PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE ETILEN GLIKOL SKRIPSI Oleh LEONARDO INDRA 120405068 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2016
PROSES ETANOLISIS MINYAK SAWIT DALAM SISTEM DEEP EUTECTIC SOLVENT (DES) BERBASIS CHOLINE CHLORIDE ETILEN GLIKOL SKRIPSI Oleh LEONARDO INDRA 120405068 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2016
DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Halim Gietari dan Ibu Yesika Indra Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do a yang tiada hentinya yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. v
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Leonardo Indra NIM : 120405068 Tempat/Tgl. Lahir : Padang / 22 Agustus 1995 Nama orang tua : Halim Gietari dan Yesika Indra Alamat orang tua : Jalan H. Piobang No 16 Payakumbuh Asal Sekolah : TK Pius Payakumbuh, tahun 1999-2001 SD Pius Payakumbuh, tahun 2001-2007 SMP Fidelis Payakumbuh, tahun 2007-2010 SMA Don Bosco Padang, tahun 2010-2012 Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi. 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai anggota. 3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia Tahun Ajaran 2015/2016 vi
ABSTRAK Transesterifikasi merupakan salah satu proses pembuatan bahan bakar ramah lingkungan yang dilakukan dengan mereaksikan minyak atau lemak dengan alkohol menggunakan bantuan katalis asam atau basa yang akan membentuk ester dan gliserol. Penelitian ini bertujuan untuk menguji potensi dan keefektifan penggunaan Deep Eutectic Solvent (DES) berbasis choline chloride : etilen glikol sebagai co-solvent dalam sintesis biodiesel melalui reaksi etanolisis dengan menggunakan bahan baku minyak sawit. Proses sintesis DES dilakukan dengan mencampurkan choline chloride : etilen glikol dengan perbandingan 1:2 (mol/mol) ke dalam erlenmeyer dan dipanaskan pada suhu 80 o C dengan pengadukan 300 rpm selama 60 menit. Variasi konsentrasi DES yang digunakan sebesar 1; 2; 3; 4; 5 dan 6 % berat minyak. Hasil terbaik diperoleh yield sebesar 81,72 % dengan kemurnian etil ester 99,35 % pada kondisi rasio molar etanol : minyak : 9:1, jumlah DES 4 % berat minyak, katalis 0,75 %, temperatur reaksi 70 C, kecepatan pengadukan 600 rpm dan waktu reaksi selama 60 menit. Kata kunci : Transesterifikasi, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Etilen Glikol vii
ABSTRACT Transesterification is a process of making an environmentally friendly fuel that is made by reacting oil or fat with alcohol utilize with acid or base catalysts which will form esters and glycerol. This study was aimed to test the potency and effectiveness of Deep Eutectic Solvent (DES) based choline chloride : ethylene glycol as co-solvent in biodiesel synthesis through ethanolysis reaction using palm oil feedstock. DES synthesis process is conducted by mixing choline chloride : ethylene glycol 1: 2 (mol / mol) ratio into erlenmeyer and heated at 80 C temperature with 300 rpm stirring speed for 60 minutes. DES concentration variation used by 1; 2; 3; 4; 5 and 6% wt oil. Best results yield 81,72% with 99,35% ethyl ester content was obtained at molar ratio of ethanol:oil : 9:1, amount of DES 4% oil wt, 0,75% catalyst, 70 C reaction temperature, 600 rpm stirring speed and 60 minutes reaction time. Keywords : Transesterification, Deep Eutectic Solvent, Choline Chloride, Ethylene Glycol viii
