SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR TESIS OLEH: EKO KORNELIUS SITEPU /KIM

(1)

SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK

BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN

MINYAK JARAK PAGAR

TESIS

OLEH:

EKO KORNELIUS SITEPU

017006005/KIM

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2011

(2)

SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK

BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN

MINYAK JARAK PAGAR

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Kimia pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh:

EKO KORNELIUS SITEPU

017006005/KIM

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2011

(3)

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR

Nama Mahasiswa : Eko Kornelius Sitepu Nomor Induk Mahasiswa : 017006005

Program Studi : Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing,

Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc.

Ketua Anggota

Ketua Program Studi Kimia, D e k a n,

Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, MS. Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

PERNYATAAN ORISINALITAS

SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 25 Maret 2011 Yang Membuat Pernyataan,

Eko Kornelius Sitepu 017006005

(5)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Eko Kornelius Sitepu

NIM : 017006005

Program Studi : Kimia Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non Eksklusif (Non Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya.

Medan, 25 Maret 2011

(6)

Telah diuji pada

Tanggal : 25 Maret 2011

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Anggota : 1. Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc.

2. Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, M.S. 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc. 4. Dr. Nimpan Bangun, M.Sc.

(7)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Eko Kornelius Sitepu, SSi Tempat dan Tanggal Lahir : Jakarta, 24 April 1973

Alamat Rumah : Jl. Jamin Ginting Gg. Selamat No. 8 Padang Bulan Medan 20155

Telepon/Faks/HP : 061-768011xx / 08196000xxx e-Mail : ekositepu@gmail.com Instansi Tempat Bekerja : STMIK – STIE Mikroskil Alamat Kantor : Jl. Thamrin No. 140 Medan Telepon/Faks/HP : 061-4573767 / 061-4567789

DATA PENDIDIKAN

SD : SDN 06 Pagi Kramat Sentiong Jakarta Tamat : 1985 SMP : SMP Fransiskus III Jakarta Tamat : 1988 SMA : SMA Negeri 27 Jakarta Tamat : 1991 Strata-1 : FMIPA USU Medan Tamat : 1996 Strata-2 : PSMK PPs FMIPA USU Medan Tamat : 2011

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga tesis ini dapat selesai dikerjakan dengan lancar dan baik.

Melalui tesis ini perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc(CTM). Sp.A(K), atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan program pascasarjana ini. Direktorat Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia atas bantuan dana BPPS yang diberikan. Terima kasih juga saya ucapkan kepada Dekan Fakultas MIPA, Dr. Sutarman, M.Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang sebesar-besarnya juga disampaikan kepada Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, MS selaku Ketua Program Studi Kimia atas kesempatan dan bantuan selama mengikuti program pascasarjana ini serta kepada seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Kimia Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya atas segala bantuan, bimbingan dan kerjasamanya selama ini saya sampaikan kepada:

1. Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. dan Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc, selaku komisi pembimbing yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan saran hingga tesis ini dapat terselesaikan.

2. Almarhum Prof. Dr. Hemat R. Brahmana, M.Sc. atas pengajaran dan bimbingan yang telah diberikan.

3. Kepala Laboratorium Kimia Organik FMIPA – USU dan para asisten, atas fasilitas dan bantuannya selama pengerjaan tesis ini.

4. Kepada orang tua saya, S. Sitepu dan L.A. Br. Bangun serta keluarga lainnya yang telah memberikan doa restu serta dorongan moril dan materil selama ini. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada Istri tercinta Juliati Br. Tarigan dan anak-anak tersayang, Rahmasella Agnes Yolanda Br. Sitepu dan Ray Regan Sitepu yang dengan penuh kesabaran dan kasih memberikan dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan pendidikan ini.

