ii
PENURUNAN TITIK AWAN BIODIESEL MELALUI PENAMBAHAN ADITIF ESTER ASAM LEMAK BERCABANG
TESIS
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
DARMA PUTRA NIM: 20506044 Program Studi Kimia
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
i
Surat Pernyataan Keaslian Karya Tulis
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS
Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: DARMA PUTRA
NIM
: 20506044
Adalah penulis tesis dengan judul: Penurunan Titik Awan Biodiesel melalui Penambahan aditif Ester Asam Lemak Bercabang di bawah bimbingan Dr. rer. nat. Didin Mujahidin dan menyatakan bahwa tesis tersebut benar-benar hasil karya tulis berdasarkan data eksperimen dan perhitungan penulis selama melakukan Tugas Akhir Magister di Program Studi Kimia ITB.
Bandung, 12 Juni 2008 Penulis,
DARMA PUTRA
ii
Lembar Pengesahan LEMBAR PENGESAHAN PENURUNAN TITIK AWAN BIODIESEL MELALUI PENAMBAHAN ADITIF ESTER ASAM LEMAK BERCABANG
Oleh Darma Putra NIM: 20506044 Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung
Bandung, 12 Juni 2008 Menyetujui, Pembimbing Tugas Akhir
Dr. rer.nat. Didin Mujahidin NIP. 132 208 985
iii
Persembahan
untuk Yang Maha Cerdas dan Maha Mencerdaskan hadiahku untuk Ibunda pemilik rahim yang telah berjuang demi napasku dan untuk bapak yang telah kumandangkan azan saat kuhadir di dunia Karyaku untuk istri tercinta TrySusanti Yang telah menitipkan kebahagiaan dihatiku dan Putri tirani penguasa hatiku Untuk Keluarga besar Sudin dan Usman sutan parpatih yang tiada henti curahkan segala cinta dan tiada henti doakan nyawaku juga untuk bumi dan langitku beserta segenap isinya yang telah mendidikku untuk senantiasa dapat bertahan hidup
iv
Abstrak ABSTRAK
PENURUNAN TITIK AWAN BIODIESEL MELALUI PENAMBAHAN ADITIF ESTER ASAM LEMAK BERCABANG Oleh :
Darma putra NIM 20506044
Biodiesel merupakan bahan bakar diesel alternatif yang diperoleh melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati atau sumber-sumber minyak lain yang mengandung sejumlah triasil gliserol seperti lemak hewan atau minyak sisa penggorengan untuk menghasilkan monoalkil ester. Selain sebagai bahan bakar yang terbarukan biodiesel memiliki keuntungan berupa tingkat efisiensi energi dan mampu mengurangi emisi gas CO2, bersifat nontoksik, biodegradable sehingga ramah lingkungan. Beberapa jenis biodiesel memiliki titik awan yang tinggi sehingga akan mempengaruhi kinerja mesin. Tingginya titik awan disebabkan oleh adanya kekompakan rantai alkil panjang dari asam lemak dari komponen biodiesel. Adanya gangguan terhadap kekompakan molekul tersebut dapat menurunkan titik awan biodiesel. Gangguan tersebut dapat berupa adanya percabangan pada rantai alkil tersebut. Metil asetil risinoleat merupakan metil ester yang bercabang. Pada penelitian ini telah berhasil disintesis senyawa metil asetil risinoleat dari minyak kastor yang merupakan senyawa metil ester dengan percabangan. Penelitian ini menunjukan bahwa pencampuran metil asetil risinoleat pada biodiesel dengan konsentrasi sebesar 1%, 2%, 3%, 4% dan 5 % dari volume biodiesel dapat menurunkan titik awan. Hasilnya dianalisa pada komposisi berapa yang memberikan hasil terbaik pada penurunan titik awan biodiesel. Dari hasil penelitian yang dilakukan ditemukan bahwa penambahan aditif metil asetil risinoleat sebesar 5% mampu menurunkan titik awan biodiesel minyak sawit sebesar 5,5 oC.Dari penelitian ini ditunjukan bahwa ada hubungan linear antara penambahan metil asetil risinoleat dengan penurunan titik awan. Kata kunci : Biodiesel, metil asetil risinoleat, titik awan
v
Abstract
DECREASING THE CLOUD POINT OF BIODIESEL THROUGH ADDITION OF RAMIFIED FAT ACID ESTER ADDITIVE By Darma putra NIM 20506044 Biodiesel , fatty acid mono alkyl ester is an alternative diesel fuel obtained by transesterifikasi reaction of vegetable oil or other source containing of triacyl glycerol such as animal fat or frying residual oil. Biodiesel have several advantages, e.g efficiency, ability to reduce emission of CO2 gas, nontoxic and biodegradable. Same types of biodiesel have high cloud point that will influence performance of machine. The long alkyl chain of fatty acid component in biodiesel are responsive to this disadvantage properties. Branched fatty acid ester e.g methyl acetyl ricinoleic may decrease cloud point of biodiesel. In this research, methyl acetyl ricinoleic have been successfully synthesized from castor oil. Its result shown that addition of methyl acetyl ricinoleic in biodiesel decreased cloud point of biodiesel. Addition of methyl acetyl ricinoleic with 5 % concentration decreased the cloud point down to 5,5oC. The result shown also that there was linear relationship between addition of methyl acetyl ricinoleic and decreasing of cloud point Key
word
:
Biodiesel,
metyl
acetyl
ricinoleic,
cloud
point
vi
Pedoman Penggunaan Tesis PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku
di
Institut
Teknologi
Bandung.