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT i ii iii v vi vii viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN BAB I PENDAHULUAN xv xvi 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 3 1.3 TUJUAN PENELITIAN 4 1.4 MANFAAT PENELITIAN 4 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6 2.1 POTENSI MINYAK SAWIT SEBAGAI BAHAN BAKU 6 2.2 BIODIESEL 7 2.3 PROSES TRANSESTERIFIKASI MINYAK SAWIT 2.3.1 Transesterifikasi tanpa Menggunakan Pelarut 7 8 2.3.2 Transesterifikasi dengan Menggunakan Pelarut 10 2.4 DEEP EUTECTIC SOLVENTS (DES) 10 2.5 SINTESIS DEEP EUTECTIC SOLVENTS (DES) 13 2.6 APLIKASI DES DALAM BIDANG PEMBUATAN BIODIESEL 14 2.6.1 Penggunaan DES sebagai Katalis dalam Transesterifikasi 14 2.6.2 Penggunaan DES untuk Pemisahan Gliserol dari Biodiesel Mentah 14 ix
2.6.3 Penggunaan DES sebagai Co-Solvent Dalam Pembuatan Biodiesel 2.7 POTENSI EKONOMI 14 15 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16 3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 16 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 16 3.2.1 Bahan Penelitian 16 3.2.2 Peralatan Penelitian 16 3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 17 3.3.1 Sintesis Deep Eutectic Solvents (DES) 17 3.3.2 Sintesis Biodiesel 17 3.4 PROSEDUR PENELITIAN 18 3.4.1 Pretreatment Bahan Baku 3.4.2 Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 3.4.3 Proses Sintesis Biodiesel 18 18 18 3.4.4 Sketsa Percobaan 19 3.4.4.1 Sketsa Percobaan Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 19 3.4.4.2 Sketsa Percobaan Proses Sintesis Biodiesel 20 3.4.5 Prosedur Analisis 21 3.4.5.1 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku Minyak Sawit dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca sa-40 21 3.4.5.2 Analisa Komposisi Bahan Baku Minyak Sawit dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS 21 3.4.5.3 Analisa Densitas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes OECD 109 21 3.4.5.4 Analisa Viskositas Deep Eutectic Solvent (DES) dan Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM D 445 22 x
3.4.5.5 Analisa Lapisan Atas dan Bawah Hasil 22 Transesterifikasi 3.4.5.6 Analisa Fasa Etanol Minyak dengan Metode 22 Capillary Bridge 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 23 3.5.1 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 23 3.5.2 Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 23 3.5.3 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 25 4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 25 4.2 PROSES DEGUMMING 25 4.2.1 Analisis Kandungan Asam Lemak Bebas (ALB) 26 4.2.2 Analisis Kadar Air 27 4.3 PENGARUH DES PADA BIODIESEL 27 4.3.1 Pengaruh DES pada Yield Biodiesel 28 4.3.2 Pengaruh DES pada Proses Pemisahan Biodiesel 29 4.3.3 Pengaruh DES pada Proses Pencucian Biodiesel 30 4.3.4 Pengaruh DES pada Fasa Etanol-Minyak 31 4.4 KARAKTERISTIK BIODIESEL 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 34 5.1 KESIMPULAN 34 5.2 SARAN 34 DAFTAR PUSTAKA 36 xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tahapan Reaksi Alkoholisis 8 Gambar 2.2 Mekanisme reaksi transesterifikasi dengan menggunakan basa homogen 9 Gambar 2.3 Diagram Representasi Teori Titik Eutektik Campuran 11 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Ilustrasi pembuatan biodiesel (a) tanpa menggunakan DES dan (b) menggunakan DES Interaksi antara Hydrogen Bond Acceptor (ChCl) dan Hydrogen bond Donor (R-OH) 12 13 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) dari Choline Cloride dan Etilen Glikol 19 Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Sintesis Biodiesel dari Minyak Sawit Secara Transesterifikasi Menggunakan Katalis KOH dan Deep Eutectic Solvent (DES) sebagai Co- Solvent 20 Gambar 3.3 Flowchart Pretreatment Bahan Baku 23 Gambar 3.4 Flowchart Proses Sintesis Deep Eutectic Solvent (DES) 23 Gambar 3.5 Flowchart Proses Sintesis Biodiesel 24 Gambar 4.1 