PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL)

Transkripsi

1 PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL) SKRIPSI Oleh Allen Rianto Sihotang DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013

2 PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL) SKRIPSI Oleh Allen Rianto Sihotang SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA OKTOBER 2013

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL) yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Medan, 24 September 2013 Allen Rianto Sihotang NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul: PENGARUH PENINGKATAN JUMLAH ABU KULIT BUAH KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PEMBUATAN METIL ESTER DENGAN BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH (CRUDE PALM OIL) dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 23 Oktober 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Koordinator Skripsi A.n. Sekretaris Dosen Pembimbing Dr. Ir. Fatimah, MT NIP Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Taslim, MSi. NIP Ir. Renita Manurung, MT. NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pengaruh Peningkatan Jumlah Abu Kulit Buah Kelapa Sebagai Katalis Dalam Pembuatan Metil Ester Dengan Bahan Baku Minyak Sawit Mentah (Crude Palm Oil), berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: Penelitian ini membantu dalam memberikan informasi tentang potensi abu kulit buah kelapa sebagai katalis pada reaksi transesterifikasi metil ester. Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah kelapa yang dapat dimanfaatkan sebagai katalis abu. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar besarnya kepada Dr. Ir. Muhammad Yusuf Ritonga, MT. selaku Dosen Pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi pengarahan dan bimbingan sehingga skripsi ini selesai dengan baik. 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, 24 September 2013 Penulis Allen Rianto Sihotang iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada Orang tua yang telah membantu baik moril dan materil dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dan juga kepada seluruh keluarga penulis baik abang dan adik yang telah banyak mendukung. Serta penulis tidak lupa juga berterimakasih kepada seluruh dosen, para pegawai administrasi, dan teman-teman sejawat Departemen Teknik Kimia yang telah banyak memberikan dukungan dan pembelajaran. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Allen Rianto Sihotang NIM: Tempat / Tanggal Lahir: Medan / 27 Maret 1991 Nama Orang Tua: Netty Sabrina Panggabean Alamat Orang Tua: Jl. Sedapmalam IX No.8 Sempakata Medan Asal Sekolah TK Swasta Diponegoro Asahan tahun SD Swasta Diponegoro Asahan tahun SD Yosef Arnoldi Bagan Batu tahun 1998 SD Negri No Gunung Pamela SD Xaverius Padang Sidempuan tahun 2003 SMP Methodist 1 Medan tahun SMA St.Thomas 2 Medan tahun Beasiswa yang diperoleh : Beasiswa BBM tahun 2011 Pengalaman Organisasi / Kerja Himatek periode sebagai Sekretaris Umum Asisten Laboratorium Penelitian tahun Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal : Pemanfaatan Abu Kulit Buah Kelapa Sebagai Katalis Pada Reaksi Transesterifikasi Minyak Sawit Menjadi Metil Ester v

8 ABSTRAK Metil ester pada umumnya disintesis melalui transesterifikasi dengan alkohol ringan menggunakan katalis basa kovensional yaitu NaOH, KOH, dan lain-lain. Sehingga dengan menggunakan abu kulit buah kelapa sebagai katalis dapat menjadi alternatif pengganti katalis konvensional yang sangat mahal. Dalam pembuatan metil ester pada penelitian ini dilakukan dua tahap reaksi yaitu reaksi esterifikasi dengan katalis asam kuat (H 2 SO 4 ) untuk mengurangi asam lemak bebas yang terdapat dalam minyak sawit dan reaksi transesterifikasi dengan metanol yang divariasikan jumlah katalis abu kulit buah kelapa (1, 2 dan 3% b/b) untuk memperoleh metil ester. Rasio molar metanol/minyak adalah 6:1, suhu reaksi 65 o C dan suhu pembakaran kulit buah kelapa tetap yaitu 550 o C. Sehingga diperoleh metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 83,78; 84,65 dan 63,23 ml. Kemudian produk yang dihasilkan dianalisa dengan menggunakan GC (Gas Chromatography). Diperoleh kemurnian metil ester dengan jumlah katalis 1, 2, dan 3% b/b masing-masing adalah 94,01%, 93,82% dan 95,16%. Sehingga hasil penelitian yang diperoleh dengan kemurnian yang maskimum terdapat pada jumlah katalis 3% b/b. Kata Kunci : metil ester, esterifikasi, transesterifikasi, GC. vi