Referensi
kepustakaan
diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
vii
Ucapan Terima Kasih UCAPAN TERIMA KASIH
Bismillahirrahmanirrahim, Allahumma Shalli ‘ala Sayyidina Muhammad, Puji beserta syukur sudah sepantasnya penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, pemilik segala ilmu pengetahuan, yang telah mencurahkan kasih sayang serta petunjuk-Nya hingga penulis dapat menyelesaikan Tesis ini dengan segala keterbatasan ilmu dan waktu. Tesis yang berjudul ”Penurunan Titik Awan Biodiesel melalui Penambahan aditif ester asam lemak bercabang" merupakan salah satu syarat dalam menempuh ujian Magister di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Ucapan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada Dr. rer. nat. Didin Mujahidin, selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bimbingan, membagikan ilmu pengetahuan dan membantu penulis sepenuh hati dalam menyelesaikan berbagai permasalahan yang dihadapi selama penelitian ini. Pada kesempatan ini pula penulis ingin mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang tulus kepada: 1.
Dirjen Mapenda Departemen Agama RI yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Program Magister Kimia Kerjasama Depag – ITB. Semoga ilmu yang diperoleh melalui program ini bermanfaat di kemudian hari.
2.
Prof. Dr. Joko Santoso, Rektor Institut Teknologi Bandung
3.
Dr. Akhmaloka selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, ITB.
viii
4.
Dr. Indra Noviandri selaku Ketua Program Studi Kimia, FMIPA, ITB.
5.
Dr. Deana Wahyuningrum, selaku Kepala Laboratorium penelitian Bio Organik dan Organik sintesis FMIPA, ITB.
6.
Pak Dudung, Pak Kurdi, Ibu Ai', Pak Toyo dan seluruh karyawan di Program Studi Kimia ITB yang telah banyak membantu dan memberikan
kemudahan
kepada
penulis
sehingga
dapat
menyelesaikan penelitian ini. 7.
Pak Ali, Pak Rino, Pak Nanang, Pak Sholeh, Daniel, Dewi, Iis, Enni, dan seluruh rekan kerja di Laboratorium Penelitian Bioorganik dan organik sintesis yang telah berbagi wawasan dan pengertian kepada penulis.
8.
Pak Hae, Pak Haji, Pak Udin, Pak Hadi, Pak Jafar, Efni, Rahma, Novi, Bu Suyati, Ayu Rina, dan seluruh rekan mahasiswa Program Magister Kimia Kerjasama Depag – ITB Angkatan 2006 yang telah menjadi sahabat terbaik penulis selama ini.
9.
Muasri, izal, isan, mamak, Edi dan samsul, yang telah menjadi keluarga penulis selama di Bandung.
10.
