PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS.

Transkripsi

1 PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS Oleh PARLINDUNGAN SITORUS / FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

2 PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS Oleh PARLINDUNGAN SITORUS / FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

3 PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Oleh PARLINDUNGAN SITORUS / FIS PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

4 PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM Nama : PARLINDUNGAN SITORUS N I M : Program Studi Fakultas : Magister Ilmu Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui Komisi Pembimbing Dr. Marhaposan Situmorang Ketua Dr. Nimpan Bangun, M.Sc Anggota Ketua Program Studi, D e k a n, Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc. Dr. Sutarman,M.Sc NIP NIP

5 PERYATAAN ORISINALITAS PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS Dengan ini saya nyatakan 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, Juni 2011 ( Parlindungan Sitorus) NIM:

6 PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika, saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : PARLINDUNGAN SITORUS N I M : Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ( Non-Exclusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul: PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM Beserta perangkat yang ada ( jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini, 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 pemegang dan atas sebagai pemilik hak cipta. Demikian surat peryataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, Juni 2011 ( Parlindungan Sitorus)

7 Telah Diuji pada Tanggal : 24 Juni 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr.Marhaposan Situmorang Anggota : 1. Dr.Nimpan Bangun, M.Sc 2. Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc

8 RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar : Parlindungan Sitorus,S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Simarmata, 10 Mei 1974 Alamat : Jl. Bajak 2H Perumahan Puri Mediterania 64 Kelurahan Harjosari II Medan Telepon /HP : parlindungansitorus@ymail.com Instansi Tempat Bekerja : Kopertis Wilayah I Medan-NAD dpk Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan Alamat Kantor : Jl Setia Budi Gg Sempurna Tanjung Sari Telepon/Faks : ; DATA PENDIDIKAN SD : SD Negeri Simarmata Tamat : 1986 SMP : SMP Negeri-2 Simanindo Tamat : 1989 SMA : SMA Negeri-1 Pangururan Tamat : 1992 Strata-1 : FMIPA USU Tamat : 1999 Strata-2 : PPs FMIPA USU Tamat : 2011

9 KATA PENGANTAR Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala limpahan rahmad dan karunia-nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Pemerintah Republik Indonesia c.q Menteri Pendidikan Indonesia yang telah memberikan bantuan dana melalui program BPPS sehingga penulis dapat melaksanakan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA. Rektor, Bapak Prof.Dr.dr.Syahrial Pasaribu, DTM&H,M.Sc(CTM),Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. Dekan Fakultas MIPA, Dr. Sutarman, M.Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA. Ketua Program Studi Magister Fisika, Bapak Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc dan Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Bapak Dr.Anwar DharmaSembiring,M.S beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana. Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tinginya, penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Komisi Pembimbing yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, demikian juga penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih untuk Bapak Dr. Nimpan Bangun, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang sangat sabar, menuntun dan membimbing hingga selesainya penelitian ini. Kepada semua asisten Laboratoriun Kimia Anorganik USU yang telah meluangkan waktu tenaga dan pikiran yang membantu kami untuk proses pembuatan biodiesel. Kepada kedua orang tua saya, Ayahanda J.Sitorus dan ibunda tercinta T.Simarmata yang setiap saat mendoakan penulis selama dalam pendidikan dan penyelesaian tesis ini. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan sayang yang mendalam buat istri tercinta Doris M Togatorop, yang senantiasa memberikan dorongan dengan penuh kesabaran, pengertian dan mendoakan keberhasilan penulis dalam menyelesaikan studi ini. Terlebih lagi terima kasih dan sayang yang teramat dalam kepada anak-anakku terkasih Cheryl Olivia Benedict Sitorus dan Christian Federico Sitorus yang setiap saat berdoa untuk keberhasilan penulis. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi semua pihak, dan penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam tulisan ini, kritik dan saran yang sifatnya membangun, penulis harapkan untuk perbaikan selanjutnya. Parlindungan Sitorus i

