pencairan hidrotermal biomassa...
TRANSCRIPT
PENCAIRAN HIDROTERMAL BIOMASSA CANGKANG
KELAPA SAWIT MENJADI BIO-CRUDE OIL DALAM
KONDISI SUPERKRITIS
SKRIPSI
RISNA AYU FADILAH
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2018 M/1439 H
PENCAIRAN HIDROTERMAL BIOMASSA CANGKANG
KELAPA SAWIT MENJADI BIO-CRUDE OIL DALAM
KONDISI SUPERKRITIS
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh :
RISNA AYU FADILAH
1113096000048
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
2018 M/ 1439 H
PENCAIRAN HIDROTERMAL BIOMASSA CANGKANG
KELAPA SAWIT MENJADI BIO-CRUDE OIL DALAM
KONDISI SUPERKRITIS
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
RISNA AYU FADILAH
1113096000048
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Herman Hidayat Nurmaya Arofah, M.Eng
NIP. 19660112 199201 1 001 NIDN. 2010068701
Mengetahui,
Ketua Program Studi Kimia
Drs. Dede Sukandar, M.Si
NIP. 19650104 199103 1 004
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul “Pencairan Hidrotermal Biomassa Cangkang Kelapa
Sawit Menjadi Bio-Crude Oil dalam Kondisi Superkritis” telah diuji dan
dinyatakan LULUS pada Sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Selasa, 2 Januari
2018. Skripsi ini telah diterima untuk memenuhi salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains Program Studi Kimia.
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL
KARYA SENDIRI DAN BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI SKRIPSI
ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA
MANAPUN.
Jakarta, 13 Januari 2018
Risna Ayu Fadilah
1113096000048
ABSTRAK
RISNA AYU FADILAH. Pencairan Hidrotermal Biomassa Cangkang Kelapa
Sawit Menjadi Bio-crude Oil Pada Kondisi Superkritis. Dibimbing oleh HERMAN
HIDAYAT dan NURMAYA AROFAH.
Biomassa cangkang kelapa sawit diketahui memiliki kandungan lignin,
hemiselulosa, dan selulosa yang mempunyai efek tinggi terhadap proses pencairan
hidrotermal. Penelitian ini dilakukan untuk mengurangi limbah kelapa sawit
menjadi bio-crude oil yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Penelitian
pencairan hidrotermal biomassa cangkang kelapa sawit menjadi bio-crude oil telah
dilakukan. Pencairan hidrotermal biomassa cangkang kelapa sawit dilakukan
dengan variasi tekanan awal 1, 2, dan 3 MPa pada saat kondisi operasi, serta
temperatur 370 °C selama 60 menit. Katalis Na2CO3 digunakan sebanyak 5% dari
berat bahan baku cangkang kelapa sawit. Hasil dari pencairan biomassa cangkang
kelapa sawit berupa slurry dan gas. Hasil slurry dipisahkan dengan distilasi vakum
menghasilkan fraksi minyak dan residu. Fraksi minyak yang dihasilkan dianalisis
dengan GC-MS. Hasil gas dianalisis dengan GC-TCD dan GC-FID. Hasil yield bio-
crude oil yang paling banyak dihasilkan yaitu pada kondisi operasi dengan tekanan
awal 3 MPa dan penambahan katalis Na2CO3 yaitu sebesar 71,84%. Golongan
senyawa yang terkandung dalam bio-crude oil yaitu asam karboksilat, alkana,
keton, aldehid, dan aromatik.
Kata kunci: Bio-Crude Oil, Cangkang Kelapa Sawit, Katalis Na2CO3, Pencairan
Hidrotermal, Superkritis.
ABSTRACT
RISNA AYU FADILAH. Hydrothermal Liquefaction Biomass Palm Oil Shells
Become Bio-Crude Oil On Supercritical Conditions. Guided by HERMAN
HIDAYAT and NURMAYA AROFAH.
