STUDI EFEKTIVITAS TRANSESTERIFIKASI IN SITU PADA AMPAS KELAPA (Cocos nucifera) UNTUK PRODUKSI BIODIESEL
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
PATRIK MARKOPALA PASANG NIM : 23004025 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
STUDI EFEKTIVITAS TRANSESTERIFIKASI IN SITU PADA AMPAS KELAPA (Cocos nucifera) UNTUK PRODUKSI BIODIESEL
Oleh Patrik Markopala Pasang 23004025
Program Magister Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Pembimbing
Tanggal ……………………….
Pembimbing I
Pembimbing II
__________________________
__________________________
(Dr.Tatang Hernas Soerawidjaja)
(Dr.Tirto Prakoso Brodjonegoro)
ABSTRAK Pembuatan biodiesel yang umum dilakukan adalah dengan mereaksikan minyak nabati dengan metanol/etanol dan katalis. Bahan baku yang akan dibuat biodiesel terlebih dahulu diekstrak atau dipress untuk mendapatkan minyaknya. Perlakuan tersebut menyebabkan penambahan komponen biaya produksi sehingga pembuatan biodiesel dinilai belum ekonomis. Pembuatan biodiesel dengan transesterifikasi in situ (ekstraksi dan transesterifikasi serempak atau in situ transesterification) dilakukan tanpa terlebih dahulu mengekstrak minyak yang terkandung dalam bahan sumber tetapi langsung memaserasi/menyeduh bahan sumber tersebut dengan methanol yang sudah dibubuhi katalis. Rute via transesterifikasi in situ memiliki langkah-langkah operasi lebih sedikit, sehingga berpotensi menurunkan harga pokok dari biodiesel yang diproduksi. Pemanfaatan minyak kelapa untuk biodiesel akan mengakibatkan terjadinya persaingan dengan industri pangan dan oleokimia, mengingat minyak kelapa merupakan komoditas yang berharga cukup mahal di pasar internasional. Cara lain yang dipandang potensial untuk memproduksi biodiesel dari kelapa adalah memanfaatkan minyak kelapa yang masih terkandung di dalam ampas kelapa sisa pembuatan minyak kelapa murni dan santan dengan transesterifikasi in situ. Kandungan minyak di dalam ampas kelapa berkisar 12-15% sehingga merupakan potensi yang besar untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Selama ini ampas kelapa sebagian besar dimanfaatkan untuk pakan ternak, dengan mengolahnya menjadi biodiesel maka akan meningkatkan dayaguna dari ampas kelapa dan menjadi salah satu sumber bahan bakar alternatif di daerah sentra kelapa. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengevaluasi efektifitas transesterifikasi in situ pada ampas kelapa untuk menghasilkan biodiesel dan meningkatkan nilai tambah ampas kelapa. Transesterifikasi in situ ampas kelapa dilakukan pada temperatur 27oC dan 60oC, penambahan katalis kalium metoksida sebanyak 2%, 3%, 4%-b ampas kelapa, tanpa dan menggunakan penstabil katalis (K3PO4, Na3PO4, KOOCCH3, NaOOCCH3). Biodiesel hasil transesterifikasi in situ ampas kelapa yang dilakukan pada temperatur 27oC, penambahan katalis 3-4% dan tanpa menggunakan penstabil katalis memiliki angka asam 0,359-0,388 mg KOH/g, kadar gliserol total 0,174-0,197%, kadar gliserol bebas 0,0028-0,0049%, kadar ester alkil 99,46-99,52%. Berdasarkan parameter tersebut, biodiesel yang dihasilkan memenuhi syarat mutu biodiesel menurut SNI-04-7182-2006. Yield biodiesel tertinggi (35,919%) diperoleh pada temperatur 27oC, penambahan katalis 3% dan tanpa menggunakan penstabil katalis. Kata Kunci : transesterifikasi in situ, ampas kelapa, biodiesel
ii
ABSTRACT The nowadays usual method of manufacturing biodiesel is by reacting vegetable oil with methanol/ethanol in the presence of catalyst. The vegetable oil raw material is obtained from the plant sources through pressing and/or extraction. The sequential operation of obtaining the vegetable oil followed by its conversion to biodiesel has made the total production cost of biodiesel (from its natural resources) relatively high and thus reduce the competitiveness of this clean and renewable fuel. Preparation of biodiesel by in situ transesterification (or simultaneous extraction and transesterification) proceeds without prior extraction of the vegetable oil raw material but directly macerating the oil source with methanol containing catalyst. Therefore, in situ transesterification has less operation stage and thus has a potential of reducing the cost of the biodiesel product.