10 PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas) MENGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM ABSTRAK Bahan bakar minyak bumi adalah salah satu sumber energi utama yang digunakan di banyak negara di dunia saat ini. Kebutuhan akan bahan ini semakin meningkat, seiring dengan penggunaannya di bidang industri dan transportasi, sehingga mendorong diperlukannya sumber energi alternatif baru. Minyak tumbuhan merupakan bahan yang potensial sebagai sumber energi terbarukan untuk dapat menghasilkan metil ester (biodiesel) sebagai bahan pengganti minyak diesel. Penelitian ini menggunakan minyak jarak pagar sebagai bahan mentahnya. Transesterifikasi salah suatu reaksi kimia yang cocok untuk pembuatan biodiesel, reaksi ini berlangsung dengan bantuan katalis basa. Katalis KOH digunakan dalam reaksi transesterifikasi minyak jarak pagar (Jatropha curcas) untuk pembuatan biodiesel. Minyak ini mengandung kadar asam lemak bebas yang tinggi, dengan kadar asam lemak bebasnya 7,78 % yang berpotensi menimbulkan reaksi sampingan yaitu penyabunan. Proses transesterifikasi dijalankan pada dengan perbandingan molar minyak jarak dengan zat pelarutnya 1 : 6, jumlah katalis basa KOH 4 % dari berat minyak, suhu reaksi dibuat tetap 65 o C, dan waktu reaksi divariasikan mulai dari 2jam, 4 jam dan 6 jam. Larutan yang dihasilkan dinetralkan menggunakan asam HCl, kemudian ditambahkan n-heksan dan dicuci dengan aquadest. Lapisan atas mengandung metil ester (FAME) dan lapisan bawah gliserol,metanol sisa, dan zat pengotor yang lain. Lapisan atas dalam corong pisah mengandung FAME ditambahkan dengan Na 2 SO 4 anhidrous dan didiamkan selama 3 jam,larutan disaring kemudian didestilasi vakum, residu ditimbang. Dari 500 gr minyak jarak pagar ditransesterifikasi, selama 2 jam,4 jam, dan 6 jam diperoleh diperoleh konversi FAME 68,31%,74,03%, 75,75%. Sifat-sifat fisis dan kimia biodiesel yang diperoleh dari reaksi transesterifikasi dengan lama reaksi waktu 2 jam; 4 jam dan 6 jam masing-masing: flash point 40 o C ; 35 o C ; 35 o C kadar air 0,978 % ; 0,7033%; 0,1014% cloud point 6 o C ; 8 o C ; 1,75 o C viskositas 8,58 cst ; 8,98 cst ; 5,99 cst densitas 0,84 gr/cm 3 ; 0,91 gr/cm 3 ; 0,88 gr/cm 3 bilangan jodium 67,03 mg/g; 67,09 mg/g, 67,57 mg/g. Makin lama reaksi makin banyak konversi metil ester yang diperoleh, dan dari pengujian sifat fisisnya menunjukkan biodiesel turunan minyak jarak pagar dapat dipakai sebagai salah satu alternatif pengganti bahan bakar pengganti solar. Kata Kunci : minyak jarak pagar, transesterifikasi, katalis, sifat fisis ii

11 PRODUCTION OF BIODIESEL FROM JATROPHA CURCAS OIL (Jatropha curcas )THROUGH OPTIMISED KOH 4% CATALYSED WITH VARIATION REACTION TIME FOR 2 ; 4 AND 6 HOURS ABSTRACT Petroleum fuel is one of especial source energy used a lot of state world in this time. Human need for energy sources in the form of fuel increasing, along with its use in industrial area and transportation, so that push needing of new alternative source energy. Plant oil represent the potential substance as new source energy to yield the ester methyl (biodiesel) as substitution of diesel oil. This research use the jatropha curcas oil as raw material. Transesterification is one of the appropriate chemical reaction for the making of biodiesel, this reaction constructively base catalyzed. KOH catalyst used in transesterification reaction the Jatropha curcas oil (Jatropha curcas) for the making of biodiesel. This oil the high free fatty acid contain, with the free fatty acid contents 7,78 % have potency to generate the peripheral reaction that is lathering. Proces transesterification conducted with ratio of molar Jatropha curcas oil to the solvent is 1 : 6, amount of KOH base catalyzed 4 % from oil weight, temperature reaction made remain to 65 o C, and time variation reaction start from 2 hours, 4 hours and 6 hours. Condensation yielded neutralized use the HCL acid, then enhanced n-heksan and cleaned by aquadest. Flake contain the methyl ester (FAME) and substratum of gliserol and methanol is remainder and other pollutant. Flake in funnel apart to contain the FAME enhanced by Na 2 SO 4 anhidrous and hushed during 3 hours, condensation filtered then vacuum destilation, deliberated residual. From 500 gr of jatropha curcas oil transesterification, during 2 hours, 4 hours, and 6 hours obtained FAME conversion 68,31%, 74,03%, 75,75%. Physical propertis and chemical properties and biodiesel obtained from transesterification reaction with time reaction 2 hours; 4 hours and 6 hours of each : flash point 40 o C; 35 o C ;35 o C water rate 0,978% ; 0,7033%; 0,1014% cloud point 6 o C ; 8 o C ; 1,75 o C viscositas 8,58 cst ; 8,98 cst ; 5,99 cst densitas 0,84 gr/cm 3 ; 0,91 gr/cm 3 ; 0,88 gr/cm 3 jodium number mg/g; 67,09 mg/g, 67,57 mg/g. Longer time reaction more obtained ester methyl conversion, and from examination nature of physical properties show the biodiesel jatropha curcas oil generation usable fence as one of alternative of substitution of fuel of diesel fuel substitution. Key word: jatropha curcas oil, transesterification, catalyst, physical properties iii