Palm oil shell biomass is known to contain lignin, hemicellulose and cellulose
which have a high effect on the hydrothermal liquefaction process. This research
was conducted to reduce the waste of palm oil into bio-crude oil that can be used as
fuel. Research on hydrothermal liquefaction of oil palm biomass shells into bio-
crude oil has been done. The hydrothermal liquefaction of palm kernel biomass was
carried out with variations in initial pressure of 1, 2, and 3 MPa during operating
conditions, and 370 ° C for 60 minutes. Na2CO3 catalyst is used as much as 5% by
weight of raw material of palm shell. The result of melting of oil palm shell biomass
is in the form of slurry and gas. The slurry results are separated by vacuum
distillation resulting in oil fraction and residue. The resulting oil fractions were
analyzed by GC-MS. The gas yield was analyzed by GC-TCD and GC-FID. The
highest yield of bio-crude oil produced is in operating conditions with initial
pressure of 3 MPa and the addition of Na2CO3 catalyst is 71,84%. Group of
compounds contained in bio-crude oil is carboxylic acid, alkane, ketone, aldehyde,
and aromatics.
Keywords: Bio-Crude Oil, Palm Oil Shell, Na2CO3 Catalyst, Hydrothermal
Liquefaction, Supercritis.
v
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat
dan ridha-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pencairan
Hidrotermal Biomassa Cangkang Kelapa Sawit Menjadi Bio-Crude Oil dalam
Kondisi Superkritis”. Shalawat serta salam tidak lupa penulis sampaikan kepada
Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan para sahabatnya agar dapat selalu
mengerjakan segala ajarannya dan mudah-mudahan penulis dapat diberikan syafaat
oleh beliau hingga akhir zaman nanti. Aamiin.
Skripsi ini dapat selesai berkat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengungkapkan rasa terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Herman Hidayat, selaku Pembimbing I yang telah memberikan
bimbingan dan arahan selama penyusunan skripsi ini.
2. Nurmaya Arofah, M.Eng, selaku Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan arahan selama penyusunan skripsi ini.
3. Dr. Siti Nurbayti, M.Si, selaku Penguji I dan Pembimbing Akademik dari
penulis yang telah memberikan saran dan masukan terhadap penulis.
4. Isalmi Aziz, M.T, selaku Penguji II yang telah memberikan saran dan
masukan selama penyusunan skripsi ini.
5. Drs. Dede Sukandar, M.Si, selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas
Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
6. Dr. Agus Salim, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN
Syarif Hidayatullah Jakarta.
7. Para staf Badan Pengkajian dan Penerapan Tenologi Serpong yang telah
membantu dan membimbing penulis dalam melaksanakan penelitian ini.
vi
8. Keluarga tercinta, khususnya orang tua penulis bapak Agustian dan ibu
Parinem, dan kakak penulis Nur Juniar Afifi, S.Pd, yang selalu mendo’akan,
melimpahkan kasih sayang dan memberikan dukungan moril serta materil
kepada penulis.
9. Teman-teman seperjuangan di tempat penelitian, Devi, Desta dan Taufik,
serta teman-teman kimia UIN Jakarta 2013 yang selalu memberikan
dukungan dan semangat selama kuliah.
10. Teman-teman terbaik Azizatur Rahmah dan Nurriskillah yang selalu
mendoakan penulis agar diberi kemudahan selama penyusunan skripsi ini.
11. Dan semua pihak yang telah membantu dan mendoakan penulis agar diberi
kemudahan dalam penyusunan skripsi ini.