Semua pihak yang telah membantu penulis dari awal sampai akhir, baik langsung maupun tidak langsung, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Semoga semua kebaikan yang diberikan kepada penulis mendapatkan balasan yang berlipat ganda dari Allah SWT. Penulis menyadari tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran sangat penulis nantikan. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua terutama bagi kemajuan ilmu pengetahuan. Amin. Bandung, 19 Mei 2008 Penulis,
ix
Daftar Isi DAFTAR ISI
halaman Surat Pernyataan Keaslian Karya Tulis.................................................................... i Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii Persembahan .......................................................................................................... iii Abstrak ................................................................................................................... iv Abstrack .................................................................................................................. v Pedoman Penggunaan Tesis................................................................................... vi Ucapan Terima Kasih............................................................................................ vii Daftar Isi ................................................................................................................ ix Daftar Gambar........................................................................................................ xi Daftar Tabel .......................................................................................................... xii Daftar Lampiran ................................................................................................... xiii Daftar Singkatan dan Lambang............................................................................ xiv Daftar Istilah ......................................................................................................... xv Bab I Pendahuluan .................................................................................................. 1 1.1
Latar Belakang Penelitian ......................................................................... 1
1.1
Perumusan Masalah .................................................................................. 3
1.2
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.3
Ruang Lingkup Kajian.............................................................................. 3
Bab II Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 4 2.1
Bahan Bakar Diesel................................................................................... 4
2.1.1 Petrodiesel................................................................................................. 4 2.1.2 Biodiesel ................................................................................................... 5 2.2
Standar Mutu Biodiesel............................................................................. 6
2.3
Titik Awan (Cloud Point) dan Titik Tuang (Pour Point) ....................... 10
2.4
Biodiesel dari Minyak Kastor ................................................................. 11
2.5
Transesterifikasi...................................................................................... 14
x
2.6
Katalis ..................................................................................................... 15
2.7
Biodiesel Bertitik Awan Rendah ............................................................ 16
2.8
Struktur Kimia, Pengaditif dan Titik Awan............................................ 16
Bab III Metode Penelitian ..................................................................................... 19 3.1
Peralatan dan Bahan................................................................................ 19
3.2
Prosedur Kerja ........................................................................................ 20
3.2.1 Persiapan sampel..................................................................................... 21 3.2.2 Sintesis metil risinoleat ........................................................................... 21 3.2.3 Karakterisasi metil risinoleat .................................................................. 21 3.2.4 Proses asetilasi ........................................................................................ 21 3.2.5 Karakterisasi asetil metil risinoleat......................................................... 22 3.2.6 Penurunan titik awan biodiesel ............................................................... 22 Bab IV Hasil dan Pembahasan.............................................................................. 23 4.1
Penyiapan Sampel................................................................................... 23
4.2
Sintesis Metil Risinoleat ......................................................................... 23
4.2.1 Proses transesterifikasi minyak jarak (minyak kastor) ........................... 23 4.2.2 Proses pemurnian metil risinoleat........................................................... 24 4.3
Sintesis Metil Asetil Risinoleat............................................................... 27
4.4
Tahap pemurnian Metil Asetil Risinoleat ............................................... 32
4.5
Penurunan Titik Awan ............................................................................ 32
Bab V Kesimpulan dan Saran ............................................................................... 35 5.1
Kesimpulan ............................................................................................. 35
5.2
Saran ....................................................................................................... 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 36 lampiran ................................................................................................................ 37
