SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR
TESIS
OLEH:
EKO KORNELIUS SITEPU 017006005/KIM
PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Kimia pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh:
EKO KORNELIUS SITEPU 017006005/KIM
PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis
: SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR
Nama Mahasiswa
: Eko Kornelius Sitepu
Nomor Induk Mahasiswa : 017006005 Program Studi
: Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing,
Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. Ketua
Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc. Anggota
Ketua Program Studi Kimia,
D e k a n,
Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, MS.
Dr. Sutarman, M.Sc
Tanggal Lulus : 25 Maret 2011
PERNYATAAN ORISINALITAS
SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR
TESIS
Dengan ini saya menyatakan 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, 25 Maret 2011 Yang Membuat Pernyataan,
Eko Kornelius Sitepu 017006005
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama NIM Program Studi Jenis Karya Ilmiah
: Eko Kornelius Sitepu : 017006005 : Kimia : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non Eksklusif (Non Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul: SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR 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 sebagai pemegang dan atau pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya.
Medan, 25 Maret 2011
Eko Kornelius Sitepu
Telah diuji pada Tanggal : 25 Maret 2011
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
: Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc.
Anggota
: 1. Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc. 2. Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, M.S. 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc. 4. Dr. Nimpan Bangun, M.Sc.
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar
: Eko Kornelius Sitepu, SSi
Tempat dan Tanggal Lahir
: Jakarta, 24 April 1973
Alamat Rumah
: Jl. Jamin Ginting Gg. Selamat No. 8 Padang Bulan Medan 20155
Telepon/Faks/HP
: 061-768011xx / 08196000xxx
e-Mail
:
[email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: STMIK – STIE Mikroskil
Alamat Kantor
: Jl. Thamrin No. 140 Medan
Telepon/Faks/HP
: 061-4573767 / 061-4567789
DATA PENDIDIKAN SD
: SDN 06 Pagi Kramat Sentiong Jakarta
Tamat : 1985
SMP
: SMP Fransiskus III Jakarta
Tamat : 1988
SMA
: SMA Negeri 27 Jakarta
Tamat : 1991
Strata-1
: FMIPA USU Medan
Tamat : 1996
Strata-2
: PSMK PPs FMIPA USU Medan
Tamat : 2011
KATA PENGANTAR Puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga tesis ini dapat selesai dikerjakan dengan lancar dan baik. Melalui tesis ini perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc(CTM). Sp.A(K), atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan program pascasarjana ini. Direktorat Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia atas bantuan dana BPPS yang diberikan. Terima kasih juga saya ucapkan kepada Dekan Fakultas MIPA, Dr. Sutarman, M.Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang sebesar-besarnya juga disampaikan kepada Prof. Dr. Basuki Wirijosentono, MS selaku Ketua Program Studi Kimia atas kesempatan dan bantuan selama mengikuti program pascasarjana ini serta kepada seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Kimia Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara. Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya atas segala bantuan, bimbingan dan kerjasamanya selama ini saya sampaikan kepada: 1. Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc. dan Prof. Dr. Jamaran Kaban, M.Sc, selaku komisi pembimbing yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan saran hingga tesis ini dapat terselesaikan. 2. Almarhum Prof. Dr. Hemat R. Brahmana, M.Sc. atas pengajaran dan bimbingan yang telah diberikan. 3. Kepala Laboratorium Kimia Organik FMIPA – USU dan para asisten, atas fasilitas dan bantuannya selama pengerjaan tesis ini. 4. Kepada orang tua saya, S. Sitepu dan L.A. Br. Bangun serta keluarga lainnya yang telah memberikan doa restu serta dorongan moril dan materil selama ini. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada Istri tercinta Juliati Br. Tarigan dan anak-anak tersayang, Rahmasella Agnes Yolanda Br. Sitepu dan Ray Regan Sitepu yang dengan penuh kesabaran dan kasih memberikan dukungan dan bantuan dalam menyelesaikan pendidikan ini. Semoga Tuhan selalu memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua. Medan, 25 Maret 2011 Penulis, Eko Kornelius Sitepu
SINTESIS DAN KARAKTERISASI ALKIL ESTER UNTUK BIODIESEL DARI MINYAK KELAPA SAWIT DAN MINYAK JARAK PAGAR