12 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN Halaman i ii iii iv vi viii ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Batasan Masalah Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Jarak Pagar (Jatropha curcas) Bioenergi Bioethanol Minyak Nabati Komposisi Dalam Minyak Nabati Monogliserida, Digliserida, Trigliserida dan Total Gliserol Massa) Asam Lemak Bebas Minyak Jarak Pagar Bahan Bakar Diesel Biodiesel Sifat-Sifat Biodiesel Keuntungan Keuntungan dari Biodiesel Emisi Biodiesel Proses Pembuatan Biodiesel Esterifikasi Transesterifikasi Kromatografi Gas Persyaratan Kualitas Biodiesel 35 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Proses Pembuatan Biodiesel Alat dan Bahan Diagram Alir Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar Diagram Alir Uji Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar Prosedur Kerja Pengujian Viskositas 40 iv

13 3.4 Pengujian Massa Jenis (Densitas) Pengujian Bilangan Jodium Pengujian Titik Kabut (Cloud Point) Pengujian Kadar Air Pengujian Titik Nyala ( Flash Point) 47 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar Hasil Analisa Sifat Fisika, Kimia dan Konversi FAME Kadar Air Viskositas (kekentalan) Flash Point (Titik Nyala) Cloud Point ( Titik Kabut) Kerapatan (Densitas) Bilangan Jodium 57 BAB V KESMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 59 DAFTAR PUSTAKA 60 v

14 DAFTAR TABEL Nomor Tabel J u d u l Halaman 1.1 Porsi Konsumsi Minyak Solar Sektor Transportasi Keberlanjutan Produksi Minyak Bumi Dunia Perbandingan Emisi Biodiesel dan Petrosolar Komposisi Kandungan Zat pada Biji Jarak Pagar Tanaman Potensi Energi Terbarukan di Indonesia Tanaman Penghasil Minyak Nabati serta Produktivitasnya Spesifikasi Minyak Jarak Pagar untuk Biodiesel Komposisi Bahan Kimia dari Biji, kulit dan Buah Jarak Pagar Perbandingan Kandungan Minyak Beberapa Tanaman Standar ASTM Untuk Bahan Bakar Biodiesel Masalah Kinerja dan Kemungkinan Penyebabnya Sifat Fisis Minyak Diesel dan Pengaruhnya pada Mesin Perbandingan EmisiBiodiesel dan Petroleum Diesel Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI Kandungan Asam Lemak,Jumlah Trigliserida dalam Minyak Jarak Pagar ((Jatropha curcas) dalam Basis Hitungan 100 gr FAME Kasar yang diperoleh dari Hasil Transesterifikasi Hasil Uji Fisis dan Kimia Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar 51 vi

15 DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 Pohon Jarak Pagar (Jatropha curcas) Buah /Biji Pohon Jarak Pagar Struktur molekul monogliserida, digliserida dan trigliserida Struktur Asam Lemak Bebas Struktur Kimia Minyak Jarak Pagar Struktur Kimia Minyak Jarak Pagar Kepyar Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak Menjadi Metil Ester Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester Tahapan Reaksi Transesterifikasi Grafik Hubungan Antara Konversi FAME dengan lama reaksi Grafik hubungan antara persentase Konversi FAME dengan 52 Flash Point biodiesel turunan minyak jarak pagar 4.3 Grafik hubungan antara persentase Konversi FAME dengan 53 Kadar Air biodiesel turunan minyak jarak pagar 4.4 Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Cloud Point Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan 55 Viskositas Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar 4.6 Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Densitas Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan 58 Bilangan jodium Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar vii

16 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran J u d u l Halaman A Hasil Uji Titrasi Minyak Jarak Pagar L-1 B Data Hasil Uji Fisis Biodiesel Minyak Jarak Pagar L-2 C Gambar - Gambar Percobaan di Laboratorium L-3 viii