PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS
Oleh PARLINDUNGAN SITORUS 097026004 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2 0 11
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM
TESIS Oleh
PARLINDUNGAN SITORUS 097026004 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2 0 11
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
PARLINDUNGAN SITORUS 097026004 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2 0 11
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS Judul Tesis
Nama NIM Program Studi Fakultas
: PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM : PARLINDUNGAN SITORUS : 097026004 : Magister Ilmu Fisika : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui Komisi Pembimbing
Dr. Marhaposan Situmorang Ketua
Dr. Nimpan Bangun, M.Sc Anggota
Ketua Program Studi,
Dekan,
Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc.
Dr. Sutarman,M.Sc NIP 196310261991031001
NIP 195507061981021002
Universitas Sumatera Utara
PERYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juni 2011
( Parlindungan Sitorus) NIM: 097026004
Universitas Sumatera Utara
PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas tangan dibawah ini: Nama NIM Program Studi Jenis Karya Ilmiah
Sumatera Utara, saya : : : :
yang bertanda
PARLINDUNGAN SITORUS 097026004 Magister Fisika Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ( Non-Exclusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul: PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas ) MENGGUNAKAN KATALIS KOH DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM Beserta perangkat yang ada ( jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data – base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan pemegang dan atas sebagai pemilik hak cipta. Demikian surat peryataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan,
Juni 2011
( Parlindungan Sitorus)
Universitas Sumatera Utara
Telah Diuji pada Tanggal : 24 Juni 2011
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
:
Dr.Marhaposan Situmorang
Anggota
:
1. Dr.Nimpan Bangun, M.Sc 2. Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S 3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 4. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar
: Parlindungan Sitorus ,S.Si
Tempat dan Tanggal Lahir
: Simarmata, 10 Mei 1974
Alamat
: Jl. Bajak 2H Perumahan Puri Mediterania 64 Kelurahan Harjosari II Medan 20147
Telepon /HP
: 081361647601
e-mail
:
[email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: Kopertis Wilayah I Medan-NAD dpk Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel –Medan
Alamat Kantor
: Jl Setia Budi Gg Sempurna Tanjung Sari
Telepon/Faks
: +62618214878 ; +62618222619
DATA PENDIDIKAN SD
: SD Negeri Simarmata
Tamat
: 1986
SMP
: SMP Negeri-2 Simanindo
Tamat
: 1989
SMA
: SMA Negeri-1 Pangururan
Tamat
: 1992
Strata-1
: FMIPA USU
Tamat
: 1999
Strata-2
: PPs FMIPA USU
Tamat
: 2011
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Pemerintah Republik Indonesia c.q Menteri Pendidikan Indonesia yang telah memberikan bantuan dana melalui program BPPS sehingga penulis dapat melaksanakan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof.Dr.dr.Syahrial Pasaribu, DTM&H,M.Sc(CTM),Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Ketua Program Studi Magister Fisika, Bapak Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc dan Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Bapak Dr.Anwar DharmaSembiring,M.S beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tinginya, penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Komisi Pembimbing yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, demikian juga penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih untuk Bapak Dr. Nimpan Bangun, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang sangat sabar, menuntun dan membimbing hingga selesainya penelitian ini. Kepada semua asisten Laboratoriun Kimia Anorganik USU yang telah meluangkan waktu tenaga dan pikiran yang membantu kami untuk proses pembuatan biodiesel. Kepada kedua orang tua saya, Ayahanda J.Sitorus dan ibunda tercinta T.Simarmata yang setiap saat mendoakan penulis selama dalam pendidikan dan penyelesaian tesis ini. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan sayang yang mendalam buat istri tercinta Doris M Togatorop, yang senantiasa memberikan dorongan dengan penuh kesabaran, pengertian dan mendoakan keberhasilan penulis dalam menyelesaikan studi ini. Terlebih lagi terima kasih dan sayang yang teramat dalam kepada anak-anakku terkasih Cheryl Olivia Benedict Sitorus dan Christian Federico Sitorus yang setiap saat berdoa untuk keberhasilan penulis. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi semua pihak, dan penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam tulisan ini, kritik dan saran yang sifatnya membangun, penulis harapkan untuk perbaikan selanjutnya.