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh alkil alkohol rantai lurus (etanol) dan bercabang (isopropanol dan 2-butanol) terhadap karakter alkil ester dari minyak kelapa sawit yang banyak mengandung palmitat serta minyak jarak pagar yang kaya akan asam oleat dan linoleat. Karakterisasi alkil ester yang diperoleh menunjukkan 2-butil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar memiliki viskositas (6,84 dan 6,75) yang lebih besar dari standar penggunaan biodiesel di Indonesia yakni 2,3 – 6,0. Angka setana alkil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar mengalami peningkatan seiring dengan bertambah panjangnya rantai gugus alkohol yang digunakan yakni dari 62 dan 58,5 pada metil ester menjadi 70,97 dan 61,63 pada etil ester. Namun demikian adanya percabangan pada rantai alkoholnya tidak berpengaruh terhadap angka setananya yakni 66,98 dan 57,35 pada isopropil ester serta 69,71 dan 62,41 pada 2-butil ester. Pertambahan panjang rantai dan adanya percabangan pada gugus alkohol yang digunakan menyebabkan titik kabut dan titik tuang etil, isopropil dan 2-butil ester dari RBDPO dan minyak jarak pagar semakin menurun dibandingkan titik tuang dan titik kabut metil ester dari kedua minyak tersebut dimana etil, isopropil dan 2-butil ester memiliki titik kabut berturut-turut sebesar 8 dan -5; 7 dan -1; 8 dan -50C dan titik tuang berturut-turut sebesar 7 dan 9,6; 6 dan -5,4; 2 dan -10,90C sedangkan titik kabut metil ester-nya sebesar 15,2 dan 80C dan 15 dan 60C untuk titik tuangnya. Oleh karena itu alkil alkohol bercabang memiliki potensi sebagai pengganti metanol dalam pembuatan biodiesel karena memiliki angka setana yang lebih tinggi serta memiliki titik kabut dan titik tuang yang lebih rendah dari pada metil ester. Kata Kunci: Alkil Ester, Angka Setana, Titik Tuang, Titik Kabut.
SYNTHESIS AND CHARACTERISTIC OF ALKYL ESTER FOR BIODIESEL FROM PALM OIL AND JATHROPA OIL
ABSTRACT
It has been researched to find out the effect of the linear of alkyl alcohol (ethanol) and the branch (isopropanol and 2-butanol) of the characteristic of alkyl ester from palm oil which contains of much palmitic and jathropa oil which is rich in oleic and linoleic acid. The characterization of alkyl ester shows that 2-butyl ester from RBDPO and jathropa oil which having vicosity (6,84 and 6,75) more larger than the standard of using biodiesel in Indonesia, that is 2,3 - 6,0. The number of alkyl ester cetane from RBDPO and jathropa oil increasingly due to the length of the chain alcohol group which is used from 62 and 58,5 at methyl ester to be 70,97 and 61,63 at ethyl ester. However, the branch of alcohol chain does not effect to the cetane number, that is 66,98 and 57,35 at isopropyl ester and 69,71 and 62,41 at 2-butyl esters. The increasing of the chain length and the branch of the alcohol group which cause the cloud point and the pour point of ethyl, isopropyl and 2-butyl ester from RBDPO and jathropa oil decreasingly which comparing with pour point and cloud point of methyl ester from both oil where ethyl, isopropyl and 2-butyl ester have cloud point successively 8 and - 5; 7 and - 1; 8 and - 50C and pour point successively 7 and - 9,6; 6 and - 5,4; 2 and - 10,90C while pour point methyl ester has 15,2 and 80C and 15 and 60C. Therefore, the branch of alkyl alcohol has the potential to replace the methanol in making of biodiesel because having the higher level cetane and having the lower cloud point and pour point than the methyl ester. Keyword: Alkyl Ester, Cetane Number, Cloud Point, Pour Point
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ....................................................................................
i
ABSTRAK ......................................................................................................
ii
ABSTRACT ....................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
iv
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
viii
BAB I
BAB II
BAB III
PENDAHULUAN ....................................................................
1
1.1.
Latar Belakang ..............................................................
1
1.2.
Perumusan Masalah ......................................................
3
1.3.
Tujuan Penelitian ..........................................................
3
1.4.
Manfaat Penelitian ........................................................
4
TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................
5
2.1.
Biodiesel .......................................................................
5
2.1.1. Angka Setana ................................................................
14
2.1.2. Titik Kabut dan Titik Tuang .........................................
17
2.2.
Minyak Kelapa Sawit ....................................................
19
2.3.
Minyak Jarak Pagar .......................................................
23
METODOLOGI PENELITIAN ...............................................
27
3.1.
Bahan-bahan .................................................................
27
3.2.
Alat-alat .........................................................................
27
3.3.
Prosedur Penelitian .......................................................