Semoga segala bantuan baik moril maupun materil yang telah diberikan
dapat menjadi amal ibadah bagi keluarga, teman dan bapak/ibu sekalian. Semoga
skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Jakarta, 13 Januari 2018
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR .................................................................................... v
DAFTAR ISI ................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xii
BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1
a. Latar Belakang ......................................................................... 1
b. Tujuan Penelitian ..................................................................... 6
c. Rumusan Masalah .................................................................... 6
d. Hipotesis ................................................................................... 6
e. Manfaat Penelitian ................................................................... 7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 8
2.1 Biomassa ............................................................................................. 8
2.2 Cangkang Kelapa Sawit ...................................................................... 12
2.3 Hydrothermal Liquefaction (HTL) ...................................................... 13
2.4 Hidrogenasi Katalitik .......................................................................... 18
2.5 Destilasi Vakum .................................................................................. 19
2.6 Kromatografi Gas ................................................................................ 21
BAB III. METODE PENELITIAN .............................................................. 26
3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan ......................................................... 26
3.2 Alat dan Bahan .................................................................................... 26
3.3 Prosedur Kerja .................................................................................... 26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 35
4.1 Analisis Komposisi Kimia Biomassa Cangkang Kelapa Sawit .......... 35
4.2 Pengaruh Tekanan pada Hasil Pencairan Cangkang Kelapa Sawit .... 37
4.3 Pengaruh Katalis pada Hasil Pencairan Cangkang Kelapa Sawit ....... 39
4.4 Analisis Hasil Minyak dengan GCMS ................................................ 42
4.5 Pelarut H2O Sebagai Donor Hidrogen ................................................ 46
BAB V. Penutup ............................................................................................. 50
5.1 Simpulan ............................................................................................. 50
5.2 Saran ................................................................................................... 50
viii
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 51
LAMPIRAN .................................................................................................... 56
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Struktur kimia komponen biomassa ............................................. 12
Gambar 2. Cangkang Kelapa Sawit ................................................................ 13
Gambar 3. Diagram fase air ............................................................................ 14
Gambar 4. Reaksi yang terjadi dalam air terkompresi panas ......................... 15
Gambar 5. Skema reaksi pencairan sederhana ............................................... 16
Gambar 6. Reaksi dehidrasi dan dekarboksilasi pada biomassa .................... 18
Gambar 7. Skema Kromatografi Gas ............................................................. 22
Gambar 8. Kontak penghubung detektor dua sel TCD .................................. 23
Gambar 9. Skema Flame Ionization Detector (FID) ...................................... 24
Gambar 10. Skema Gas Chromatography Mass Spectrometry ...................... 25
Gambar 11. Rasio H/C dan O/C beberapa bahan bakar padat ....................... 36
Gambar 12. Pengaruh tekanan pada hasil pencairan CKS tanpa katalis. ....... 38
Gambar 13. Hasil Proses Pencairan CKS ...................................................... 40
Gambar 14. Kromatogram hasil analisa GCMS pada produk minyak ........... 42
Gambar 15. Senyawa hasil analisis GCMS pada hasil minyak ...................... 43
Gambar 16. Senyawa hasil analisis minyak dengan GCMS .......................... 45
Gambar 17. Konsumsi pelarut H2O pada pencairan CKS tanpa katalis ......... 47
Gambar 18. Konsumsi pelarut H2O pencairan CKS dengan katalis............... 48
Gambar 19. Cangkang Kelapa Sawit .............................................................. 74
Gambar 20. Proses Penghancuran .................................................................. 74
Gambar 21. Shieve Shaker .............................................................................. 74
Gambar 22. Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh ............................................. 74
Gambar 23. Cangkang Kelapa Sawit 100 mesh ............................................. 74
Gambar 24. Cangkang Kelapa Sawit 60 mesh ............................................... 74
Gambar 25. Neraca Analitik ........................................................................... 75
Gambar 26. Neraca Analitik ........................................................................... 75
Gambar 27. Furnace ....................................................................................... 75
Gambar 28. Oven ............................................................................................ 75
Gambar 29. Cawan Crucible .......................................................................... 75
Gambar 30. Katalis Na2CO3 ........................................................................... 75
x
Gambar 31. Penimbangan Bahan Baku .......................................................... 75
Gambar 32. Reaktor Autoclave 1L ................................................................. 76
Gambar 33. Reactor Control Panel ................................................................ 76
Gambar 34. Sampling Bag .............................................................................. 76
Gambar 35. GC-TCD ..................................................................................... 76
Gambar 36. Distilasi Vakum .......................................................................... 76
Gambar 37. Hasil Distilasi ............................................................................. 76
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Komposisi Kimia Cangkang Kelapa Sawit ....................................... 13
Tabel 2. Sifat minyak dari pencairan hidrotermal ........................................... 17
Tabel 3. Analisa Proksimat Biomassa Cangkang Kelapa Sawit ..................... 35
Tabel 4. Analisis Ultimat Biomassa Cangkang Kelapa Sawit ........................ 36
Tabel 5. Hasil analisis produk minyak dengan GCMS ................................... 43
Tabel 6. Komponen senyawa hasil analisis minyak dengan GCMS ............... 44
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data dan Perhitungan pada penelitian .................................. 56
Lampiran 2. Alat dan bahan dalam penelitian ........................................... 74
Lampiran 3. Diagram alur penelitian .......................................................... 77
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Potensi Energi Baru Terbarukan (EBT) di Indonesia saat ini belum
dimanfaatkan secara maksimal. Salah satu peraturan yang mengatur pemanfaatan
EBT adalah Perpres No. 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional.
