REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM SEBAGAI BIOKATALIS SKRIPSI Oleh AIRA DARUSMY 100405011 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2015
REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM SEBAGAI BIOKATALIS SKRIPSI Oleh AIRA DARUSMY 100405011 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: REAKSI TRANSESTERIFIKASI DEGUMMED PALM OIL (DPO) UNTUK MENGHASILKAN BIODIESEL SAWIT MENGGUNAKAN LIPOZYME TL IM SEBAGAI BIOKATALIS 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 kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku Medan, 5 Februari 2015 Aira Darusmy NIM 100405011
PRAKATA Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Reaksi Transesterifikasi Degummed Palm Oil (DPO) untuk Menghasilkan Biodiesel Sawit Menggunakan Lipozyme TL IM sebagai Biokatalis, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Universtas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Melalui penelitian ini diperoleh hasil biodiesel dari Degummed Palm Oil (DPO) dengan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis enzim lipase, sehingga hasil yang diperoleh dapat dimanfaatkan khususnya mengurangi jumlah penggunaan bahan bakar fosil. Selama melakukan penelitian hingga penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada Ibu Ir. Renita Manurung, MT. 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, 5 Februari 2015 Penulis, Aira Darusmy
DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis tercinta, Sakirman dan Henny serta abang-abang tercinta, Iqbal dan Kiswa yang telah banyak mendukung penulis sampai saat ini. 2. Ir. Renita Manurung, MT selaku dosen pembimbing serta koordinator skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Dr. Ir. Taslim, M.Si dan Mhd. Hendra S Ginting, ST, MT yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, MT, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Kimia USU. 5. Ibu Dr. Ir. Fatimah, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU. 6. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT sebagai Dosen Pembimbing Akademik. 7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis 8. Nur Sri Rahayu atas kerjasamanya yang baik hingga akhir selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini. 9. Walad Wirawan yang memberikan dukungan dan semangat secara spesial kepada penulis. 10. Semua stambuk 2010 dan senior-senior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Aira Darusmy NIM : 100405011 Tempat, tanggal lahir : Medan, 30 Desember 1991 Nama orang tua : Sakirman dan Henny Alamat orang tua : Jl. Amal Gg. Melati IV No 33 Medan Asal Sekolah: SD Sultan Iskandar Muda Medan 1998-2004 SMP Negeri 9 Medan tahun 2004 2007 SMA Negeri 15 Medan tahun 2007 2010 Pengalaman Kerja dan Organisasi: 1. Covalen Study Group (CSG) periode 2012-2013 sebagai Bendahara Umum 2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2012/2013 sebagai Anggota Bakat dan Minat 3. Asisten Laboratorium Kimia Fisika Departemen Teknik Kimia FT USU tahun 2013-2014 modul Viskositas dan Kurva Kelarutan. Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal: Transesterification of Degummed Palm Oil (DPO) to Produce Palm Biodiesel By Using Lipozyme TL IM As Biocatalyst
ABSTRAK Biodiesel umumnya disintesis dengan reaksi transesterifikasi antara trigliserida dan alkohol dengan penambahan katalis asam atau basa sehingga terdapat limbah proses kimia. Proses alternatif lain yaitu dengan menggunakan biokatalis berupa enzim untuk mensintesis biodiesel yang tidak menghasilkan limbah proses kimia. Pada penelitian ini, sintesis biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) yang telah di degumming dan metanol sebagai donor asil telah dilakukan dengan menggunakan Lipozyme sebagai biokatalis. