waktu alir s
