BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Sistem energi saat ini sangat tergantung pada penggunaan bahan bakar fosil. Sekitar 80% dari konsumsi energi total dunia telah disediakan oleh bahan bakar fosil seperti batu bara, gas alam dan minyak. Diperkirakan bahan bakar fosil tersebut akan habis dalam 50 tahun. Pemanasan global muncul sebagai masalah besar karena meningkatkan efek gas rumah kaca yang ditimbulkan dari pembakaran bahan bakar fosil [1,2]. Dalam menghadapi tantangan deplesi cadangan bahan bakar fosil, dan meningkatnya harga minyak dunia, serta kepedulian lingkungan akibat emisi senyawa beracun pada pembakarannya, banyak negara di seluruh dunia telah melakukan inisiatif untuk mempromosikan pengembangan dan penyebaran energi terbarukan. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki sumber daya energi terbarukan, sehingga Indonesia berpotensi dalam pengembangan energi terbarukan [3,4]. Biodiesel merupakan salah satu energi terbarukan yang berpotensi mengganti bahan bakar fosil. Sifat fisik biodiesel yang mirip dengan diesel, dan fakta bahwa biodiesel dihasilkan dari bahan baku terbarukan, biodegradable dan kurang beracun, memiliki profil emisi pembakaran yang lebih menguntungkan dibanding diesel, seperti emisi karbon monoksida rendah, memiliki titik nyala yang relatif tinggi (150 o C) yang membuatnya lebih stabil dan lebih aman untuk transportasi, serta memberikan sifat pelumas, yang dapat mengurangi keausan mesin dan memperpanjang umur mesin, telah mengubah biodiesel menjadi alternatif utama untuk menggantikan diesel [5,6,7]. Indonesia merupakan salah satu produsen minyak sawit terbesar di dunia diikuti oleh Malaysia sebagai produsen minyak sawit terbesar kedua. Indonesia diprediksi akan berkembang pesat, memperkuat posisinya sebagai dunia terkemuka produsen kelapa sawit. Total area perkebunan saat ini sekitar 8 juta hektar dan diperkirakan mencapai 13 juta hektar pada tahun 2020. Indonesia menghasilkan lebih dari 23 juta ton minyak sawit pada tahun 2012. Areal perkebunan sebagian besar
berada di Sumatera dan Kalimantan; sisanya terletak di Sulawesi, Jawa dan Pulau Papua [3,4]. 20000 Jumlah (ton) 15000 10000 5000 0 Tahun *). Angka sementara Gambar 1.1 Grafik Produksi Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia pada Tahun 2004-2013 [8] Grafik diatas menunjukkan produksi minyak kelapa sawit di Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya. Oleh karena itu, buah sawit berpotensi besar dikonversi menjadi biodiesel. Pilihan bahan baku yang murah, mudah tersedia dan berkelanjutan menjadi langkah penting menuju proses produksi biodiesel secara ekonomi layak dan berkelanjutan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Metode yang paling umum dari produksi biodiesel adalah transesterifikasi atau alkoholisis minyak trigliserida dengan alkohol dengan adanya katalis yang menghasilkan ester monoalkil dan gliserol [4]. Transesterifikasi secara kimia telah digunakan untuk produksi industri biodiesel meskipun proses tersebut memiliki beberapa kelemahan yaitu energi yang intensif; pemulihan gliserol oleh-produk sulit; katalis asam atau basa harus dipulihkan dari produk; dan memerlukan pengolahan air limbah alkali. Kelemahan dari katalis alkali tersebut dapat diatasi oleh katalis enzimatis. Proses enzimatis mampu bereaksi pada kondisi suhu moderat, rasio alkohol yang rendah terhadap minyak, pemulihan produk lebih mudah, dan konversi yang tinggi [9]. Lipase telah digunakan pada tingkat industri untuk berbagai aplikasi dalam industri pengolahan makanan, farmasi dan kosmetik. Dengan kemampuannya untuk mengkatalisis berbagai reaksi, lipase adalah katalis yang cocok untuk
