PEMANFAATAN ABU TULANG AYAM SEBAGAI KATALIS HETEROGEN (CaO) DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DENGAN MENGGUNAKAN PELARUT METANOL SKRIPSI Oleh DEDY O. S. SIBURIAN 110405132 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016
PEMANFAATAN ABU TULANG AYAM SEBAGAI KATALIS HETEROGEN (CaO) DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DENGAN MENGGUNAKAN PELARUT METANOL SKRIPSI Oleh DEDY O. S. SIBURIAN 110405132 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PEMANFAATAN ABU TULANG AYAM SEBAGAI KATALIS HETEROGEN (CaO) DALAM PROSES PEMBUATAN BIODIESEL DENGAN MENGGUNAKAN PELARUT METANOL Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Juli 2016 Dedy O. S. Siburian NIM: 110405132
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI Skripsi dengan judul: OTOMATISASI KENDALI TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA 2560 Dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Medan, Juli 2016 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, M.T. Mersi Suriani Sinaga, ST. MT NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19680806 199802 2 001
PRAKATA Puji dan syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya sehingga kami dapat menyelesaikan proposal penelitian ini. Proposal penelitian ini berjudul Pemanfaatan Abu Tulang Ayam sebagai Katalis Heterogen (CaO) dalam Proses Pembuatan Biodiesel dengan Menggunakan Pelarut Metanol dari CPO. Selama pelaksanaan dan penulisan skripsi ini, penulis dibantu oleh banyak pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibu Mersi Suriani Sinaga, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan proposal penelitian dan penyelesaian proposal ini. 2. Bapak Dr. Ir. Taslim MSi., selaku Dosen Penguji I. 3. Bapak Dr. Eng. Rondang Tambun MT, selaku dosen Penguji II. 4. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 6. Orang tua penulis yang telah banyak mendukung dan membantu penulis dalam menyelesaikan proposal penelitian ini baik secara spiritual maupun material. 7. Pontius Pardede selaku partner yang telah bekerja sama penuh selama penyelesaian proposal penelitian. 8. Teman-teman satu angkatan yang telah membantu penyelesaian proposal penelitian khususnya Gerson Rico M dan Monica Surbakti. Penulis menyadari bahwa proposal ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu sangat diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun untuk membantu dalam penyempurnaan proposal ini. Medan, Juli 2016 Penulis iii
DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Kedua orang tua penulis tercinta, K. P. Siburian S.Pd. dan A. R. Pasaribu, S.Pd. yang selalu memberikan dukungan spiritual dan materil. 2. Saudara penulis, Erni N. L. Siburian, S.E., Riko A. P. Siburian, S. T., Gita I. F. Siburian, S. E., dan Sofian A. E. Siburian yang selalu memberikan dukungan spiritual dan materil. 3. Rekan penelitian Pontius Pardede dan rekan-rekan Lab. Ekologi yaitu Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Christianto Sitio, Randi Sitorus, Iqbal Lazuardi, Muksalmina, Imam Bestari, Muhammad Amri Prayogo, Alfarodo Silaban dan Fransiscus Raymond Butarbutar. 4. Teman sejawat, Edy Saputra, Gerson Rico Harianja, Raja Nico Perez Samosir, Tongam May Adrivan Sinaga, Yosef Carol H. Sianipar, Anita Manullang, Windi Monica Surbakti, Yusrina Ika Putri dan Rizka Rinda Pramasti yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup dan kenangan tak terlupakan kepada penulis. 5. Adik adik Teknik Kimia angkatan 2012, 2013, dan 2014 yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, dan kenangan tak terlupakan kepada penulis. 6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan. iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Dedy O. Siburian NIM : 110405132 Tempat, tgl lahir : Medan, 22 Desember 1992 Nama Orang Tua : K. P. Siburian, S.Pd dan A. R. Pasaribu, S.Pd. Alamat Orang Tua : Jalan Lintas Sumatera, Pasar Lumbanlobu, Kec. Bonatua Lunasi, Kab. Tobasa. Asal Sekolah : SD Negeri 173660 Lumbanlobu tahun 1998 2004 SMPN 2 Lumbanjulu tahun 2004 2007 SMAN 2 Balige tahun 2007 2010 Pengalaman organisasi/kerja: 1. Ketua Alumni Asrama Yayasan Soposurung Se Kota Medan periode tahun 2012-2014. 2. Sekretaris Bidang Kaderisasi BPH (Badan Pengurus Harian) HIMATEK FT USU 2014/2015. 3. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara 2 (Persero) Kwala Madu Pabrik Gula, di Binjai tahun 2015. 4. Koordinator Seksi Acara Panitia Natal Teknik Kimia FT USU tahun 2014. v