Pemetaan potensi EBT yang ada diperlukan untuk mendukung pengembangan EBT
di Indonesia (BPPT, 2016).
Menurut BPPT (2016) Indonesia memiliki sumber daya energi terbarukan
yang cukup besar, diantaranya yaitu biomassa sebesar 32,654 MWe. Potensi
tanaman sebagai energi terbarukan juga dijelaskan di dalam Al-Qur’an surah Yasin
ayat 80,
ا أ نتم منه توقدون ر ن ارا ف إذ ر ال خض ل ل كم من الشج ع الذي ج
Artinya: Yaitu Tuhan yang menjadikan untukmu api dari kayu yang hijau, maka
tiba-tiba kamu nyalakan (api) dari kayu itu".
Ulama-ulama dahulu menterjemahkan api dari kayu yang hijau itu apa
adanya, karena memang ada kayu tertentu yang masih hijau-pun bisa dibakar yaitu
kayu Al-Markh dan Al-‘Afar yang tumbuh di Hijaz. Energi yang paling populer
seabad terakhir adalah berupa hidrokarbon, asalnya juga dari pohon tetapi yang
telah menjadi fosil dalam proses yang berlangsung jutaan tahun. Energi terbarukan
adalah energi biomassa, biodiesel, bioetanol dan sejenisnya. Semuanya juga bisa
dihasilkan oleh pohon kayu yang hijau atau dari buahnya (Energyworld, 2015).
Upaya yang dilakukan untuk mengembangkan biomasa adalah mendorong
pemanfaatan limbah industri pertanian dan kehutanan sebagai sumber energi secara
2
terintegrasi dengan industrinya, mengintegrasikan pengembangan biomassa dengan
kegiatan ekonomi masyarakat, mendorong pabrikasi teknologi konversi energi
biomassa dan usaha penunjang, dan meningkatkan penelitian dan pengembangan
pemanfaatan limbah termasuk sampah kota untuk energi (Kementrian Energi dan
Sumber Daya Mineral, 2015).
Salah satu pemanfaatan biomassa menjadi bahan bakar yaitu dengan metode
Liquefaction. Liquefaction (pencairan) merupakan proses perubahan wujud dari gas
ke cairan dengan proses kondensasi, biasanya melalui pendinginan, atau perubahan
dari padat ke cairan dengan peleburan, bisa juga dengan pemanasan atau
penggilingan dan pencampuran dengan cairan lain untuk memutuskan ikatan
(Berglin et al., 2012).
Proses pencairan biomassa ada dua metode, yang pertama yaitu pirolisis.
Pirolisis mengacu pada pemanasan biomassa dalam ketiadaan udara. Secara
tradisional, pirolisis telah digunakan untuk menghasilkan arang. Pirolisis secara
konvensional biasanya menghasilkan sepertiga dari masing-masing gas, minyak,
dan arang. Proses ini tidak efisien karena menghasilkan jumlah cairan yang rendah
dan pembentukan gas selain produk padatan yang diinginkan. Proses pencairan
yang kedua yaitu pencairan katalitik (catalytic liquefaction). Biomassa
dicampurkan dengan katalis dan pelarut kemudian direaksikan pada tekanan tinggi
dan dipanaskan sampai suhu 350 oC. Proses pencairan dengan pirolisis, minyak
yang dihasilkan mengandung lebih banyak oksigen dan viskositas yang rendah
dibandingkan dengan pencairan katalitik. Produk dari pencairan katalitik
mengandung lebih banyak senyawa fenolik, sedangkan produk dari pencairan
secara pirolisis lebih banyak mengandung asam-asam organik. Perbedaan-
3
perbedaan tersebut yang akan mempengaruhi metode untuk peningkatan produk
yang dihasilkan (Stevens, 1987).