Parlindungan Sitorus
i Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK JARAK PAGAR (Jatropha curcas) MENGUNAKAN KATALIS KOH 4 % DENGAN VARIASI LAMA REAKSI 2 ; 4 DAN 6 JAM
ABSTRAK
Bahan bakar minyak bumi adalah salah satu sumber energi utama yang digunakan di banyak negara di dunia saat ini. Kebutuhan akan bahan ini semakin meningkat, seiring dengan penggunaannya di bidang industri dan transportasi, sehingga mendorong diperlukannya sumber energi alternatif baru. Minyak tumbuhan merupakan bahan yang potensial sebagai sumber energi terbarukan untuk dapat menghasilkan metil ester (biodiesel) sebagai bahan pengganti minyak diesel. Penelitian ini menggunakan minyak jarak pagar sebagai bahan mentahnya. Transesterifikasi salah suatu reaksi kimia yang cocok untuk pembuatan biodiesel, reaksi ini berlangsung dengan bantuan katalis basa. Katalis KOH digunakan dalam reaksi transesterifikasi minyak jarak pagar (Jatropha curcas) untuk pembuatan biodiesel. Minyak ini mengandung kadar asam lemak bebas yang tinggi, dengan kadar asam lemak bebasnya 7,78 % yang berpotensi menimbulkan reaksi sampingan yaitu penyabunan. Proses transesterifikasi dijalankan pada dengan perbandingan molar minyak jarak dengan zat pelarutnya 1 : 6, jumlah katalis basa KOH 4 % dari berat minyak, suhu reaksi dibuat tetap 65 oC, dan waktu reaksi divariasikan mulai dari 2jam, 4 jam dan 6 jam. Larutan yang dihasilkan dinetralkan menggunakan asam HCl, kemudian ditambahkan n-heksan dan dicuci dengan aquadest. Lapisan atas mengandung metil ester (FAME) dan lapisan bawah gliserol,metanol sisa, dan zat pengotor yang lain. Lapisan atas dalam corong pisah mengandung FAME ditambahkan dengan Na2SO4 anhidrous dan didiamkan selama 3 jam ,larutan disaring kemudian didestilasi vakum, residu ditimbang. Dari 500 gr minyak jarak pagar ditransesterifikasi, selama 2 jam,4 jam, dan 6 jam diperoleh diperoleh konversi FAME 68,31%,74,03%, 75,75%. Sifat-sifat fisis dan kimia biodiesel yang diperoleh dari reaksi transesterifikasi dengan lama reaksi waktu 2 jam; 4 jam dan 6 jam masing-masing: flash point 40 oC ; 35 oC ; 35 oC kadar air 0,978 % ; 0,7033%; 0,1014% cloud point 6 oC ; 8 oC ; 1,75 oC viskositas 8,58 cSt ; 8,98 cSt ; 5,99 cSt densitas 0,84 gr/cm3; 0,91 gr/cm3 ; 0,88 gr/cm3 bilangan jodium 67,03 mg/g; 67,09 mg/g, 67,57 mg/g. Makin lama reaksi makin banyak konversi metil ester yang diperoleh, dan dari pengujian sifat fisisnya menunjukkan biodiesel turunan minyak jarak pagar dapat dipakai sebagai salah satu alternatif pengganti bahan bakar pengganti solar. Kata Kunci : minyak jarak pagar, transesterifikasi, katalis, sifat fisis
ii Universitas Sumatera Utara
PRODUCTION OF BIODIESEL FROM JATROPHA CURCAS OIL (Jatropha curcas )THROUGH OPTIMISED KOH 4% CATALYSED WITH VARIATION REACTION TIME FOR 2 ; 4 AND 6 HOURS
ABSTRACT Petroleum fuel is one of especial source energy used a lot of state world in this time. Human need for energy sources in the form of fuel increasing, along with its use in industrial area and transportation, so that push needing of new alternative source energy. Plant oil represent the potential substance as new source energy to yield the ester methyl (biodiesel) as substitution of diesel oil. This research use the jatropha curcas oil as raw material. Transesterification is one of the appropriate chemical reaction for the making of biodiesel, this reaction constructively base catalyzed. KOH catalyst used in transesterification reaction the Jatropha curcas oil (Jatropha curcas) for the making of biodiesel. This oil the high free fatty acid contain, with the free fatty acid contents 7,78 % have potency to generate the peripheral reaction that is lathering. Proces transesterification conducted with ratio of molar Jatropha curcas oil to the solvent is 1 : 6, amount of KOH base catalyzed 4 % from oil weight, temperature reaction made remain to 65oC, and time variation reaction start from 2 hours, 4 hours and 6 hours. Condensation yielded neutralized use the HCL acid, then enhanced n-heksan and cleaned by aquadest. Flake contain the methyl ester (FAME) and substratum of gliserol and methanol is remainder and other pollutant. Flake in funnel apart to contain the FAME enhanced by Na2SO4 anhidrous and hushed during 3 hours, condensation filtered then vacuum destilation, deliberated residual. From 500 gr of jatropha curcas oil transesterification, during 2 hours, 4 hours, and 6 hours obtained FAME conversion 68,31%, 74,03%, 75,75%. Physical propertis and chemical properties and biodiesel obtained from transesterification reaction with time reaction 2 hours; 4 hours and 6 hours of each : flash point 40 oC; 35oC ;35 oC water rate 0,978% ; 0,7033%; 0,1014% cloud point 6 oC ; 8 oC ; 1,75 oC viscositas 8,58 cSt ; 8,98 cSt ; 5,99 cSt densitas 0,84 gr/cm3; 0,91 gr/cm3 ; 0,88 gr/cm3 jodium number 67.03 mg/g; 67,09 mg/g, 67,57 mg/g. Longer time reaction more obtained ester methyl conversion, and from examination nature of physical properties show the biodiesel jatropha curcas oil generation usable fence as one of alternative of substitution of fuel of diesel fuel substitution. Key word: jatropha curcas oil, transesterification, catalyst, physical properties
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman i ii iii iv vi viii ix
KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Batasan Masalah 1.3 Perumusan Masalah 1.4 Tujuan Penelitian 1.5 Manfaat Penelitian
1 1 5 5 6 6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jarak Pagar (Jatropha curcas) 2.2 Bioenergi 2.3 Bioethanol 2.4 Minyak Nabati 2.4.1. Komposisi Dalam Minyak Nabati 2.4.2. Monogliserida, Digliserida, Trigliserida dan Total Gliserol Massa) 2.4.3. Asam Lemak Bebas 2.5. Minyak Jarak Pagar 2.6. Bahan Bakar Diesel 2.7. Biodiesel 2.7.1 Sifat-Sifat Biodiesel 2.7.2 Keuntungan –Keuntungan dari Biodiesel 2.7.3 Emisi Biodiesel 2.8. Proses Pembuatan Biodiesel 2.8.1 Esterifikasi 2.8.2 Transesterifikasi 2.9. Kromatografi Gas 2.10 Persyaratan Kualitas Biodiesel
7 7 8 10 11 13
METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 3.2. Proses Pembuatan Biodiesel 3.2.1. Alat dan Bahan 3.2.2. Diagram Alir Pembuatan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar 3.2.3. Diagram Alir Uji Karakterisasi Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar 3.2.4. Prosedur Kerja 3.3. Pengujian Viskositas
36 36 36 36
BAB III
.