27
3.3.1. Transesterifikasi Minyak Kelapa Sawit dan Minyak Jarak Pagar dengan Etanol, Isopropil Alkohol dan 2-Butil Alkohol .........................................................................
27
3.3.2. Karakterisasi Alkil Ester ...............................................
28
3.3.3. Flowsheet Penelitian .....................................................
29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................
30
4.1.
Hasil Penelitian .............................................................
30
4.1.1. Proses Pembuatan .........................................................
30
4.1.2. Karakterisasi Alkil Ester ................................................
35
4.2.
Pembahasan ...................................................................
37
4.2.1. Pembuatan Alkil Ester ...................................................
37
4.2.2. Analisis Pembentukan Alkil Ester ................................
39
4.2.3. Analisis Alkil Ester .......................................................
42
KESIMPULAN DAN SARAN ................................................
49
5.1.
Kesimpulan ...................................................................
49
5.2.
Saran .............................................................................
49
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
51
LAMPIRAN ...................................................................................................
L1
BAB V
DAFTAR TABEL Nomor Tabel 2.1
Judul
Halaman
Standard Biodiesel ASTM (ASTM D6751)
7
2.2
Beberapa Zat Pengotor Dalam Biodiesel Yang Dapat Merusakkan Komponen Mesin Diesel
13
2.3
Beberapa Sifat Biodiesel Berdasarkan Perbedaan Asam Lemak yang Terkandung Didalamnya
16
2.4
Angka Setana Biodiesel dari Beberapa Minyak / Lemak
17
0
2.5
Titik Tuang dan Titik Kabut ( C) Beberapa Biodiesel dari Minyak atau Lemak Hewani
19
2.6
Sifat Fisika dan Kimia Minyak Kelapa Sawit
22
2.7
Komposisi Asam Lemak Minyak Jarak Pagar
25
4.1
Komposisi Asam Lemak yang Terkandung dalam RBDPO
30
4.2
Komposisi Asam Lemak yang Terkandung dalam Minyak Jarak Pagar
31
4.3
Berat Ester Alkil Bercabang Hasil Transesterifikasi
32
4.4
Faktor Retensi Ester Alkil Bercabang
33
4.5
Hasil Analisa FT-IR Ester Alkil Bercabang
34
4.6
Bilangan Penyabunan dan Bilangan Iodium Alkil Ester
34
4.7
Sifat Fisik dan Kimia Alkil Ester
36
4.8
Rendemen Alkil Ester
39
4.9
Hasil Perhitungan Angka Setana Alkil Ester
45
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar 2.1
Judul
Halaman
Reaksi Esterifikasi Asam Lemak Bebas Menjadi Biodiesel
10
2.2
Reaksi Transesterifikasi Minyak Menjadi Biodiesel
11
2.3
Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Menggunakan Katalis Basa
12
2.4
Tanaman dan Penampangan Buah Kelapa Sawit
20
2.5
Alur Proses Penyulingan Minyak Kelapa Sawit
21
2.6
Tanaman Jarak Pagar dan Buahnya
24
4.1
Hasil Reaksi Transesterifikasi
32
4.2
Mekanisme Reaksi Transesterifikasi Menggunakan Katalis Asam
38
4.3
Penggalan Spektrum FT-IR Minyak Kedelai dan Etil Esternya
40
4.4
Penggalan Spektra FT-IR RBDPO dan Alkil Ester
41
4.5
Penggalan Spektra FT-IR Minyak Jarak Pagar dan Alkil Ester
42
4.6
Grafik Viskositas Alkil Ester dari RBDPO dan Minyak Jarak Pagar
43
4.7
Grafik Perbandingan Angka Setana Alkil Ester
46
4.8
Grafik Perbandingan Titik Kabut Alkil Ester
47
4.9
Grafik Perbandingan Titik Tuang Alkil Ester
48
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Lampiran A Kromatogram Metil Ester dari RBDPO dan Minyak Jarak Pagar
Halaman L1
B
Prosedur Penentuan Bilangan Iodium dan Bilangan Penyabunan
L3
C
Spektrum FT-IR Biodiesel
L7
D
Keputusan Direktur Jenderal Minyak Dan Gas Bumi Nomor: 13A83 K/24/Djm/2006 Tentang Standar Dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Jenis Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Lain yang Dipasarkan Di Dalam Negeri
L11
E
Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No. 3675 K/24/DJM/2006, tanggal 17 Maret 2006 tentang Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Minyak Jenis Minyak Solar yang Dipasarkan di Dalam Negeri
L12
F
Standar Biodiesel di Eropa, Amerika Serikat dan Oceania
L14