Hydrothermal Liquefaction (HTL) atau pencairan hidrotermal termasuk ke
dalam metode pencairan katalitik yang merupakan teknologi konversi terkenal
untuk pencairan sumber biomassa basah. Proses ini biasanya dilakukan di dalam air
pada suhu antara 280 oC dan 370 oC dan tekanan antara 10 MPa dan 25 MPa. Air
tidak hanya berfungsi sebagai pelarut tetapi juga bertindak sebagai reaktan dan
katalis dalam proses ini. Keuntungan utama dari pencairan hidrotermal yaitu
konsumsi energi dari langkah pengeringan biomassa tidak diperlukan, seperti
halnya pada proses gasifikasi dan pirolisis. Produk utamanya yaitu cairan yang kaya
akan senyawa organik, fase gas, dan arang. Selain studi menggunakan berbagai
sumber biomassa, penelitian ekstensif telah dilakukan dengan berbagai bahan yang
mengandung komponen seperti, karbohidrat (selulosa, hemiselulosa, pati,
karbohidrat dengan berat molekul rendah), lignin dan lipid (Hidayat et al., 2014).
Proses pencairan pada kondisi subkritis dan superkritis telah mendapat
perhatian sebagai salah satu proses konversi termokimia yang menjanjikan untuk
biomassa menjadi bio-crude oil. Secara khusus, proses pencairan subkritis terjadi
pada kisaran titik didih ke titik kritis atau dekat dengan titik kritis pelarut,
sedangkan proses pencairan superkritis terbentuk pada kondisi di atas suhu kritis
dan tekanan kritis dari pelarut tertentu seperti air (Chan et al., 2014).
Air merupakan bahan yang tidak beracun, pelarut yang aman dan murah
untuk berbagai reaksi kimia. Kondisi ruang temperatur dan tekanan, air ada sebagai
fase cair. Peningkatan temperatur atau penurunan tekanan dan melewati garis
tekanan uap air akan berubah menjadi fase gas. Air dan uap tidak dapat dibedakan
4
di atas titik kritis (Tc = 374 °C, Pc = 22,1 MPa), air akan membentuk satu fase
yang disebut "supercritical fluid". Sifat dari supercritical fluid ini berfluktuasi
antara cair dan gas tergantung pada sifat dan kondisi dari temperatur dan tekanan
(Mobius, 2013).
Air pada kondisi superkritis digunakan karena mempunyai keuntungan pada
sifat fisiknya dan perubahan yang dibuat pada wilayah superkritis dimana air
bertindak sebagai pelarut dan katalis. Selanjutnya dengan reaksi hidrolisis, air juga
bertindak sebagai reaktan (Yakaboylu, 2015).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan Elliot (2013) pencairan hidrotermal
dari bahan baku biomassa makroalga dihasilkan yield sebesar 27%, nitrogen 3-4 %,
dan oksigen 6-8%. Sedangkan untuk bahan baku mikroalga dihasilkan yield sebesar
38-64 %, nitrogen 4-8 %, dan oksigen 5-18 %. Hidayat et al. (2014) juga telah
melakukan proses pencairan biomassa dari ampas biji jarak pagar dengan
menggunakan pelarut air dan katalis Na2CO3 yang menghasilkan yield sebesar 33%.
Proses pencairan hidrotermal biomassa cangkang kelapa sawit menggunakan
pelarut air pada kondisi superkritis dengan temperatur 330 °C, 360 °C, dan 390 °C
dengan tekanan 25 MPa yang telah dilakukan oleh Chan et al. (2015) dihasilkan
yield masing-masing sebesar 22,83 %, 26,55 %, dan 38,53 %, selain itu tekanan
tinggi meningkatkan kepadatan pelarut dan kelarutan komponen biomassa sasaran,
yang memungkinkan pelarut berdifusi lebih efisien ke dalam struktur molekul
biomassa, sehingga meningkatkan tingkat dekomposisi biomassa dan fragmentasi.