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji pengaruh suhu dan jumlah biokatalis terhadap sintesis biodiesel yang dihasilkan dari CPO serta mengkaji pengaruh penggunaan metanol terhadap aktifitas enzim lipase dalam mengkatalisis sintesis biodiesel melalui reaksi transesterifikasi. Variabel pada penelitian ini adalah jumlah biokatalis dan temperatur, dan responnya terhadap konversi yield pada biodiesel yang disajikan dengan menggunakan metode permukaan respon dengan software Minitab. Reaktan dan produk yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield yang diperoleh sebesar 10% - 79% dengan waktu reaksi selama 15 jam. Pengaruh variabel terhadap yield dilihat dari suhu reaksi memberikan pengaruh negatif sebesar 0,6738 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Diikuti dengan variabel jumlah biokatalis memberikan pengaruh yang signifikan sebesar 22,8091 kali terhadap pembentukan produk biodiesel. Begitu pula interaksi suhu reaksi dan jumlah biokatalis yang memberikan pengaruh negatif. Sehingga dari hasil analisis yang diperoleh, dapat dikatakan bahwa jumlah biokatalis merupakan faktor yang paling berpengaruh pada sintesis biodiesel. Pada akhirnya, dibutuhkan penelitian yang lebih lanjut mengenai variabel yang berpengaruh pada sintesis biodiesel dan pemakaian ulang lipozyme sebagai biokatalis pada run yang memperoleh yield tertinggi. Yield tertinggi diperoleh pada suhu reaksi 45 C dan jumlah katalis sebesar 30%. Pada pemakaian ulang lipozyme, dapat dilakukan pengulangan sebanyak empat kali dan memperoleh total penurunan yield sebesar 77%. Kata kunci: biodiesel, lipozyme, crude palm oil (CPO), metode permukaan respon
ABSTRACT Biodiesel is usually synthesis by transesterification of triglycerides and alcohols in the presence of an acid or an alkaline catalyst but it could produce a chemical waste process. An alternative process is using biocatalyst such as enzyme to synthesis biodiesel that couldn t produce chemical waste process. In this research, the synthesis of biodiesel from crude palm oil (CPO) that through the process of degumming and methanol as acyl donor has been investigated with using of Lipozyme as biocatalyst. The purpose of this experiment is to examine the effect of the temperature and the amount of biocatalyst for the synthesis of biodiesel that produced from palm oil and examine the effect of the use of methanol to the lipase enzyme activity in catalyzing the synthesis of biodiesel through transesterification reaction. The variables in this research are the amount of biocatalyst and temperature, and their responses with yield conversion of biodiesel were representated using response surface methodology (RSM) with Minitab software. The reactants and products were analyzed using Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS). Yield raging from 10-79 % were achieved in 15 hours reaction time. The variable effect of yield can be known from the temperature gives negative result about 0,6738 for the formation of biodiesel product. Afterwards the amount of biocatalyst gives positive result about 22,8091 and interaction between temperature and the amount of biocatalyst give negative result. The results showed that the most influential variable is the amount of biocatalyst. Therefore, this experiment would need further investigation works and analysis and reuse of lipozyme as biocatalyst on the run which obtained the highest yield. The highest yield was obtained at a reaction temperature of 45 C and the amount of catalyst by 30%. In the reuse of lipozyme, can be repeated four times and obtained the total of the decrease in yield of 77%. Keyword: biodiesel, lipozyme, crude palm oil (CPO), response surface methodology
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN UJIAN SKRIPSI 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 xvi DAFTAR SIMBOL xvii BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 2 1.3 TUJUAN PENELITIAN 3 1.4 MANFAAT PENELITIAN 3 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 CRUDE PALM OIL (CPO) 5 2.2 PROSES DEGUMMING PADA CRUDE PALM OIL (CPO) 8 2.3 BIODIESEL 9 2.3.1 Pengertian Biodiesel 9 2.3.2 Proses Pembuatan Biodiesel 10 a. Secara Kimiawi 10 b. Secara Enzimatis 11 2.4 ENZIM LIPASE SEBAGAI BIOKATALIS 12 2.4.1 Pengertian Lipase 12 2.4.2 Penggunaan Enzim Lipase sebagai Biokatalis 13 a. Lipase Bebas 13