Semoga Tuhan selalu memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua. Medan, 25 Maret 2011 Penulis,

(9)

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh alkil alkohol rantai lurus (etanol) dan bercabang (isopropanol dan 2-butanol) terhadap karakter alkil ester dari minyak kelapa sawit yang banyak mengandung palmitat serta minyak jarak pagar yang kaya akan asam oleat dan linoleat. Karakterisasi alkil ester yang diperoleh menunjukkan 2-butil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar memiliki viskositas (6,84 dan 6,75) yang lebih besar dari standar penggunaan biodiesel di Indonesia yakni 2,3 – 6,0. Angka setana alkil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar mengalami peningkatan seiring dengan bertambah panjangnya rantai gugus alkohol yang digunakan yakni dari 62 dan 58,5 pada metil ester menjadi 70,97 dan 61,63 pada etil ester. Namun demikian adanya percabangan pada rantai alkoholnya tidak berpengaruh terhadap angka setananya yakni 66,98 dan 57,35 pada isopropil ester serta 69,71 dan 62,41 pada 2-butil ester. Pertambahan panjang rantai dan adanya percabangan pada gugus alkohol yang digunakan menyebabkan titik kabut dan titik tuang etil, isopropil dan 2-butil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar semakin menurun dibandingkan titik tuang dan titik kabut metil ester dari kedua minyak tersebut dimana etil, isopropil dan 2-butil ester memiliki titik kabut berturut-turut sebesar 8 dan -5; 7 dan -1; 8 dan -50C dan titik tuang berturutturut sebesar 7 dan -9,6; 6 dan -5,4; 2 dan -10,90C sedangkan titik kabut metil ester-nya sebesar 15,2 dan 80_{C dan 15 dan 6}0_{C untuk titik tuangnya. Oleh karena itu alkil alkohol bercabang}

memiliki potensi sebagai pengganti metanol dalam pembuatan biodiesel karena memiliki angka setana yang lebih tinggi serta memiliki titik kabut dan titik tuang yang lebih rendah dari pada metil ester.

(10)

SYNTHESIS AND CHARACTERISTIC OF ALKYL ESTER FOR BIODIESEL FROM PALM OIL AND JATHROPA OIL

ABSTRACT

It has been researched to find out the effect of the linear of alkyl alcohol (ethanol) and the branch (isopropanol and 2-butanol) of the characteristic of alkyl ester from palm oil which contains of much palmitic and jathropa oil which is rich in oleic and linoleic acid. The characterization of alkyl ester shows that 2-butyl ester from RBDPO and jathropa oil which having vicosity (6,84 and 6,75) more larger than the standard of using biodiesel in Indonesia, that is 2,3 - 6,0. The number of alkyl ester cetane from RBDPO and jathropa oil increasingly due to the length of the chain alcohol group which is used from 62 and 58,5 at methyl ester to be 70,97 and 61,63 at ethyl ester. However, the branch of alcohol chain does not effect to the cetane number, that is 66,98 and 57,35 at isopropyl ester and 69,71 and 62,41 at 2-butyl esters. The increasing of the chain length and the branch of the alcohol group which cause the cloud point and the pour point of ethyl, isopropyl and 2-butyl ester from RBDPO and jathropa oil decreasingly which comparing with pour point and cloud point of methyl ester from both oil where ethyl, isopropyl and 2-butyl ester have cloud point successively 8 and - 5; 7 and - 1; 8 and - 50C and pour point successively 7 and - 9,6; 6 and - 5,4; 2 and - 10,90_{C while pour point methyl ester has 15,2 and 8}0_C

and 15 and 60C. Therefore, the branch of alkyl alcohol has the potential to replace the methanol in making of biodiesel because having the higher level cetane and having the lower cloud point and pour point than the methyl ester.