Penggunaan katalis basa dilaporkan oleh Xue et al. (2014) merupakan katalis yang
baik digunakan pada proses pencairan hidrotermal. Penambahan katalis Na2CO3
dapat meningkatkan yield dan menurunkan pembentukan arang. Katalis Na2CO3
5
mampu menghambat dehidrasi molekul biologis dan mempromosikan pengolahan
dekarboksilasi karena meningkatnya pH dari fase cair. Mereka juga
mempromosikan reaksi pergeseran air-gas dan meningkatkan pembentukan
hidrogen yang dapat meningkatkan nilai panas dan kualitas Bio-crude oil serta
dianggap sebagai agen pereduksi.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Jindal dan Jha (2016) yang
melakukan pencairan hidrotermal serbuk gergaji dengan tekanan awal proses reaksi
dengan gas N2 dari 0 MPa ke 1 MPa meningkatkan total yield bio-crude oil dari
9,8% menjadi 12,7% dan turun menjadi 11,9% ketika tekanan awal gas N2
dinaikkan menjadi 1,5 MPa. Yield light bio-crude oil dan heavy bio-crude oil juga
memperlihatkan hasil yang sama pada peningkatan tekanan dari 0 MPa menjadi 1,5
MPa. Penurunan hasil bio-crude oil dapat dikaitkan dengan transformasi bio-crude
oil menjadi padatan oleh reaksi kondensasi. Namun, dengan peningkatan tekanan
awal reaksi akan menurunkan hasil gas dari 23,8% menjadi 16,3%. Secara
keseluruhan peningkatan tekanan awal akan menguntungkan bagi yield bio-crude
oil yang dihasilkan dan tekanan memainkan peranan penting dalam konsumsi
energi pada proses pencairan hidrotermal secara keseluruhan.
Penelitian mengenai pencairan hidrotermal biomassa cangkang kelapa sawit
menjadi bio-crude oil perlu dilakukan untuk memanfaatkan limbah cangkang
kelapa sawit sebagai energi terbarukan. Variasi tekanan akan dilakukan untuk
mengetahui berapa yield yang dihasilkan dari setiap tekanan yang berbeda. Selain
itu, untuk mendapatkan yield yang optimum akan digunakan pelarut air dan katalis
Na2CO3. Yield yang dihasilkan akan berbentuk slurry yang terdiri dari cairan dan
padatan serta gas. Slurry yang dihasilkan akan dipisahkan menjadi fraksi minyak,
6
air dan residu dengan distilasi vakum. Sedangkan gas yang dihasilkan akan
dianalisa dengan menggunakan instrumen Gas Chromatography (GC)-TCD dan
Gas Chromatography (GC)-FID.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah tekanan mempengaruhi hasil dari proses pencairan cangkang
kelapa sawit?
2. Apakah penggunaan katalis Na2CO3 mempengaruhi hasil dari proses
pencairan cangkang kelapa sawit?
3. Golongan senyawa organik apa saja yang dihasilkan dari pencairan
hidrotermal pada hasil minyak dengan analisis GCMS?
1.3 Hipotesis
1. Tekanan mempengaruhi hasil dari proses pencairan cangkang kelapa
sawit menjadi bahan bakar cair.
2. Penggunaan katalis Na2CO3 mempengaruhi hasil dari proses pencairan
cangkang kelapa sawit menjadi bahan bakar cair.
3. Beberapa golongan senyawa organik terbentuk pada fraksi minyak
proses pencairan biomassa cangkang kelapa sawit.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Menentukan pengaruh tekanan pada hasil proses pencairan biomassa
cangkang kelapa sawit.
2. Menentukan pengaruh hasil dari penggunaan katalis Na2CO3 dari proses
pencairan hidrotermal biomassa cangkang kelapa sawit.
3. Menentukan komponen senyawa yang terbentuk dalam fraksi minyak
pada proses pencairan biomassa cangkang kelapa sawit.
7
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat mengatasi masalah limbah cangkang
kelapa sawit sebagai alternatif energi terbarukan Selain itu penelitian ini
juga diharapkan dapat mengetahui pengaruh tekanan dan penggunaan
katalis pada proses pencairan biomassa cangkang kelapa sawit dalam
kondisi superkritis.
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biomasssa
2.1.1 Definisi Biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetik,
baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman,
pepohonan, rumput, limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak.
Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, minyak
nabati, bahan bangunan dan sebagainya, biomassa juga digunakan sebagai sumber
energi (bahan bakar). Bahan bakar biomassa yang digunakan mempunyai nilai
ekonomis rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya (Pari
dan Hartoyo, 1983).
Sedangkan menurut Silalahi (2000), biomassa adalah campuran material
organik yang kompleks, biasanya terdiri dari karbohidrat, lemak, protein dan
mineral lain yang jumlahnya sedikit seperti sodium, fosfor, kalsium dan besi.
Komponen utama tanaman biomassa adalah karbohidrat (berat kering ± 75%),
lignin (± 25%) dimana dalam beberapa tanaman komposisinya bisa berbeda-beda.
Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan
bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu,
dapat diperbaharui (renewable resources), relatif tidak mengandung unsur sulfur
sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi
pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian (Widarto dan Suryanta, 1995).
Potensi biomassa di Indonesia cukup tinggi dengan hutan tropis Indonesia
yang sangat luas, setiap tahun diperkirakan terdapat limbah kayu sebanyak 25 juta
ton yang terbuang dan belum dimanfaatkan. Jumlah energi yang terkandung dalam
9
kayu besar, yaitu 100 milyar kkal setahun. Demikian juga sekam padi, tongkol
jagung, dan tempurung kelapa yang merupakan limbah pertanian dan perkebunan,
memiliki potensi yang sangat besar. Jenis energi ini merupakan energi yang
terbarukan, sehingga merupakan suatu produksi yang setiap tahun dapat diperoleh
(Manalu, 2010).
2.1.2 Komponen Biomassa
Ada berbagai jenis biomassa dan komposisinya juga beragam. Beberapa
komponen utama adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, kanji, dan protein. Pohon
biasanya mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin seperti tanaman herba
meskipun persen komponennya berbeda satu sama lain. Jenis biomassa yang
berbeda memiliki komponen yang berbeda, misalnya gandum memiliki kadar pati
yang tinggi, sedangkan limbah peternakan memiliki kadar protein yang tinggi.
Komponen ini memiliki struktur kimia yang berbeda, maka reaktivitasnya juga
berbeda. Biomassa berlignoselulosa yang terutama mengandung selulosa dan lignin
seperti pohon berada dalam jumlah yang banyak dan mempunyai potensi yang
tinggi. Menurut Yokoyama (2008) komponen utama biomassa antara lain:
a) Selulosa
Polisakarida yang tersusun dari D-glukosa yang terhubung secara seragam
oleh ikatan ß-glukosida. Rumus molekulnya adalah (C6H12O6)n. Derajat
polimerasinya, ditunjukkan oleh n, dengan nilai kisaran yang lebar mulai
dari beberapa ribu hingga puluhan ribu. Hidrolisis total selulosa
menghasilkan D-glukosa (sebuah monosakarida), akan tetapi hidrolisis
parsial menghasilkan disakarida (selobiosa) dan polisakarida yang memiliki
10
n berurutan dari 3 ke 10. Selulosa memiliki struktur kristal dan memiliki
resistensi yang tinggi terhadap asam dan basa.
b) Hemiselulosa
Polisakarida dimana unit-unitnya adalah terdiri atas monosakarida dengan
5 karbon seperti D-xilosa, D-arabinosa dan monosakarida karbon-6 seperti
D-manosa, D-galaktosa dan D-glukosa. Jumlah monosakarida karbon-5
lebih banyak dibandingkan monosakarida karbon-6 dan rumus molekul
rata-ratanya adalah (C5H8O4)n. Derajat polimerisasi (n) hemiselulosa adalah
antara 50 sampai 200, yaitu lebih kecil dari selulosa, maka ia lebih mudah
terurai dibandingkan selulosa, dan kebanyakan hemiselulosa dapat larut
dalam larutan alkali. Hemiselulosa yang umum adalah xilan, yang terdiri
atas xilosa dengan ikatan 1, 4. Hemiselulosa yang lain adalah glukomanan,
tetapi semua hemiselulosa beragam jumlahnya bergantung pada jenis pohon
dan juga bagian tumbuhan itu sendiri.