9 ABSTRACT Methyl esters are generally synthesized through transesterification with mild alcohol to using conventional alkaline catalysts are NaOH, KOH, and others. So by using coconut husk ash as a catalyst can be an alternative to conventional catalysts are very expensive. In the manufacture of methyl ester in this study is using two-stage reaction such as, esterification reaction with a strong acid catalyst (H 2 SO 4 ) to reduce free fatty acids and transesterification with methanol which variated the amount of coconut husk ash catalyst (1, 2 and 3% w/w) to obtain biodiesel (methyl ester). Molar ratio of methanol/oil was 6:1, the reaction temperature of 65 o C and temperature burning coconut husk is 550 o C. In order to obtain methyl ester with the amount of catalyst 1, 2, and 3% w/w, respectively 83.78; and ml. Then the resulting products were analyzed by GC (Gas Chromatography). Retrieved purity methyl ester with a catalytic amount of 1, 2, and 3% w/w, respectively 94.01%, 93.82% and 95.16%. So that research results obtained with purity maximum contained on the amount of catalyst is 3% w/w. Keywords : methyl ester, esterification, transesterification, GC vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR x DAFTAR TABEL xii DAFTAR LAMPIRAN xiii DAFTAR SINGKATAN xv DAFTAR SIMBOL xvi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA LIMBAH KULIT KELAPA ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS JENIS KATALIS YANG DIGUNAKAN DALAM MEMPRODUKSI BIODIESEL (METIL ESTER) BIODIESEL (METIL ESTER) FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI TRANSESTERIFIKASI SYARAT MUTU BIODIESEL BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 14 viii

11 2.8 DESKRIPSI PROSES ANALISIS EKONOMI 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN RANCANGAN PENELITIAN PROSEDUR PENELITIAN ANALISA METIL ESTER FLOWCHART PENELITIAN DIAGRAM BLOK PEMANFAATAN ABU KULIT KELAPA SEBAGAI KATALIS DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL (METIL ESTER) BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ANALISA BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL) 4.2 ANALISA YIELD ANALISA DENSITAS ANALISA VISKOSITAS ANALISA TITIK NYALA ANALISA KEMURNIAN METIL ESTER ANALISA GLISERIDA DARI METIL ESTER ANALISA GLISEROL DARI METIL ESTER BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 47 DAFTAR PUSTAKA 48 LAMPIRAN 1 53 LAMPIRAN 2 55 LAMPIRAN 3 57 LAMPIRAN 4 62 LAMPIRAN 5 66 ix

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Limbah Kulit Kelapa 6 Gambar 2.2 Reaksi Kalium Karbonat dalam Metanol 12 Gambar 2.3 Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak menjadi Metil Ester 16 Gambar 2.4 Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil 17 Ester Gambar 2.5 Mekanisme Tahapan Reaksi Transesterifikasi 17 Gambar 3.1 Flowchart Tahap Preparasi Abu Kulit Buah Kelapa 27 Gambar 3.2 Flowchart Tahap Pretreatment CPO 27 Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas 28 Gambar 3.4 Flowchart Proses Esterifikasi 29 Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi 30 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas 31 Gambar 3.7 Flowchart Analisis Viskositas 32 Gambar 3.8 Flowchart Analisis Titik Nyala 32 Gambar 3.9 Diagram Blok Pemanfaatan Abu Kulit Kelapa Sebagai Katalis dalam Proses Pembuatan Biodiesel Gambar 4.1 Kromatogram Komposisi Asam Lemak CPO 36 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Hubungan Jumlah Katalis Abu Kulit Kelapa terhadap Yield Metil Ester Pada Suhu Pembakaran 550 o C Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Densitas Metil Ester yang Diperoleh Pada Suhu Pembakaran 550 o C Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Viskositas Metil Ester dengan Suhu Pembakaran 550 o C Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Titik Nyala Metil Ester dengan Suhu Pembakaran 550 o C Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Konversi Metil Ester Pada Temperatur Pembakaran 550 o C x

13 Gambar 4.7 Hubungan Jumlah Katalis dari Abu Pembakaran Kulit Kelapa terhadap Gliserida pada Metil Ester Pada Pembakaran 550 o C Gambar 4.8 Mekanisme Tahapan Reaksi Transesterifikasi 44 Gambar 4.9 Hubungan Jumlah Katalis Abu Kulit Kelapa terhadap Kandungan Gliserol dari Metil Ester Pada Pembakaran 550 o C Gambar L4.1 Foto Pembakaran Kulit Kelapa Menjadi Abu 62 Gambar L4.2 Foto Proses Esterifikasi dan Transesterifikasi 62 Gambar L4.3 Foto Hasil Esterifikasi 63 Gambar L4.4 Foto Hasil Transesterifikasi 63 Gambar L4.5 Foto Pencucian Metil Ester 64 Gambar L4.6 Foto Pengeringan Metil Ester 64 Gambar L4.7 Foto Hasil Metil Ester 65 Gambar L5.1 Kurva Kalibrasi Kalium 66 Gambar L5.2 Hasil Analisa AAS Kadar Kalium Abu Kulit Kelapa 66 Gambar L5.3 Standar CPO (Crude Palm Oil) 67 Gambar L5.4 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 68 Gambar L5.5 Komposisi CPO Hasil Analisa GC-MS 69 Gambar L5.6 Hasil Analisa GC Standar Biodiesel 70 Gambar L5.7 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 1%) Gambar L5.8 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 1%) Gambar L5.9 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 2%) Gambar L5.10 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 2%) Gambar L5.11 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 3%) Gambar L5.12 Hasil Analisa GC Metil Ester (Suhu Pembakaran 550 o C, 3%) xi