Analisis kadar ALB CPO dan DPO 26 Gambar 4.2 Analisis kadar air CPO dan DPO 27 Gambar 4.3 Yield biodiesel vs Jumlah DES 28 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar D.1 Gambar D.2 Gambar D.3 Gambar D.4 Gambar D.5 Proses pemisahan (a) tanpa DES (b) dengan DES Proses pencucian biodiesel (a) tanpa DES 3 kali pencucian (b) tanpa DES 6 kali pencucian (c) dengan DES 3 kali pencucian Fasa etanol minyak (a) tanpa DES (b) dengan DES Pembuatan deep eutectic solvent Proses degumming minyak sawit Rangkaian peralatan pembuatan biodiesel Pembuatan biodiesel Pemisahan biodiesel dan gliserol hasil reaksi 29 30 31 48 48 49 49 50 xii
Gambar D.6 Gambar D.7 Gambar D.8 Gambar D.9 Gambar D.10 Gambar D.11 Pencucian biodiesel Pengeringan biodiesel DES yang dihasilkan Biodiesel yang dihasilkan Analisis viskositas Analisis densitas 50 51 51 52 52 53 xiii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Kandungan asam lemak pada buah sawit 6 Tabel 3.1 Rancangan percobaan sintesis biodiesel 17 Tabel 4.1 Komposisi asam lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25 Tabel 4.2 Banyak pencucian yang dilakukan 31 Tabel 4.3 Karakteristik Biodiesel 32 Tabel A.1 Komposisi asam lemak CPO 41 Tabel A.2 Komposisi trigliserida CPO 41 Tabel A.3 Tabel A.4 Tabel B.1 Tabel B.2 Tabel B.3 Kadar air CPO Kadar free fatty acid (FFA) CPO Hasil analisis densitas biodiesel suhu 15 o C Hasil analisis viskositas biodiesel Hasil yield dan kemurnian etil ester 42 42 43 43 43 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A DATA BAHAN BAKU LA.1 Komposisi Asam Lemak Bahan Baku CPO Hasil Analisis GCMS 41 LA.2 Komposisi Trigliserida Bahan Baku CPO 41 LA.3 Kadar Air CPO 42 LA.4 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 42 LAMPIRAN B DATA PENELITIAN 43 LB.1 Data Densitas Biodiesel LB.2 Data Viskositas Kinematik Biodiesel LB.3 Data yield Etil Ester 43 43 43 LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN 44 LC.1 Perhitungan Kadar FFA CPO LC.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Degumming LC.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 44 44 44 LC.2 Perhitungan Kebutuhan Etanol 45 LC.3 Perhitungan Densitas Biodiesel 46 LC.4 Perhitungan Viskositas Biodiesel 46 LC.5 Perhitungan Yield Biodiesel 47 LAMPIRAN D LAMPIRAN E DOKUMENTASI HASIL UJI LABORATORIUM 48 54 LE.1 Hasil Uji Bahan Baku Minyak Kelapa Sawit (CPO) 54 LE.2 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan tanpa DES 55 LE.3 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 1% 56 LE.4 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 2% 57 LE.5 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 3% 58 LE.6 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 4% LE.7 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 5% LE.8 Hasil Uji Biodiesel yang Dihasilkan dengan DES 6% 59 60 61 xv
DAFTAR SINGKATAN KOH NaOH THF ILs DES HBD PTSA ChCl GCMS FFA AOCS OECD ASTM CPO CPKO NaOCH3 CO2 ZnCl2 wt rpm PPKS St cst GC DPO ALB cp FAEE FOEE Kalium Hidroksida Natrium Hidroksida Tetrahydrofuran Ionic Liquids Deep Eutectic Solvents Hydrogen Bond Donor p-toluenesulfonic Acid Monohydrate Choline Chloride Gas Chromatography Mass Spectrometry Free Fatty Acid American Oil Chemists' Society Organisation for Economic Co-operation and Development American Standard Testing Method Crude Palm Oil Crude Palm Kernel Oil Natrium Metoksida Karbon Dioksida Zinc Chloride berat Revolutions per Minute Pusat Penelitian Kelapa Sawit Stokes Centistokes Gas Chromatography Degumming Palm Oil Asam Lemak Bebas Centipoise Fatty Acid Ethyl Ester Fish Oil Ethyl Ester xvi
SNI BM Standar Nasional Indonesia Berat Molekul xvii