PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT
TESIS
Oleh: JUNIAR LIMBONG 087026025/FIS
PROGRAM MAGISTER ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT
TESIS
Oleh: JUNIAR LIMBONG 087026025/FIS
PROGRAM MEGISTER ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika Pada Sekolah Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh: JUNIAR LIMBONG 087026026/FIS
PROGRAM MAGISTER ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN TESIS Judul Tesis
: PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT Nama Mahasiswa : JUNIAR LIMBONG Nomor Induk Mahasiswa : 087026025 Program Studi : Magister Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui Komisi Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang Ketua
Drs. Nimpan Bangun.M.Sc Anggota Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika,
Prof. Drs. Eddy Marlianto, M.Sc.Ph.D. NIP. 195503171986011001
Dekan
Prof. Drs. Eddy Marlianto, M.Sc.,Ph.D. NIP. 195503171986011001
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada Tanggal: 14 Juni 2010 __________________________________________________________________
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
: Dr. Marhaposan Situmorang
Anggota
: 1. Drs. Nimpan Bangun.M.Sc. 2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc 3. Prof, Dr. Timbangan Sembiring, M.Sc 4. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuanya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 14 Juni 2010
Juniar Limbong NIM : 087026025
Universitas Sumatera Utara
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
: Juniar Limbong : 087026025 : Ilmu Fisika : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif atas Tesis saya yang berjudul: PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN RAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengali media, memformat, mengelilah dalam data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta ijin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikianlah pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 14 Juni 2010
Juniar Limbong
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI Nama
: Juniar Limbong
Tempat dan Tanggal Lahir
: Limbong, 16 Agustus 1966
Alamat Rumah
: JL.Budi Luhur No. 98 Medan Helvetia.
Telepon/HP
: 08126573397
Instansi Tempat Bekerja
: SMA Katolik Mariana Medan
Alamat Kantor
: JL.Kapten.Muslim No. 112 Medan
Telepon
: 061-8456228
DATA PENDIDIKAN SD : Negeri No. 173782 Limbong
Tamat : 1980
SMP
: Negeri Limbong
Tamat : 1983
SMA
: Swasta Josua Medan
Tamat : 1986
Strata-1 : IKIP Negeri Medan
Tamat : 1991
Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Tamat : 2010
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmatNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul “Pengaruh Katalis KOH dan CaO
Pada
Pembuatan
Biodiesel
Minyak
Kemiri
Dengan
Reaksi
Transesterifikasi Menggunakan Eter Sebagai Kosolvent”.. Saya ucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Indonesia c.q Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dana sehingga saya dapat melaksanakan Program Mgister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof.Dr. dr.Syahril Pasaribu DTM&H, M.Sc (CTM) Sp.A(K). atas kesempatan yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister sains. Bapak Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Prof.Drs.Eddy Marlianto,M.Sc,Ph.D atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Ketua Program Studi Magister Fisika Prof.Drs.Eddy Marlianto,M.Sc,Ph.D, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Drs. Nasir Saleh, M.Eng. beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika staf pengajar pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang dan Drs.Nimpan Bangun,M.Sc selaku pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan, arahan, dan perhatian hingga selesainya penulisan tesis ini.
Universitas Sumatera Utara
Bapak Pengurus Yayasan Katolik Mariana Medan Eddy Sitohang, Bapak Kepala Sekolah SMA Mariana Medan, Drs.J.Sinaga dan rekan guruguru yang telah banyak membantu dan memberikan sumbangan pikiran selama penulis mengikuti pendidikan. Rekan-rekan mahasiswa Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Program Studi Magister Ilmu
Fisika angkatan 2008 Jamson Siboro,
Januaris Pane, Sabar Silaen, Henri Jannu, Juaksa Manurung dan seluruh staf Administrasi
Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang penuh