b. Amobilisasi Lipase 13 2.4.3 Lipozyme sebagai Biokatalis 14 2.5 MEKANISME KERJA ENZIM 15 2.6 POTENSI EKONOMI 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 19 3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 19 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 19 3.2.1 Bahan Penelitian 19 3.2.2 Peralatan Penelitian 19 3.3 RANCANGAN PERCOBAAN 20 3.4 PROSEDUR PENELITIAN 21 3.4.1 Prosedur Degumming CPO 21 3.4.2 Prosedur Utama 22 3.4.3 Prosedur Analisis 22 3.4.3.1 Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan 22 Metode Hidrolisis 3.4.3.2 Analisa Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 23 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40 3.4.3.3 Analisa Komponen Asam Lemak Dalam Bahan 23 Baku CPO dan Biodiesel yang dihasilkan menggunakan GCMS 3.4.3.4 Analisa Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 23 dengan Metode Tes ASTM D 445 3.4.3.5 Analisa Densitas Biodiesel yang dihasilkan dengan 24 Metode Tes OECD 109 3.5 FLOWCHART PENELITIAN 25 3.5.1 Flowchart Prosedur Degumming CPO 25 3.5.2 Flowchart Sintesis Biodiesel dengan Reaksi Transesterifikasi 25 3.5.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 27 Hidrolisis 3.5.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 28 CPO dengan Metode Tes AOCS Official Method Ca 5a-40 3.5.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 29 dengan Metode Tes ASTM D 445
3.5.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 30 dengan Metode Tes OECD 109 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31 4.1 ANALISIS BAHAN BAKU CRUDE PALM OIL (CPO) 31 4.2 ANALISIS PENGARUH VARIABEL PERCOBAAN 34 4.2.1 Pengaruh Interaksi Variabel Suhu Reaksi dengan Jumlah 35 Biokatalis 4.3 PEMAKAIAN ULANG (REUSE) LIPOZYME 37 4.4 ANALISIS AKTIVITAS ENZIM LIPOZYME 39 4.5 SIFAT FISIK DARI BIODIESEL 40 4.5.1 Analisis Kemurnian Metil Ester 40 4.5.2 Analisis Densitas 41 4.4.2 Analisa Viskositas Kinematik 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 43 5.1 KESIMPULAN 43 5.2 SARAN 44 DAFTAR PUSTAKA 45
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Produksi CPO di Indonesia 7 Gambar 2.2 Mekanisme Produksi Enzimatik FAME 15 Gambar 2.3 Mekanisme Ping Pong Bi-Bi 16 Gambar 3.1 Flowchart Prosedur Degumming pada CPO 25 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Utama 25 Gambar 3.3 Flowchart Analisis Aktivitas Enzim Lipase dengan Metode 27 Hidrolisis Gambar 3.4 Flowchart Analisis Kadar Free Fatty Acid (FFA) Bahan Baku 28 CPO Gambar 3.5 Flowchart Analisis Viskositas Biodiesel yang Dihasilkan 29 Gambar 3.6 Flowchart Analisis Densitas Biodiesel yang Dihasilkan 30 Gambar 4.1 Analisa Kadar ALB terhadap CPO Sebelum dan Sesudah 31 Degumming Gambar 4.2 Kromatogram Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak 32 CPO Gambar 4.3 Surface % Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi vs Jumlah 35 Biokatalis Gambar 4.4 Kontur % Yield Biodiesel untuk Suhu Reaksi vs Jumlah 36 Biokatalis Gambar 4.5 Hubungan Jumlah Pemakaian Terhadap Perolehan Yield 38 Biodiesel Gambar 4.6 Diagram Aktivitas Enzim Oleh Lipozyme Sebelum Pemakaian 39 dan Setelah Pemakaian Ulang IV Gambar L4.1 Foto Proses Degumming CPO 58 Gambar L4.2 Foto Proses Transesterifikasi 58 Gambar L4.3 Foto Hasil Transesterifikasi 59 Gambar L4.4 Foto Penyaringan Enzim 59 Gambar L4.5 Foto Produk Akhir Biodiesel 60 Gambar L4.6 Foto Analisa Densitas 60 Gambar L4.9 Foto Analisa Viskositas 61 Gambar L5.1 Kromatogram Standar GC-MS CPO (Crude Palm Oil) 62
Gambar L5.2 Hasil Analisis Kromatogram GC-MS Asam Lemak CPO 63 (Crude Palm Oil) Gambar L5.3 Kromatogram Standar GC Biodiesel (Crude Palm Oil) 63 Gambar L5.4 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 1 64 Gambar L5.5 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 2 64 Gambar L5.6 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 65 Gambar L5.7 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 4 65 Gambar L5.8 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 5 66 Gambar L5.9 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 6 66 Gambar L5.10 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 