xi
Daftar Gambar DAFTAR GAMBAR
Gambar II. 1 Proses pembuatan biodiesel............................................................... 6 Gambar II. 2 Biji tanaman jarak (ricinus communis) ........................................... 14 Gambar II. 3 Skema reaksi transesterifikasi trigliserid......................................... 15 Gambar II. 4 Asam Risinoleat............................................................................... 17 Gambar II. 5 Struktur asam risinoleat yang telah mengalami transesterifikasi .... 17 Gambar II. 6 Ester yang telah mengalami asetilasi pada gugus hidroksi.............. 17 Gambar III. 1 Diagram alir penelitian................................................................... 20 Gambar IV. 1 Rangkaian alat transesterifikasi ..................................................... 24 Gambar IV. 2 Hasil sentrifuga .............................................................................. 25 Gambar IV. 3 KLT sebelum dan sesudah transesterifikasi minyak kastor ........... 26 Gambar IV. 4 Spektrum inframerah metil risinoleat ............................................ 26 Gambar IV. 5 Mekanisme reaksi asetilasi metil risinoleat ................................... 28 Gambar IV. 6 Biodiesel yang mengandung Metil asetil risinoleat (a) dan Metil risinoleat (b).............................................................................. 28 Gambar IV. 7 Spektrum serapan metil asetil risinoleat oleh IR ........................... 29 Gambar IV. 8 KLT hasil sebelum dan sesudah proses asetilasi biodiesel ............ 30 Gambar IV. 9 Kromatogram GC hasil proses asetilasi ......................................... 30 Gambar IV. 10 Kromatogram GC metil asetil risinoleat ...................................... 31 Gambar IV. 11 Spektrum MS metil asetil risinoleat............................................. 31 Gambar IV. 12 Alat pengukur titik awan.............................................................. 33 Gambar IV. 13 Kurva Perubahan titik awan terhadap penambahan metil asetil risinoleat. .................................................................................. 34
xii
Daftar Tabel DAFTAR TABEL Tabel II. 1 Sifat Fisik Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar dan Solar(11) ................. 7 Tabel II. 2 Standar Biodiesel Beberapa Negara(11).................................................. 8 Tabel II. 3 Standar Mutu Biodiesel Indonesia(11) .................................................... 9 Tabel II. 4 Komposisi Biji Jarak(18) ....................................................................... 13 Tabel II. 5 Kandungan Asam Lemak Minyak Biji Jarak(18) .................................. 13 Tabel IV. 1 Puncak serapan terhadap gugus fungsi dari metil risinoleat.............. 27 Tabel IV. 2 Puncak serapan terhadap gugus fungsi dari metil asetil risinoleat .... 29 Tabel IV. 3 Nilai titik awan biodiesel dengan penambahan aditif metil asetil risinoleat pada beberapa komposisi.................................................... 33
xiii
Daftar Lampiran DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Tabel Proses Sintesis Metil Risinoleat ............................................ 37 Lampiran B Proses Sintesis Metil Asetil Risinoleat ......................................... 38 Lampiran C Analisis kromatogram GC metil asetil risinoleat........................... 39 Lampiran D Kromatogram GC-MS metil asetil risinoleat................................. 40 Lampiran E Skema dan gambar GC – MS......................................................... 41 Lampiran F Isolasi metil asetil risinoleat dalam biodiesel dengan kolom kromatografi ....................................................................................... 42 Lampiran G Pengujian titik awan (ASTM D 2500-91) ...................................... 43
xiv
Daftar Singkatan dan Lambang
ASTM
The American Societi for Testing Materials
OH
Hidroksi
IR
Infra Red
GC
Gas Chromatography
MS
Mass Spectroscopy
NaOH
Natrium hidroksida
CO2
Karbon dioksida
KOH
Kalium hidroksida
KLT
Kromatografi Lapis Tipis
BTL
Biomas to Liquid
GTL
Gas to Liquid
ULSD
Ultra-Low Sulfur Diesel
xv
Daftar Istilah Angka Penyabunan Jumlah mg KOH yang digunakan untuk penyabunan lengkap Asam lemak bebas Merupakan campuran dari asam lemak jenuh dan tak jenuh Asetilasi Proses memasukan gugus asetil (CH3CO-) ke dalam suatu senyawa Bilangan asam Jumlah KOH yang diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas dalam 1 gram sampel Bilangan ester Bilangan yang menyatakan jumlah mg KOH yang diperlukan untuk menyabunkan ester netral dalam 1 gram lemak/minyak atau sama dengan bilangan penyabunan dikurangi bilangan asam Bilangan iod Bilangan yang menyatakan persen iodine yang diserap pada keadaan baku oleh minyak / lemak, menunjukan ketidakjenuhan. Bilangan hidroksi Jumlah mg gugus –OH bebas yang terdapat dalam 1 gram sampel. Cetane Number Bilangan yang menunjukan kualitas pembakaran biodiesel Castor Oil/ Minyak kastor Minyak nabati yang diperoleh dari hasil ekstraksi biji jarak ricinus communis L Ekstraksi Proses pemisahan suatu penyusun diujikan dari penyusun-penyusun lain dalam suatu campuran dengan menggunakan suatu pelarut Ester gliserol Lemak yang telah dipisahkan dari asam lemak
xvi
Gliserol 1,2,3 propantriol Ikatan rangkap Adanya dua ikatan tunggal yang menghubungkan dua atom, misalnya H2C = CH2 dengan cara pemakaian electron bersama Linoleat Asam lemak tak jenuh, C18H30O2 Risinoleat Asam lemak dengan rumus molekul C17H32(OH)COOH Trigliserida Campuran ester gliserol dan tiga asam lemak organic Viskositas Kekentalan, rintangan yang menghambat aliran zat cair Waktu retensi Waktu yang dibutuhkan oleh suatu senyawa untuk merambat dalam kolom kromatografi