kesabaran memberikan pelayanan yang terbaik. Secara khusus saya mengucapkan terima kasih yang mendalam kepada istri tercinta Erni Naibaho.S.S.T yang senantiasa memberikan dukungan dalam bentuk materi, doa dan dorongan dengan penuh kesabaran, pengertian dan mendoakan keberhasilan penulis dalam menyelesaikan studi ini. Terlebih lagi terima kasih dan hormat saya kepada orang tua saya J.Limbong / T.br Sihotang yang memberikan dukungan dalam bentuk doa dan materi Juga ucapan terima kasih dan hormat saya kepada bapak /ibu mertua saya O.S Naibaho/H.br.Sinurat yang memberikan dukungan, doa selama mengikuti perkuliahan. Terlebih lagi terima kasih dan sayang yang teramat dalam kepada ananda tersayang Friska.M. Limbong, Ivan. A. Limbong. Gracious. F. Limbong yang berkorban untuk selalu ditinggalkan selama penulis mengikuti studi. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi semua pihak, dan penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam tugas akhir ini Kritik dan saran yang sifatnya membangun, penulis harapkan untuk perbaikan selanjutnya. Medan, Juni
2010
Penulis,
Juniar Limbong
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KATALIS KOH DAN CaO PADA PEMBUATAN BIODIESEL MINYAK KEMIRI DENGAN REAKSI TRANSESTERIFIKASI MENGGUNAKAN ETER SEBAGAI KOSOLVENT
ABSTRAK Cadangan bahan bakar semakin terbatas maka perlu dimaanfatkan teknologi alternatif untuk memanfaatkan minyak nabati sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan.Minyak nabati dapat diproses dengan reaksi transesterifikasi untuk mendapatkan bahan bakar alternatif dengan menggunakan katalis basa seperti KOH dan CaO. Reaksi transesterifikasi dengan katalis basa merupakan reaksi yang lambat dan produksi metal ester tidak optimum untuk mengatasinya dapat digunakan kosolvent diantaranya eter Telah dilakukan reaksi transesterifikasi minyak kemiri dalam media metanol-eter dengan katalis KOH dan CaO pada lama reaksi 3 jam dan temperatur 650C..Hasil reaksi diperoleh dua lapisan, lapisan atas mengandung metil eter dan sedikit pengotor dari monogliserida, digliserida , trigliserida dan freegliserol. Dalam rekasi dengan katalis KOH dihasil metil ester dengan konversi reaksi 51,26 % sedangkan dengan katalis CaO 39,92%. Analisis karakteristik metil ester hasil reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis KOH diperoleh densitas 0,8903 gr/cm3, viskositas 5,7884 cSt, titik kabut -19,30C, angka iod 43,81 gr/100gr, kadar air 0,088 %, monodigliserida 1,97 %, digliserida 0,47 %, trigliserida 0,35 %, freegliserol 0,60%,, reaksi transesterifikasi dengan menggunakan katalis CaO diperoleh densitas 0,8905 gr/cm3, viskositas 5,8583 cST, titik kabut -21,20C, angka iod 55,45 gr/100gr, kadar air 0,091 %, monodigliserida 63,93 %, digliserida 0,49 %, trigliserida 23,69 %, freegliserol 0,24%, Kata kunci : transesterifikasi, karakterisasi, minyak kemiri.
Universitas Sumatera Utara
EFFECT OF CATALYST ON KOH AND CaO HAZELNUT OIL BIODIESEL TRANSESTERIFICATION REACTION ETHERS USING AS KOSOLVENT
ABSTRACT
Fuel reserves are limited it is necessary to utilize alternative technologies to exploit the vegetable oil as an energy-friendly alternatives that can be processed with transesterification reaction to obtain an alternative fuel by using an alkaline catalyst such as KOH and CaO. Base catalyzed transesterification is a slow reaction and the production of esters is not the optimum metal can be used to overcome such kosolvent ether Transesterification reaction has been carried out in the media hazelnut oil methanol-ether with KOH and CaO catalyst on reaction time 3 hours and reaction temperature 650C. The results obtained by two layer, layer the methyl ether containing impurities and a bit of monogliceride, diglycerides, triglycerides and freegliserol. In the reaction with KOH catalyst produced methyl esters with reaction conversion 51.26% while with catalyst CaO 39.92%. Physics analysis transesterification using KOH catalyst obtained gr cm3 density of 0.8903 g cm3, viscocity 5.7884 cSt , cloud point -19.30 C, iodine number 43.81 g /100 grr, water content 0.088%, monodigliserida 1,97%, diglycerides 0,47%, triglycerides 0.35 %, freeglisero l0,60 %, transesterification reaction using CaO catalyst obtained density of 0.8905 gr / cm3, viscocity 5,8583 cSt , cloud point -21.20 C, iodine number 55,45 gr / 100 gr, water content 0.091%, monodigliserida 63.93%, diglycerides 0,49%, triglycerides 23,69 %,, freegliserol 0,24 .
Key words: transesterification, characterization, hazelnut oil.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR
i
ABSTRAK
iii
ABSTRACT
iv
DAFTAR ISI
v
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
x
BAB I
Pendahuluan
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
4
1.3. Pembatasan Masalah
4
1.4. Tujuan Penelitian
4
1.5. Asumsi Awal (Hipotesis)
5
1.6. Manfaat Penelitian
5
Tinjauan Kepustakaan
5
2.1. Biodiesel
5
2.2. Bahan Baku Biodiesel
6
2.3. Tanaman Kemiri
8
2.4. Komponen Minyak Nabati
8
BAB II
2.4.1 2.4.2.
Trigliserida
8
Asam Lemak
9
2.5. Bahan Baku Untuk Proses Produksi Biodiesel 2.5.1. Alkohol
9 9
Universitas Sumatera Utara
2.5.2. Katalis
10
2.5.2.1.
Katalis Homogen
10
2.5.2.2.