7 67 Gambar L5.11 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 8 67 Gambar L5.12 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 9 68 Gambar L5.13 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 10 68 Gambar L5.14 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 11 69 Gambar L5.15 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 12 69 Gambar L5.16 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 13 70 Gambar L5.17 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 70 Pengulangan II Gambar L5.18 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 71 Pengulangan III Gambar L5.19 Hasil Analisis Kromatogram GC Biodiesel Run 3 71 Pengulangan IV
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 State of The Art Synthesis Biodiesel 2 Tabel 2.1 Standar Mutu Minyak Kelapa Sawit 5 Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Sawit dan Minyak Inti Sawit 6 Tabel 2.3 Produksi Minyak Kelapa Sawit (CPO) di Provinsi Riau (ton) 7 Tabel 2.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel 10 Tabel 3.1 Perlakuan Terkode untuk Reaksi Transesterifikasi 20 Tabel 3.2 Central Composite Design (CCD) untuk 2 Variabel 21 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO (Crude Palm Oil) 33 Tabel 4.2 Komposisi Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh 34 Tabel 4.3 Perkiraan Parameter Model Persamaan Statistik 34 Tabel 4.4 Persyaratan Kualitas Biodiesel 40 Tabel 4.5 Hasil Analisis Densitas Biodiesel 41 Tabel 4.6 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Biodiesel 42 Tabel L1.1 Komposisi Asam Lemak CPO 51 Tabel L1.2 Komposisi Trigliserida CPO 51 Tabel L1.3 Kadar Free Fatty Acid (FFA) CPO 52 Tabel L.2.1 Hasil Analisa Densitas Biodiesel 53 Tabel L.2.2 Hasil Analisa Viskositas Biodiesel 53 Tabel L.2.3 Hasil Yield dan Total Penurunan Yield Biodiesel 53 Tabel L.2.4 Data Penurunan Yield 54
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA BAHAN BAKU 51 L1.1 KOMPOSISI TRIGLISERIDA ASAM LEMAK 51 BAHAN BAKU CPO HASIL ANALISA GCMS L1.2 KOMPOSISI TRIGLISERIDA BAHAN BAKU CPO 51 L1.3 KADAR FREE FATTY ACID (FFA) CPO 52 LAMPIRAN 2 DATA PENELITIAN 53 L2.1 DATA DENSITAS BIODIESEL 53 L2.2 DATA VISKOSITAS KINEMATIKA BIODIESEL 53 L2.3 DATA YIELD BIODIESEL 53 L2.4 DATA PENURUNAN YIELD 53 LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 54 L3.1 PERHITUNGAN KADAR FFA CPO 54 L3.1.1 Perhitungan Kadar FFA CPO SebelumDegumming 54 L3.1.2 Perhitungan Kadar FFA CPO Setelah Degumming 54 L3.2 PERHITUNGAN KEBUTUHAN METANOL 55 L3.3 PERHITUNGAN DENSITAS BIODIESEL 56 L3.4 PERHITUNGAN VISKOSITAS BIODIESEL 56 L3.5 PERHITUNGAN YIELD BIODIESEL 57 L3.6 PERHITUNGAN PERSEN HIDROLISIS CPO 57 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN 58 L4.1 FOTO PROSES DEGUMMING CPO 58 L4.2 FOTO PROSES TRANSESTERIFIKASI 58 L4.3 FOTO HASIL TRANSESTERIFIKASI 59 L4.4 FOTO PENYARINGAN ENZIM 59 L4.5 FOTO PRODUK AKHIR BIODIESEL 60 L4.6 FOTO ANALISIS DENSITAS 60 L4.7 FOTO ANALISIS VISKOSITAS 61 LAMPIRAN 5 HASIL ANALISIS BAHAN BAKU CPO DAN 62 BIODIESEL L5.1 HASIL ANALISIS KOMPOSISI ASAM LEMAK CPO 62 L5.2 HASIL ANALISIS BIODIESEL 63
LAMPIRAN 6 ANALISIS STATISTIK DENGAN MINITAB 72
DAFTAR SINGKATAN ASTM American Society for Testing and Material (ASTM) OECD Organization for Economic Co-operation and Development ESDM Energi dan Sumber Daya Minyak BBM Bahan Bakar Minyak BM Berat Molekul dkk dan kawan-kawan et al et alia CCD Central Composite Design CPO Crude Palm Oil cst centistokes DPO Degummed Palm Oil FFA Free Fatty Acid GC Gas Chromatography GC-MS Gas Chromatography Mass Spechtrophometry PLTD Pembangkit Listrik Tenaga Diesel PKS Pusat Penelitian Kelapa Sawit rpm Rotary per minute RSM Response Surface Methodology SNI Standar Nasional Indonesia FAME Fatty Acid Methyl Ester
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi T Suhu ºC k Konstanta kecepatan reaksi N Normalitas N V Volume larutan NaOH ml terpakai M Berat molekul FFA CPO Gr/mol m Berat Sampel gram V Volume awal ml ρ Massa jenis kg/m 3 sg Specific Gravity t Waktu alir s k Konstanta Alir kg/m.s 2