TK-40Z2 PENELITIAN Semester II − 2007 / 2008
Judul PRODUKSI BIODIESEL ETIL ESTER
Kelompok B.67.3.01 Andika Sigit Benadri M. Benyamin
13004048 13004063
Pembimbing Dr. Tirto Prakoso Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juni 2008
LEMBAR PENGESAHAN TK-40Z2 PENELITIAN Semester II − 2007/2008
PEMBUATAN BIODIESEL ETIL ESTER Kelompok B.67.3.01 Andika Sigit Benadri M. Benyamin
(13004048) (13003063)
Catatan
Bandung, Juni 2008 Disetujui Pembimbing I
Disetujui Pembimbing II
Dr. Tirto Prakoso
Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja
i
TK-40Z2 PENELITIAN Produksi Biodiesel Etil Ester Kelompok B.67.3.01 Andika Sigit (13004048) dan Benadri Benyamin (13004063) Pembimbing Dr. Tirto Prakoso dan Dr. Tatang H. Soerawidjaja
ABSTRAK
Kelangkaan bahan bakar minyak (BBM) merupakan fenomena yang terjadi di Indonesia pada saat ini. Kelangkaan ini terjadi akibat naiknya konsumsi BBM di Indonesia, sehingga cadangan minyak terus menipis. Hal ini menginisiasi pengembangan bahan bakar alternatif sebagai pengganti. Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang potensial untuk mengatasi masalah ini. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui teknik produksi biodiesel etil ester dan mengetahui kondisi operasi optimum sehingga produk yang diperoleh sesuai dengan syarat mutu yang telah ditetapkan. Penelitian ini hanya mengamati reaksi transesterifikasi dengan menggunakan fraksi olein CPO dan etanol sebagai bahan baku. Penelitian dilakukan dengan dua metode, yaitu 1 dan 2 tahap reaksi; tiga variasi waktu reaksi, yaitu 4; 5; dan 6 jam; dan tiga variasi jumlah etanol, yaitu 1,5; 2; dan 2,5 kali jumlah stoikiometrik. Kelayakan produksi ditentukan dari kadar gliserol total dan gliserol bebas biodiesel yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan proses produksi biodiesel dengan metode dua tahap menghasilkan biodiesel yang tidak memenuhi standar mutu biodiesel SNI-047182-2006. Pada percobaan dengan metode satu tahap transesterifkasi, biodiesel yang memenuhi standar mutu biodiesel adalah hasil reaksi selama 5 dan 6 jam dengan jumlah etanol reaktan 2 dan 2,5 kali jumlah stoikiometrik. Dengan kondisi operasi tersebut biodiesel yang dihasilkan memiliki kadar gliserol total pada kisaran 0,20-0,22%-berat dan kadar gliserol bebas 0,006-0,020%-berat. Karena perbedaan yang tidak terlalu signifikan, maka dapat disimpulkan produksi biodiesel etil ester yang paling ekonomis adalah dengan reaksi 5 jam dan etanol 2 kali stoikiometri.
Kata Kunci: Transesterifikasi, RBDPO, Etanol
ii
TK-40Z2 FINAL RESEARCH Production of Ethyl Esther Biodiesel Group B.67.3.01 Andika Sigit (13004048) dan Benadri Benyamin (13004063) Advisors Dr. Tirto Prakoso dan Dr. Tatang H. Soerawidjaja
ABSTRACK
The lack of crude oil supply is a problem Indonesia faced today. Among other things, the shortage is caused by the rise of fuel consumption that leads to the decrease of the oil stock of the country. This crisis has turned rise oil price and forced Indonesia to import oil. Alternative fuels to solve the scarcity problem are therefore a serious challenge needed to be solved. One among the various alternative fuels is biodiesel. The purpose of the research is to find out the most efficient method to produce ethyl ester biodiesel. The research is mainly focused on transesterification with oleic CPO’s and ethanol. The research work was accomplished through two methods, one-step transesterification and two-step transesterification; three variation of reaction time; and three variation of ethanol amount. Production capability, the convertion, was measured by the value of total glycerol and free grycerol at the end of reaction. The research proved that ethyl ester production is harder and more complicated the methyl ester production. The research demonstrated that biodiesel produced form the two-step transesterification did not meet the qualification of biodiesel standard SNI-04-7182-2006. Meanwhile within the one-step transesterification, at the reaction time of 5 and 6 hours with ethanol amount of 2-2,5 times of stoichiometry, the qualified product can be obtained. Due to the slight differences between both products, the most optimum reaction configuration is 5 hours of one-step transesterification with ethanol amount of 2 times of stoichiometry.