(11)

DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ... i ABSTRAK ... ii ABSTRACT ... iii DAFTAR ISI ... iv DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.4. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. Biodiesel ... 5

2.1.1. Angka Setana ... 14

2.1.2. Titik Kabut dan Titik Tuang ... 17

2.2. Minyak Kelapa Sawit ... 19

2.3. Minyak Jarak Pagar ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1. Bahan-bahan ... 27

3.2. Alat-alat ... 27

3.3. Prosedur Penelitian ... 27

3.3.1. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit dan Minyak Ja- rak Pagar dengan Etanol, Isopropil Alkohol dan 2-Butil Alkohol ... 27

3.3.2. Karakterisasi Alkil Ester ... 28

(12)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1. Hasil Penelitian ... 30

4.1.1. Proses Pembuatan ... 30

4.1.2. Karakterisasi Alkil Ester ... 35

4.2. Pembahasan ... 37

4.2.1. Pembuatan Alkil Ester ... 37

4.2.2. Analisis Pembentukan Alkil Ester ... 39

4.2.3. Analisis Alkil Ester ... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

5.1. Kesimpulan ... 49

5.2. Saran ... 49

DAFTAR PUSTAKA ... 51 LAMPIRAN ... L1

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel J u d u l Halaman

2.1 Standard Biodiesel ASTM (ASTM D6751) 7 2.2 Beberapa Zat Pengotor Dalam Biodiesel Yang Dapat

Merusakkan Komponen Mesin Diesel

13 2.3 Beberapa Sifat Biodiesel Berdasarkan Perbedaan Asam

Lemak yang Terkandung Didalamnya

16 2.4 Angka Setana Biodiesel dari Beberapa Minyak / Lemak 17 2.5 Titik Tuang dan Titik Kabut (0C) Beberapa Biodiesel dari

Minyak atau Lemak Hewani

19 2.6 Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa Sawit 22 2.7 Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar 25 4.1 Komposisi Asam Lemak yang Terkandung dalam RBDPO 30 4.2 Komposisi Asam Lemak yang Terkandung dalam Minyak

Jarak Pagar 31

4.3 Berat Ester Alkil Bercabang Hasil Transesterifikasi 32 4.4 Faktor Retensi Ester Alkil Bercabang 33 4.5 Hasil Analisa FT-IR Ester Alkil Bercabang 34 4.6 Bilangan Penyabunan dan Bilangan Iodium Alkil Ester 34 4.7 Sifat Fisik dan Kimia Alkil Ester 36 4.8 Rendemen Alkil Ester 39 4.9 Hasil Perhitungan Angka Setana Alkil Ester 45

(14)

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar J u d u l Halaman

2.1 Reaksi Esterifikasi Asam Lemak Bebas Menjadi Biodiesel 10 2.2 Reaksi Transesterifikasi Minyak Menjadi Biodiesel 11 2.3 Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Menggunakan Katalis

Basa 12

2.4 Tanaman dan Penampangan Buah Kelapa Sawit 20 2.5 Alur Proses Penyulingan Minyak Kelapa Sawit 21 2.6 Tanaman Jarak Pagar dan Buahnya 24 4.1 Hasil Reaksi Transesterifikasi 32 4.2 Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Menggunakan Katalis

Asam 38

4.3 Penggalan Spektrum FT-IR Minyak Kedelai dan Etil Ester-nya

40 4.4 Penggalan Spektra FT-IR RBDPO dan Alkil Ester 41 4.5 Penggalan Spektra FT-IR Minyak Jarak Pagar dan Alkil

Ester

42 4.6 Grafik Viskositas Alkil Ester dari RBDPO dan Minyak Jarak

Pagar 43

4.7 Grafik Perbandingan Angka Setana Alkil Ester 46 4.8 Grafik Perbandingan Titik Kabut Alkil Ester 47 4.9 Grafik Perbandingan Titik Tuang Alkil Ester 48

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran J u d u l Halaman

A Kromatogram Metil Ester dari RBDPO dan Minyak Jarak Pagar

L1 B Prosedur Penentuan Bilangan Iodium dan Bilangan

Penyabunan L3

C Spektrum FT-IR Biodiesel L7 D Keputusan Direktur Jenderal Minyak Dan Gas Bumi

Nomor: 13A83 K/24/Djm/2006 Tentang Standar Dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Jenis Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Lain yang Dipasarkan Di Dalam Negeri

L11

E Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No. 3675 K/24/DJM/2006, tanggal 17 Maret 2006 tentang Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Minyak Jenis Minyak Solar yang Dipasarkan di Dalam Negeri

L12