ABSTRAK Biodiesel umumnya dibuat secara transesterifikasi menggunakan katalis basa heterogen. Untuk mempermudah pemisahan digunakan katalis basa heterogen, seperti CaO. Katalis ini diisolasi dari tulang ayam dibuat dengan cara menghaluskan tulang ayam dan dilakukan proses kalsinasi. Beberapa variabel penting lainnya selain pilihan katalis ialah dosis katalis, rasio molar metanol terhadap CPO dan suhu reaksi. Hasil tertinggi dari biodiesel yang dihasilkan adalah 95,81% dengan rasio molar metanol terhadap CPO adalah 17:1, suhu reaksi 65 ºC dan 7 % katalis (w/w) pada variabel tetap waktu reaksi 7 jam dan kecepatan pengadukan 500 rpm. Variabel yang paling berpengaruh adalah suhu reaksi yang memberikan perbedaan yield yang signifikan dari biodiesel yang dihasilkan. Ini dibuktikan dengan semakin meningkatnya suhu yang digunakan juga akan meningkatkan yield biodiesel secara signifikan. Kata kunci: Biodiesel, Katalis CaO, Crude Palm Oil, Metanol, Transesterifikasi. vi
ABSTRACT Biodiesel is generally made by transesterification using heterogeneous base catalyst. To simplify the separation, the heterogeneous catalyst is used, such as CaO. This catalyst was isolated from chicken bones made by softening chicken bones and do calcination process. Some other important variables other than the selection of the catalyst is the catalyst dosage, molar ratio of methanol to the CPO and the reaction temperature. The highest yield of biodiesel produced is 95.81% with the molar ratio of methanol to the CPO is 17: 1, the reaction temperature is 65 C and 7% catalyst (w.t) with reaction time for 7 hours and stirring speed at 500 rpm as a constant variable. The most influential variable is the temperature of the reaction that gives a significant yield difference of biodiesel produced. It s been proven by the increasing temperature used will also significantly increase the yield of biodiesel. Keywords: Biodiesel, CaO Catalyst, Crude Palm Oil, Methanol, Transesterification. vii
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 xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xv BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 3 1.3 TUJUAN PENELITIAN 3 1.4 MANFAAT PENELITIAN 3 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6 2.1 CRUDE PALM OIL (CPO) 6 2.2 BIODIESEL 7 2.3 TRANSESTERIFIKASI 8 2.4 KATALIS HETEROGEN CAO TULANG AYAM 10 2.5 METANOL 11 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 13 3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 13 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 13 3.2.1 Bahan Penelitian 13 3.2.2 Peralatan Penelitian 13 viii
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 14 3.4 PROSEDUR PENELITIAN 14 3.4.1 Analisa Bahan Baku 14 3.4.2 Analisa Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 15 3.4.3 Tahap Preparasi Tulang Ayam CaO 15 3.4.4 Prosedur Esterifikasi 15 3.4.5 Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan Katalis Tulang 16 Ayam CaO 3.4.6 Sketsa Percobaan 17 3.4.7 Prosedur Analisa 18 3.4.7.1 Analisa Komposisi Bahan Baku dan Kadar FFA CPO 18 serta Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS 3.4.7.2 Analisa Viskositas Biodiesel yang dihasilkan dengan 18 Metode Tes ASTM D 445 3.4.7.3 Analisa Densitas Biodiesel 18 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 19 3.5.1 Flowchart Analisa Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku CPO 19 3.5.2 Flowchart Proses Esterifikasi 20 3.5.3 Flowchart Preparasi Tulang Ayam CaO 21 3.5.4 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan Katalis 22 CPO BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 24 4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CPO (CRUDE PALM OIL) 24 4.2 PREPARASI BAHAN BAKU CPO 25 4.3 PENGARUH PERSEN KATALIS TERHADAP YIELD BIODIESEL 27 4.4 PENGARUH RASIO MOLAR TERHADAP YIELD BIODIESEL 29 4.5 PENGARUH SUHU TERHADAP YIELD BIODIESEL 31 4.6 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 32 4.4.1 Analisis Densitas 32 4.4.2 Analisis Viskositas Kinematik 33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 34 5.1 Kesimpulan 34 ix