Katalis Heterogen
10
2.6. Reaksi Transesterifikasi
11
2.6.1. Fakto-Faktor yang Mempengaruhi Reaksi Transesterifikasi
12
2.6.1.1. Pengaruh Air dan Kandungan Asam Lemak Bebas
12
2.6.1.2. Perbandingan Molar Alkohol dengan Minyak Nabati
12
2.6.1.3. Jenis Katalis
12
2.6.1.4. Temperatur
12
2.6.1.5. Lama Reaksi
13
2.6.1.6. Pengadukan
13
2.7. Kosolvent Eter
13
2.8. Karakteristik Bahan Bakar Biodiesel
14
2.8.1 Densitas (Dencity )
14
2.8.2 Viskositas ( Viscosity )
14
2.8.3. Titik Kabut ( Cloud Point )
16
2.8.4. Flash Point
16
2.8.5. Angka Iod
17
2.8.6
17
Kadar Air Dan Sedimen
BAB III Metode Penelitian
19
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
19
3.2. Bahan dan Alat
19
3.2.1. Bahan yang digunakan
19
3.2.2. Alat yang dibutuhkan
19
3.3. Diagram Alir Pengujian
20
3.3.1. Pengolahan Minyak Kemiri
20
3.3.2. Pembuatan Biodiesel
20
3.3.3.
21
Pengujian Sifat Fisis dan Sifat Kimia
Universitas Sumatera Utara
3.4 Pelaksanaan Penelitian
21
3.4.1.
Langkah-langkah Pembuatan Biodiesel
22
3.4.2.
Reaksi Transesterifikasi dengan Katalis KOH
22
3.4.3.
Reaksi Transesterifikasi dengan Katalis CaO
24
3.5. Pengujian Sifat Fisis
25
3.5.1. Pengujian Densitas
25
3.5.2.
27
Pengujian Viskositas
3.5.3. Pengujian Titik Kabut
28
3.5.4. Pengujian Bilangan Iod
28
3.5.5.
29
Pengujian kadar Air
BAB IV Hasil dan Pembahasan
31
4.1. Hasil dan Pembahasan Proses Transesterifikasi.
31
4.2. Hasil dan Pembahasan Karakteristik Metil Ester Minyak Kemiri
BAB V
31
4.3. Hasil dan Pembahasan Pengujian Densitas
34
4.4. Hasil dan Pembahasan Pengujian Viskositas
35
4.5. Hasil dan Pembahasan Pengujuan Titik Kabut
35
4 6. Hasil dan Pembahasan Pengujiana Angka Iod
36
4.7. Hasil dan Pembahasan Pengujian Kadar Air
36
Kesimpulan dan Saran
38
5.1. Kesimpulan
38
5.2. Saran
38
Daftar Pustaka Lampiran
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor Lampiran
Judul
Halaman
2.2.
Tabel Jenis TanamanBahan Baku
10
2.3.
Tabel Jenis Asam Lemak dalam minyak kemiri
12
2.8.
Tabel Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-047182-2006
18
3.4.
Tabel jenis Asam Lemak Bebas Dalam Minyak Kemiri
22
4.1.
Tabel Kandungan asam lemak minyak kemiri dalam basis hitungan 100 gr
4.1.
32
Tabel Data hasil reaksi transesterifikasi 881 gr minyak kemiri dengan katalis KOH
4.1
4.2
34
Tabel Data hasil reaksi transesterifikasi 881 gr minyak kemiri degan katalis CaO
34
Tabel Data Karakteristik Metil Ester Minyak Nabati
34
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor Lampiran
Judul
Halaman
2.6.
Proses Reaksi Transesterifikasi
2.8.
Pendefenisian Kekentalan Dinamis Berdasarkan Hukum Aliran Viskositas
12 16
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Gambar
Judul
Halaman
3.4.
Biji kemiri yang dihaluskan
L-1
3.4.
Ekstraksi minyak kemiri dengan sokletasi
L-1
3.4.
Rotavapor untuk memisahkan minyak dan n-Hexana
L-2
3.4.
Hasil gaskromatografi
L-2
3.4.
Autoclave alat untuk reaksi transesterifikasi
L-3
3.4.
Corong pisah tempat pemisahan gliserol dengan biodiesel
L-3
3.4.
Na2SO4 dimasukkan kedalam biodiesel untuk mengikat air
L-4
3.4.
Destilasi untuk memurnikan biodiesl
L-4
3.4.
Proses penyaringan katalis CaO
L-5
3.5.
Piknometer untuk pengujian densitas metal ester
L-5
3.5.
Viskositas Ostwald untuk pengujian viskositas
L-6
3.5
Pengujian titik kabut metil ester
L-6
3.5.
Pengujian Bilangan Iod
L-7
3.5
Pengujian kadar air
L-7
4.1.
Hasil GC FAME minyak kemiri hasil reaksi transesterifikasi dengan katalis KOH
4.1.
L-8
Hasil GC total gliserol minyak kemiri hasil reaksi transesterifikasi dengan katalis KOH
4.1.
L-9
Hasil GC FAME minyak kemiri hasil reaksi transesterifikasi dengan katalis CaO
4.1.
L-10
Hasil GC total gliserol minyak kemiri hasil reaksi transesterifikasi dengan katalis CaO
L-11
Universitas Sumatera Utara