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Data Produksi CPO Indonesia 1 Tabel 2.1 Senyawa Utama Abu Kelapa (% Berat) 6 Tabel 2.2 Hasil Uji Katalis Mineral Alami 7 Tabel 2.3 Persyaratan Kualitas Biodiesel menurut SNI Tabel 2.4 Sifat-sifat Kimia dan Fisika CPO 14 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Komposisi Komponen Trigliserida Asam Lemak pada Minyak Sawit dari Berbagai Sumber Kandungan Minor (Komponen non-trigliserida) Minyak Sawit Tabel 2.7 Rincian Biaya Pembuatan Metil Ester dengan Pemanfaatan Katalis Abu Limbah Kulit Buah Kelapa Tabel 3.1 Rancangan Penelitian 22 Tabel 4.1 Hasil Analisa FFA Bahan Baku CPO (Crude Palm Oil) 35 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 36 Tabel L1.1 Komposisi Trigliserida CPO 53 Tabel L1.2 Komposisi Asam Lemak CPO 53 Tabel L1.3 Kadar Asam Lemak Bebas (FFA) CPO 54 Tabel L1.4 Kandungan Kadar Kalium 54 Tabel L2.1 Hasil Analisa Densitas Metil Ester 55 Tabel L2.2 Hasil Analisa Viskositas Metil Ester 55 Tabel L2.3 Hasil Titik Nyala Metil Ester 56 Tabel L2.4 Hasil Yield Metil Ester xii

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH CPO 53 HASIL ANALISA GC-MS 1.2 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU MINYAK SAWIT MENTAH CPO 53 HASIL ANALISA GC-MS 1.3 KADAR ASAM LEMAK BEBAS (FFA) CPO PERHITUNGAN KADAR KALIUM DENGAN ALAT UJI AAS (ATOMIC 54 ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER) LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN DATA DENSITAS METIL ESTER DATA VISKOSITAS KINEMATIKA METIL ESTER DATA TITIK NYALA METIL ESTER DATA TITIK YIELD METIL ESTER 56 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL DAN KATALIS ABU KULIT KELAPA PERHITUNGAN KADAR FFA DAN KEBUTUHAN ESTERIFIKASI 3.3 PERHITUNGAN DENSITAS METIL ESTER PERHITUNGAN VISKOSITAS METIL ESTER PERHITUNGAN YIELD METIL ESTER PERHITUNGAN KADAR KALIUM DENGAN UJI ALAT AAS 60 xiii

16 LAMPIRAN 4 FOTO HASIL PENELITIAN 62 LAMPIRAN FOTO PEMBAKARAN KULIT KELAPA MENJADI ABU 4.2 FOTO PROSES ESTERIFIKASI DAN TRANSESTERIFIKASI 4.3 FOTO HASIL ESTERIFIKASI FOTO HASIL TRANSESTERIFIKASI FOTO PENCUCIAN METIL ESTER FOTO PENGERINGAN METIL ESTER FOTO HASIL METIL ESTER 65 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM DAN GC DARI METIL ESTER 5.1 HASIL ANALISA AAS KADAR KALIUM ABU KULIT KELAPA 5.2 HASIL ANALISA GC-MS KOMPOSISI CPO HASIL ANALISA GC STANDAR BIODIESEL 5.4 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN 550 o C,1%) 5.5 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN 550 o C,2%) 5.6 HASIL ANALISA GC METIL ESTER (SUHU PEMBAKARAN 550 o C,3%) xiv

17 DAFTAR SINGKATAN CPO SBK PPKS HC AAS GC ALB SNI BSN Rp Rpm ESDM FFA GC-MS BM TG DG MG Crude Palm Oil Sekam Batang Kelapa Pusat Penelitian Kelapa Sawit Hidrocarbon Atomic Absorption Spectrophotometer Gas Chromatography Asam Lemak Bebas Standar Nasional Indonesia Badan Standard Nasional Rupiah Rotation per Minute Energi Sumber Daya Mineral Free Fatty Acid Gas Chromatography-Mass Spectrometry Berat Molekul Trigliserida Digliserida Monogliserida xv

18 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi CH 3 OH Metanol C 2 H 5 OH Etanol C 3 H 7 OH Propanol C 4 H 9 OH Butanol % Persen NaOH Natrium Hidroksida KOH Kalium Hidroksida K 2 CO 3 Kalium karbonat K Kalium CO 3 Karbonat Na Natrium Ca Kalsium Mg Magnesium Cl Klor N Nitrogen P Posfat SiO 2 Silika CaCO 3 Kalsium Karbonat MgO Magnesium oksida CaO Kalsium oksida KHCO 3 Kalium karbonat HCl Asam Klorida BF 3 Fluor H 3 PO 4 Asam Posfat CO Karbon monoksida CO 2 NaOCH 3 KOCH 3 Karbon dioksida Natrium metoksida Kalium metoksida xvi

19 Fe Besi Cu Tembaga H 2 O Air T Normalitas larutan NaOH N V Volume larutan NaOH ml M Berat molekul FFA g/mol Fp Faktor pengenceran w Berat sampel mg v Volume awal ml t Waktu alir detik ρ air Densitas air g/m 3 k Faktor kalibrasi kg/m.s 2 xvii