Keywords: Transesterification, RBDPO, Ethanol
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami haturkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan hidayahnya kami dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul “Pembuatan Biodiesel Etil Ester” tepat pada waktunya.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada 1. Dr. Tirto Prakoso dan Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja, atas bimbingan dan arahan beliau, 2. orangtua kedua penulis, atas dukungan mereka, baik moril maupun materiil, 3. seluruh anggota, asisten, dan dosen di Laboratorium Termofluida dan Sistem Utilitas TK-ITB, 4. dan pihak-pihak lain yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu.
Penulis merasa bahwa masih terdapat banyak cacat dan kekurangan dalam laporan ini. Dengan segala kerendahan hati kami mengharapkan kritik dan saran demi penyempurnaan laporan ini. Akhir kata kami berharap sekiranya laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bandung, Juni 2008
Penulis
iv
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ................................................................................ i Abstrak .................................................................................................... ii Abstract ................................................................................................... iii Kata Pengantar ....................................................................................... iv Daftar Isi.................................................................................................. v Daftar Tabel ............................................................................................ viii Daftar Gambar ......................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 3 1.3 Tujuan ............................................................................................... 4 1.4 Ruang Lingkup .................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................. 5 2.1 Definisi Biodiesel .............................................................................. 5 2.2 Bahan Baku Pembuatan Biodiesel .................................................... 5 2.2.1 Minyak Nabati ............................................................................. 5 2.2.1.1 Komposisi Minyak Nabati .................................................... 5 2.2.1.2 Sumber Minyak Nabati ......................................................... 7 2.2.2 Alkohol........................................................................................ 10 2.2.2.1 Struktur Molekul dan Sifat Fisik Alkohol............................. 10 2.2.2.2 Sintesis Alkohol .................................................................... 12 2.2.2.3 Etanol .................................................................................... 13 2.2.2.4 Sintesis Etanol ....................................................................... 15 2.2.2.5 Sumber Etanol ....................................................................... 16 2.3 Reaksi-Reaksi Pendukung Produksi Biodiesel ................................. 17 2.3.1 Esterifikasi................................................................................... 17 2.3.2 Transesterifikasi .......................................................................... 18
v
2.4 Proses Produksi Biodiesel ................................................................. 19 2.4.1 Pembuatan Biodiesel Secara Umum ........................................... 19 2.4.1.1 Pencampuran (mixing) .......................................................... 19 2.4.1.2 Pengendapan (settling) .......................................................... 19 2.4.1.3 Pencucian (washing) ............................................................. 20 2.4.2 Proses-Proses Pembuatan Biodiesel Komersial .......................... 20 2.4.2.1 BIOX ..................................................................................... 20 2.4.2.2 Lurgi ...................................................................................... 21 2.4.2.3 MPOB ................................................................................... 23 2.4.2.4 Biodiesel – ITB ..................................................................... 24 2.5 Syarat Mutu Biodiesel ....................................................................... 26
BAB III RANCANGAN PENELITIAN................................................. 27 3.1 Metodologi ........................................................................................ 27 3.2 Percobaan .......................................................................................... 28 3.2.1 Bahan .......................................................................................... 28 3.2.2 Alat .............................................................................................. 28 3.2.3 Prosedur ...................................................................................... 29 3.2.3.1 Analisa Minyak Nabati ......................................................... 29 3.2.3.2 Transesterifikasi Trigliserida ................................................ 29 3.2.3.3 Pemisahan Gliserol .............................................................. 30 3.2.3.4 Pencucian dan Pemurnian Biodiesel Hasil Transesterifikasi 30 3.2.3.5 Analisa .................................................................................. 31 3.2.4 Variasi Variabel Percobaan ............................................................ 31 3.3 Interpretasi Data ................................................................................ 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................ 33 4.1 Analisa Kuantitatif Percobaan........................................................... 33 4.1.1 Kadar Gliserol Terikat................................................................. 33 4.1.1.1 Reaksi Transesterifikasi 2 Tahap .......................................... 33 4.1.1.2 Reaksi Transesterifikasi 1 Tahap .......................................... 35