transesterifikasi berbagai bahan baku, bahkan bahan baku dengan nilai asam tinggi, yang dianggap sebagai bahan baku berkualitas rendah [4]. Pengembangan ekstraksi in situ, transesterifikasi langsung atau reaktif ekstraksi memiliki potensi untuk mengurangi biaya pengolahan dengan segala jenis bahan baku. Ekstraksi reaktif berbeda dari proses produksi biodiesel konvensional di mana bantalan minyak kontak dengan alkohol secara langsung bukannya bereaksi dengan minyak yang diekstraksi. Dengan kata lain, ekstraksi dan transesterifikasi melanjutkan dalam satu langkah tunggal, dengan alkohol bertindak sebagai ekstraksi pelarut dan pereaksi transesterifikasi. Proses ini memiliki kelebihan dalam mengurangi biaya modal dan produksi, mengurangi waktu pemrosesan, dan jumlah pelarut yang diperlukan [10,11]. Dalam percobaan konvensional, optimasi biasanya dilakukan dengan memvariasikan faktor tunggal dan menjaga faktor-faktor lain tetap pada kondisi tertentu. Metode ini memerlukan banyak percobaan dan memerlukan banyak waktu. Desain eksperimen statistik dapat digunakan untuk optimasi parameter reaksi untuk menghindari keterbatasan metode konvensional. Respon Surface Methodology (RSM) merupakan teknik statistik yang efektif untuk merancang eksperimen tersebut, membangun model dan menyelidiki proses yang kompleks untuk optimalisasi nilai target atau hasil. Sebuah metode RSM terdiri dari komposit pusat desain (CCD) digunakan untuk mengevaluasi efek interaktif dan mengoptimalkan kondisi reaksi ekstraksi reaktif mesokarop untuk menghasilkan biodiesel. Respon Surface Methodology (RSM) digunakan untuk menganalisis dan mengoptimalkan parameter operasi proses. Metodologi ini merupakan teknik statistik yang efektif untuk merancang eksperimen, membangun model dan menyelidiki proses kompleks untuk optimasi nilai target atau hasil [11]. Berdasarkan uraian diatas, maka penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan teknologi reactive extraction dengan bahan baku mesokarp berkatalis enzim padat menggunakan Respon Surface Methodology (RSM).
1.2 PERUMUSAN MASALAH Untuk mendukung pengembangan teknologi reaktif ekstraksi pada pembuatan biodiesel, diperlukan suatu model matematika yang menggambarkan kondisi optimum proses tersebut. Penelitian ini diarahkan untuk mendapatkan model matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol dengan bahan baku, dan konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon Surface Methodology (RSM). 1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan teknologi pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit dengan metode teknologi reactive extraction. 2. Mendapatkan kondisi optimum pada teknologi reaktif ekstraksi dalam pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit. 3. Mendapatkan model matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol dengan bahan baku, dan konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon Surface Methodology (RSM). 1.4 MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat : 1. Memberikan informasi keunggulan teknologi reaktif ekstraksi dalam proses pembuatan biodiesel. 2. Memberikan informasi kondisi optimum pada teknologi reaktif ekstraksi dalam pembuatan biodiesel dari mesokarp buah sawit. 4. Memperoleh model matematika yang menghubungkan suhu, rasio alkohol dengan bahan baku, dan konsentrasi katalis dengan yield menggunakan Respon Surface Methodology (RSM). 5. Memberikan informasi dasar kelayakan proses untuk sintesis biodiesel.. 6. Meningkatkan nilai ekonomis dari buah sawit yang yang tidak memenuhi kriteria matang panen dari perkebunan kelapa sawit.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah : 1. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Oleokimia dan Laboratorium Oleopangan, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Jalan Bridgen Katamso No. 51, Medan. 2. Bahan baku untuk sintesis biodiesel adalah mesokarp buah kelapa sawit, pelarut sekaligus reagen transesterifikasi Dimethyl Carbonate (DMC), dan Novozym 435. 3. Reaksi sintesis biodiesel dilangsungkan dengan memvariasikan variabel seperti berikut : a. Variabel tetap : 1. Waktu reaksi = 24 jam [12] 2. Berat mesokarp buah sawit = 2 gram 3. Kecepatan Pengadukan = 350 rpm [11] b. Variabel berubah : 1. Suhu reaksi = 50, 60, 70 o C [13] 2. Perbandingan mol mesokarp:dmc = 1:50, 1:60, 1:70 [14] 3. Konsentrasi katalis = 5%, 10%,15% [12] Parameter yang dianalisis pada bahan baku mesokarp buah sawit meliputi analisis komposisi asam lemak dan analisis kadar minyak sedangkan parameter yang dianalisis pada biodiesel adalah analisis kemurnian menggunakan kromatografi gas (Gas Chromatography) di Laboratorium Oleo Pangan, Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Jalan Brigjen Katamso No. 51 Medan, Indonesia.
Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan Biodiesel dengan Pelarut Dimethyl Carbonate (DMC) dan Penggunaan Katalis Heterogen Novozym 435 No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil 1 Pradhan, et al 2012 Optimization of reactive extraction of castor seed to produce biodiesel using response surface methodology KOH Variabel tetap : waktu reaksi 3 jam Variabel berubah : 1. Konsentrasi katalis 0.5 1.5% 2. Rasio metanol:castor seed 100:1 350:1 3. Kecepatan pengadukan = 100 600 rpm 4. Suhu reaksi : 45 65 o C Kondisi maksimum : Konsentrasi katalis 1%, rasio alkohol:minyak = 225:1, kecepatan pengadukan = 350 rpm, suhu reaksi : 55 o C 2 Sulaiman, et al 2013 Reactive extraction of solid coconut waste to produce biodiesel KOH Variabel tetap : waktu reaksi 3 jam Variabel berubah : 1. konsentrasi katalis 0.8 2%, 2. kecepatan pengadukan = 500 900 rpm, 3. suhu reaksi : 55 65 o C Yield : 88,5% Jumlah katalis 2% (v/v), kecepatan pengadukan = 700 rpm, suhu reaksi : 62 o C (Berdasarkan RSM)
Tabel 1.1 Penelitian yang Telah Dilakukan Tentang Pembuatan... (lanjutan) No Nama Tahun Judul Penelitian Katalis Variabel Hasil 3 Zhang, et al 2010 Synthesis and component confirmation of biodiesel from palm oil and dimethyl carbonate catalyzed by immobilized-lipase in solventfree system Novozyme 435 Variabel tetap : 1. Waktu reaksi : 24 jam, kecepatan 2. Pengadukan = 150 rpm Variabel berubah : 1. Konsentrasi katalis 5 25% 2. Rasio DMC:minyak = 2:1 20:1 3. Suhu reaksi : 40 60 o C Yield : 90,5% konsentrasi katalis :20%, rasio alkohol:minyak = 10:1, rpm, suhu reaksi : 55 o C 4 Su, et al 2009 In-situ Lipase-catalyzed Reactive Extraction of Oilseed with Short- Chained Dialkyl Carbonates for Biodiesel Production Novozyme 435 Ekstraksi : Jenis pelarut : n-heksana, DEC, DMC, waktu ekstraksi 8 jam, suhu ekstraksi 50 o C, rasio pelarut:minyak = 3:1, kecepatan pengadukan 180 rpm Transesterifikasi : Jumlah katalis 10%, rasio pelarut:minyak = 3:1, suhu reaksi 50 o C, waktu reaksi 12 jam, kecepatan pengaduk 180 rpm Insitu reactive extraction with Pistacia chinensis Bunge seed DMC : 74,6%, DEC : 78,2% Jatropha curcas I. Seed DMC: 77,6%, DEC : 84,2%