The utilization of coconut oil for biodiesel will obviously compete those for food and oleochemical industries. One way to hinder this competition is to produce biodiesel from coconut meat press cake by in situ transesterification. The press cake still contain 12-15% oil, so that it is very potential to be used for making biodiesel. Up till now, the press cake is mostly utilized as animal feed. Utilization of the press cake for making biodiesel is expected to increased its economic value chain, especially in the coconut producing areas. The aim of this research is to evaluate the effectiveness of in situ transesterification of coconut meat press cake to produce biodiesel. The in situ transesterification process were carried at 27o and 60oC , with the addition of potassium methoxide catalyst at 2, 3 and 4%-by weight of the press cake and with or without the presence of catalyst stabilizers (K3PO4, Na3PO4, KOOCCH3, NaOOCCH3). Biodiesel obtained from in situ transesterification of coconut meat press cake at 27oC, 3 – 4% catalyst and without the presence of catalyst stabilizer, has an acid value of 0.359 – 0.388 mg-KOH/g, total glycerol content of 0.174 – 0.197%, free glycerol content of 0.0028 – 0.0049% and alkyl ester content of 99.46 – 99.52%. This means that the biodiesel produced has a quality that fulfill the standard SNI-04-7182-2006. The highest yield of biodiesel is achieved at 27oC, 3% catalyst and without catalyst stabilizer.
Keyword : in situ transesterification, coconut meat press cake, biodiesel
ii
ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas kekuatan, hikmat dan anugerah-Nya yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian (TK-70Z1) ini. Laporan penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Teknik Kimia Sekolah Pasca Sarjana Institut Teknologi Bandung. Selesainya penulisan laporan ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Tatang Hernas Soerawidjaja dan Dr. Ir. Tirto Prakoso Brodjonegoro selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, pengajaran dan pengarahan . 2. Prof. Dr. Ir. Herri Susanto selaku ketua/koordinator Program Pasca Sarjana Teknik Kimia ITB. 3. Dr. IGBN Makertihartha selaku dosen wali yang senantiasa memberikan motivasi untuk belajar lebih giat. 4. Dr. Novarianto Hengky selaku Kepala Balai Penelitian Tanaman Kelapa dan Palma Lain Manado yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk studi lanjut. 5. Orang tuaku terkasih di Makassar (Cornelius Pasang-Maria Mambela) dan di Kamali (S. Rante Barrang-Maria Manti’) yang senantiasa memberikan dukungan, kasih sayang dan nasihat. 6. Dwi Sukarsih, Henry, Pak Komari,Yanti atas bantuannya selama pelaksanaan penelitian. Penulis menyadari kemungkinan adanya kekurangan dalam laporan ini, karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun guna perbaikan laporan penelitian ini. Kiranya laporan penelitian dapat bermanfaat untuk perkembangan ilmu pengetahuan.
Bandung, Juni 2007
Penulis iii
iii
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ............................................................................................................
i
ABSTRACT ..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI .........................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vi
DAFTAR TABEL .................................................................................................
vii
Bab I Pendahuluan ................................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .........................................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................................
3
1.3 Tujuan ......................................................................................................
3
1.4 Ruang Lingkup .........................................................................................
3
Bab II Tinjauan Pustaka ........................................................................................
5
2.1 Ester Metil Asam Lemak dan Biodiesel ..................................................
5
2.2 Minyak Kelapa dan Biodiesel Kelapa ......................................................
7
2.3 Transesterifikasi Minyak-Lemak untuk Pembuatan Biodiesel ................
10
2.4 Transesterifikasi Ekstraktif/In Situ ..........................................................
12
2.5 Permasalahan Transesterifikasi Ekstraktif/In Situ ...................................
16
Bab III Pelaksanaan Penelitian .............................................................................