vi
4.1.2 Kadar Gliserol Bebas .................................................................. 38 4.1.3 Perbandingan Transesterifikasi 2 Tahap dan Transesterifikasi 1 Tahap ........................................................................................ 38 4.2 Analisa Kualitatif .............................................................................. 39 4.2.1 Pemisahan ................................................................................... 39 4.2.2 Pencucian .................................................................................... 40 4.2.3 Pasca-Produksi ............................................................................ 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.................................................. 43 5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 43 5.2 Saran .................................................................................................. 43
Daftar Pustaka ......................................................................................... 44
LAMPIRAN A Uji Angka Asam ............................................................ I LAMPIRAN B Uji Angka Penyabunan .................................................. IV LAMPIRAN C Uji Angka Iodium .......................................................... VI LAMPIRAN D Uji Titik Awan .............................................................. IX LAMPIRAN E Uji Titik Tuang .............................................................. XI LAMPIRAN F Uji Gliserol Total, Bebas, Terikat .................................. XIII LAMPIRAN G MSDS ............................................................................ XVIII LAMPIRAN H Contoh Perhitungan ....................................................... XXII LAMPIRAN I Hasil Antara .................................................................... XXV
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1
Data Impor BBM Indonesia ......................................................... 1
Tabel 1.2
Produksi Tanaman Penghasil Biodiesel ....................................... 3
Tabel 2.1
Komposisi rata-rata minyak kanola .............................................. 6
Tabel 2.2
Tanaman penghasil minyak nabati dan produktivitasnya............. 7
Tabel 2.3
Karakteristik minyak bakar .......................................................... 9
Tabel 2.4
Perbandingan alkohol primer, sekunder dan tersier ..................... 11
Tabel 2.5
Sifat fisik beberapa alkohol .......................................................... 11
Tabel 2.6
Hasil sintesis reaksi Grignard ....................................................... 12
Tabel 2.7
Data fisik etanol ............................................................................ 14
Tabel 2.8
Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006 ......... 26
Tabel 3.1
Variasi percobaan ......................................................................... 31
Tabel 4.1
Perbandingan karakteristik pemisahan metil ester dan etil ester .. 39
Tabel 4.2
Perbandingan karakteristik pencucian metil ester dan etil ester ... 40
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Data Produksi dan Konsumsi BBM di Indonesia ...................... 1 Gambar 1.2 Data Produksi CPO di Indonesia ............................................... 2 Gambar 2.1 Struktur molekul trigliserida...................................................... 6 Gambar 2.2 Biji Jarak .................................................................................... 7 Gambar 2.3 Irisan melintang biji jarak .......................................................... 8 Gambar 2.4 Diagram alir pemisahan minyak jarak ....................................... 8 Gambar 2.5 Tanaman kelapa sawit ............................................................... 9 Gambar 2.6 Gugus fungsional alkohol .......................................................... 10 Gambar 2.7 Rumus bangun etanol ................................................................ 13 Gambar 2.8 Campuran biodiesel setelah pengendapan ................................. 20 Gambar 2.9 Diagram Blok Proses Pembuatan Biodiesel Lurgi .................... 22 Gambar 2.10 Skema Tahap Transesterifikasi Proses Lurgi ............................ 22 Gambar 2.11 Process Flow Diagram Pembuatan Biodiesel MPOB ............... 24 Gambar 2.12 Diagram blok proses pembuatan biodiesel ITB ........................ 25 Gambar 3.1 Diagram pelaksanaan percobaan pembuatan metil ester ........... 27 Gambar 3.2 Peralatan reaksi esterifikasi dan transesterifikasi skala Laboratorium ............................................................................. 28 Gambar 3.3 Diagram alir pembuatan etil ester .............................................. 30 Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Kandungan Gliserol Terikat Terhadap Variasi Umpan Etanol ............................................................... 34 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Kandungan Gliserol Terikat Terhadap Variasi Waktu Reaksi ................................................................ 34 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Kandungan Gliserol Terikat Terhadap Variasi Umpan Etanol ............................................................... 36 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kandungan Gliserol Terikat Terhadap Variasi Waktu Reaksi ................................................................ 36 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Kandungan Gliserol Bebas Terhadap Variasi Waktu Reaksi ................................................................ 38 Gambar 4.6 Hasil Biodiesel Pasca Produksi ................................................. 41
ix