5.2 Saran 34 DAFTAR PUSTAKA 36 x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dari Crude 17 Palm Oil (CPO) Secara Transesterifikasi Menggunakan Metanol dan Katalis CaO Gambar 3.2 FlowchartAnalisa Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 19 CPO Gambar 3.3 Flowchart Proses Esterifikasi 20 Gambar 3.4 Flowchart Preparasi Tulang Ayam 21 Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan 23 Katalis CaO Gambar 4.1 Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak CPO 24 Gambar 4.2 Pengaruh Katalis dan Rasio Molar terhadap Yield pada 27 Suhu dan Waktu Tetap Gambar 4.3 Pengaruh Katalis dan Rasio Molar terhadap Kemurnian 28 pada Suhu dan Waktu Tetap Gambar 4.4 Pengaruh Rasio Molar dan Suhu terhadap Yield dengan 29 Katalis dan Waktu tetap Gambar 4.5 Pengaruh Rasio Molar dan Suhu terhadap Kemurnian 30 dengan Katalis dan Waktu tetap Gambar 4.6 Pengaruh Suhu dan Katalis terhadap Yield Pada Rasio 31 Molar dan Waktu tetap Gambar 4.7 Pengaruh Suhu dan Katalis terhadap Kemurnian Pada 32 Rasio Molar dan Waktu tetap Gambar L4.1 Foto Proses Esterifikasi CPO 48 Gambar L4.2 Foto Proses Transesterifikasi 48 Gambar L4.3 Foto Pemisahan Metil Ester 49 Gambar L4.4 Foto Produk Akhir Biodiesel 49 Gambar L4.5 Foto Analisis Densitas 50 Gambar L4.6 Foto Analisis Viskositas 50 Gambar L5.1 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 51 xi
Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 52 Gambar L5.3 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 53 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 54 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 55 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 56 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9 57 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10 58 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12 59 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 15 60 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 16 61 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 17 62 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 18 63 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 21 64 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 26 65 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 27 66 xii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Properti dari CPO yang digunakan sebagai bahan baku 7 pembuatan FAME Tabel 2.2 Komposisi CPO 7 Tabel 2.3 Komposisi Biodiesel 8 Tabel 2.4 Komposisi Kalsium Dalam Bubuk Tulang Ayam 11 Tabel 3.1 Rancangan Penelitian 14 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 25 Tabel 4.2 Kadar Asam Lemak Crude Palm Oil (CPO) 25 Tabel 4.3 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 33 Tabel 4.4 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 35 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 41 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 41 Tabel L2.1 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 42 Tabel L2.2 Hasil Analisis Viskositas Biodiesel 42 Tabel L2.3 Hasil Yield dan Kemurnian Metil Ester 42 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 41 L1.1 KOMPOSISI ASAM LEMAK BAHAN BAKU CPO HASIL 41 ANALISIS GCMS L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 41 LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 42 L2.1 DATA DENSITAS BIODIESEL 42 L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL 42 L2.3 DATA YIELD DAN KEMURNIAN METIL ESTER 42 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 44 L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 44 L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO Sebelum Esterifikasi 44 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Esterifikasi 44 L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 45 L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 46 L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 46 L3.4 PERHITUNGAN YIELD METIL ESTER 47 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 48 L4.1 FOTO PROSES ESTERIFIKASI CPO 48 L4.2 FOTO PROSES TRANSESTERIFIKASI 48 L4.3 FOTO PEMISAHAN METIL ESTER 49 L4.4 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 49 L4.5 FOTO ANALISIS DENSITAS 50 L4.6 FOTO ANALISIS VISKOSITAS 50 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN 51 BIODIESEL L5.1 HASIL ANALISA KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 51 L5.2 HASIL ANALISA BIODIESEL 52 xiv
DAFTAR SINGKATAN ANN AOCS ASTM BM BBM CN CPO cst dkk et al DPO FAME NBB St FFA GC GC-MS PKS PPKS rpm SNI EBS Artificial Neural Network American Oil Chemists Society American Society for Testing and Material Berat Molekul Bahan Bakar Minyak Cetane Number Crude Palm Oil centistokes dan kawan-kawan et alia Degummed Palm Oil Fatty Acid Methyl Ester National Biodiesel Board Stokes Free Fatty Acid Gas Chromatography Gas Chromatography Mass Spechtrophometry Pabrik Kelapa Sawit Pusat Penelitian Kelapa Sawit Rotary per minute Standar Nasional Indonesia European Biodiesel Standard xv