18
3.1 Peralatan ...................................................................................................
18
3.2 Bahan .......................................................................................................
19
3.3 Pelaksanaan Transesterikasi In Situ .........................................................
19
3.3.1 Penelitian Pendahuluan .....................................................................
19
3.3.2 Penelitian Utama ...............................................................................
19
3.4 Variasi Percobaan ....................................................................................
20
3.5 Analisis Produk ........................................................................................
21
iv
Bab IV Hasil dan Pembahasan ..............................................................................
24
4.1 Preparasi Bahan Baku ..............................................................................
24
4.2 Penelitian Pendahuluan ............................................................................
25
4.3 Penelitian Utama ......................................................................................
28
4.3.1 Perolehan (yield) Ester Metil Ampas Kelapa ....................................
29
4.3.2 Pengujian Karakteristik Ester Metil Ampas Kelapa ..........................
31
Bab V Kesimpulan dan Saran ...............................................................................
35
5.1 Kesimpulan ..............................................................................................
35
5.2 Saran ........................................................................................................
35
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
36
Lampiran A. Metode Analisis Angka Asam Biodiesel ……….....…..............................
38
B. Metode Analisis Kadar Gliserol Total dan Bebas …........…....…..............
41
C. Metode Analisis Kadar Ester Biodiesel .....................................................
46
D. Metode Analisis Angka Iodium Biodiesel .................................................
49
E. Metode Analisis Kadar Fosfor Biodiesel ...................................................
53
iv
iv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel II.1 Tabel II.2 Tabel II.3 Tabel II.4 Tabel IV.1 Tabel IV.2
Tabel IV.3 Tabel IV.4 Tabel IV.5 Tabel IV.6 Tabel IV.7
Sifat-Sifat Penting Ester Metil Asam-Asam Lemak yang Relatif Umum ................................................................................... Persyaratan Kualitas Biodiesel SNI-04-7182-2006 .......................... Analisis Proksimat Ampas Kelapa Kering ....................................... Rentang Komposisi Asam-Asam Lemak Minyak Kelapa ................ Hasil Analisis Ampas Kelapa yang digunakan dalam Penelitian dibandingkan dengan Data Literatur ................................................ Karakteristik Ester Metil Ampas Kelapa dengan Penambahan Katalis 4%-b Menggunakan Berbagai Penstabil Katalis pada Temperatur 60oC ..................................................................... Perolehan (%-b) Ester Metil pada Transesterifikasi In Situ Ampas Kelapa .................................................................................. Angka Asam (mg-KOH/mg) Ester Metil Hasil Transesterifikasi In Situ Ampas Kelapa ........................................... Kadar Gliserol Total (%-b) Ester Metil Hasil Transesterifikasi In Situ Ampas Kelapa ........................................... Kadar Gliserol Bebas (%-b) Ester Metil Hasil Transesterifikasi In Situ Ampas Kelapa ........................................... Kadar Ester (%-b) Biodiesel Hasil Transesterifikasi In Situ Ampas Kelapa ..................................................................................
6 7 8 8 24
28 29 31 32 33 33
vii
viii
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar II.1 Gambar III.1 Gambar III.2 Gambar III.3 Gambar IV.1 Gambar IV.2 Gambar IV.3 Gambar IV.4 Gambar IV.5 Gambar IV.6
Ikhtisar Skematik Rute Pembuatan Biodiesel via Transesterifkasi Konvensional dan Transesterifikasi In Situ ..................................... Reaktor Transesterifikasi In Situ ...................................................... Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian .............................................. Skema Transesterifikasi In Situ di dalam Reaktor ........................... Ampas Kelapa yang Telah dikeringkan ........................................... Pemisahan Ester Metil dan Gliserol Menggunakan Corong Pisah .................................................................................... Pencucian Ester Metil ...................................................................... Ester Metil Ampas Kelapa Hasil Percobaan .................................... Emulsi yang Terbentuk pada Saat Pencucian Ester Metil ............... Hasil Pemanasan untuk Memecah Emulsi yang Terbentuk pada Saat Pencucian Ester Metil ..............................................................
13 18 22 23 24 27 27 27 30 30
vi
vii
vi