13 14 15 18 25 26 26 27 28 28 29 34 35
37 38 38 40
iv Universitas Sumatera Utara
3.4 3.5. 3.6. 3.7. 3.8.
Pengujian Massa Jenis (Densitas) Pengujian Bilangan Jodium Pengujian Titik Kabut (Cloud Point) Pengujian Kadar Air Pengujian Titik Nyala ( Flash Point)
41 43 45 45 47
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Transesterifikasi Minyak Jarak Pagar 4.2 Hasil Analisa Sifat Fisika , Kimia dan Konversi FAME 4.3 Kadar Air 4.4 Viskositas (kekentalan) 4.5 Flash Point (Titik Nyala) 4.6 Cloud Point ( Titik Kabut) 4.7 Kerapatan (Densitas) 4.8 Bilangan Jodium
48 48 52 53 54 54 55 56 57
BAB V
KESMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran
59 59 59
DAFTAR PUSTAKA
60
v Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Nomor Tabel 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 4.1 4.2 4.3
Judul
Halaman
Porsi Konsumsi Minyak Solar Sektor Transportasi 1995-2010 Keberlanjutan Produksi Minyak Bumi Dunia Perbandingan Emisi Biodiesel dan Petrosolar Komposisi Kandungan Zat pada Biji Jarak Pagar Tanaman
2 3 4
Potensi Energi Terbarukan di Indonesia Tanaman Penghasil Minyak Nabati serta Produktivitasnya Spesifikasi Minyak Jarak Pagar untuk Biodiesel Komposisi Bahan Kimia dari Biji, kulit dan Buah Jarak Pagar Perbandingan Kandungan Minyak Beberapa Tanaman Standar ASTM Untuk Bahan Bakar Biodiesel Masalah Kinerja dan Kemungkinan Penyebabnya Sifat Fisis Minyak Diesel dan Pengaruhnya pada Mesin Perbandingan EmisiBiodiesel dan Petroleum Diesel Persyaratan Kualitas Biodiesel Menurut SNI-04-7182-2006 Kandungan Asam Lemak,Jumlah Trigliserida dalam Minyak Jarak Pagar ((Jatropha curcas) dalam Basis Hitungan 100 gr FAME Kasar yang diperoleh dari Hasil Transesterifikasi Hasil Uji Fisis dan Kimia Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar
9 12 16 17 18 19 23 24 27 34
8
48 50 51
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
Judul
Halaman
Pohon Jarak Pagar (Jatropha curcas) Buah /Biji Pohon Jarak Pagar Struktur molekul monogliserida, digliserida dan trigliserida Struktur Asam Lemak Bebas Struktur Kimia Minyak Jarak Pagar Struktur Kimia Minyak Jarak Pagar Kepyar Reaksi Esterifikasi dari Asam Lemak Menjadi Metil Ester Reaksi Transesterifikasi dari Trigliserida Menjadi Metil Ester Tahapan Reaksi Transesterifikasi Grafik Hubungan Antara Konversi FAME dengan lama reaksi Grafik hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Flash Point biodiesel turunan minyak jarak pagar Grafik hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Kadar Air biodiesel turunan minyak jarak pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Cloud Point Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Viskositas Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Densitas Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar Hubungan antara persentase Konversi FAME dengan Bilangan jodium Biodiesel Turunan Minyak Jarak Pagar
7 8 14 14 16 16 29 29 30 50 52 53 54 55 57 58
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Lampiran A Hasil Uji Titrasi Minyak Jarak Pagar B Data Hasil Uji Fisis Biodiesel Minyak Jarak Pagar C Gambar - Gambar Percobaan di Laboratorium
Halaman L-1 L-2 L-3
viii Universitas Sumatera Utara