c) Lignin
Merupakan senyawa dimana unit komponennya, fenilpropana dan
turunannya, terikat secara 3 dimensi. Strukturnya kompleks dan sejauh ini
belum sepenuhnya dipahami. Struktur 3 dimensi yang kompleks ini
menyebabkan ia sulit untuk diuraikan oleh mikroorganisme dan bahan-
bahan kimia. Berdasarkan pengamatan ini, maka dapat disimpulkan bahwa
lignin memberikan kekuatan mekanis dan juga perlindungan untuk
tumbuhan itu sendiri. Selulosa, hemiselulosa dan lignin dapat ditemukan
secara universal dalam berbagai jenis biomassa dan merupakan sumber daya
karbon alami yang paling berlimpah di bumi.
11
d) Pati
Pati merupakan polisakarida dimana unit komponennya adalah D-glukosa
sama seperti selulosa, tetapi dihubungkan oleh ikatan α-glikosida. Selulosa
tidak larut dalam air karena perbedaan dalam struktur ikatan, sedangkan
sebagian pati dapat larut dalam air panas (amilosa, dengan bobot molekul
antara 10.000 sampai 50.000, mencakup hampir 10% -20% dari pati) dan
sebagian lagi tidak dapat larut (amilopektin, dengan bobot molekul antara
50.000 sampai 100.000, mencakup hampir 80% - 90% dari pati). Pati
ditemukan di dalam biji, umbi (akar) dan batang, dan mempunyai nilai yang
tinggi sebagai makanan.
e) Protein
Protein merupakan senyawa makromolekul dimana asam amino
dipolimerisasi dengan derajat yang tinggi. Sifat-sifatnya berbeda
bergantung pada jenis dan rasio komponen asam amino dan derajat
polimerisasi itu sendiri. Protein bukan merupakan komponen utama
biomassa dan hanya meliputi proporsi yang lebih rendah jika dibandingkan
dengan 3 komponen yang sebelumnya.
f) Komponen-komponen lain (organik dan anorganik)
Jumlah komponen organik yang lain berbeda bergantung pada jenis
biomassa, tetapi ada juga komponen organik dengan jumlah yang tinggi
seperti gliserida dan sukrosa di dalam tebu dan gula bit. Contoh yang lain
adalah alkaloid, pigmen, terpena dan bahan berlilin. Meskipun komponen
ini ditemukan dalam jumlah yang sedikit, namun memiliki nilai tambah
yang tinggi sebagai ramuan obat. Biomassa tidak hanya terdiri atas senyawa
12
organik makromolekul tetapi juga mengandung bahan anorganik (abu)
dalam jumlah yang sangat kecil. Unsur logam primer termasuk Ca, K, P,
Mg, Si, Al, Fe dan Na. Bahan dan jumlahnya berbeda bergantung pada jenis
bahan baku.
Gambar 1. Struktur kimia komponen biomassa (Yokoyama, 2008)
2.2 Cangkang Kelapa Sawit
Tempurung (cangkang) biji kelapa sawit, selain digunakan sebagai bahan
bakar atau arang juga digunakan sebagai pengeras jalan. Cangkang kelapa sawit
termasuk bahan berlignoselulosa yang berkadar karbon tinggi dan mempunyai
berat jenis yang lebih tinggi dari pada kayu yang mencapai 1,4 g/ml, sehingga
karakteristik ini memungkinkan bahan tersebut baik untuk dijadikan arang. Nilai
energi panas cangkang juga tinggi sebesar 20.093 kJ/kg. Cangkang kelapa sawit
ditunjukkan pada Gambar 2. Cangkang kelapa sawit merupakan salah satu limbah
pengolahan minyak kelapa sawit yang cukup besar, yaitu mencapai 60% dari
produksi minyak (Munthe, 2015).
13
Gambar 2. Cangkang Kelapa Sawit (Munthe, 2015)
Komponen terbesar dalam limbah padat cangkang kelapa sawit adalah
selulosa, disamping komponen lain yang mungkin kecil seperti abu, hemiselulosa
dan lignin. Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia cangkang kelapa sawit.
Tabel 1. Komposisi Kimia Cangkang Kelapa Sawit (Fauzi, 2014)
Komposisi Kadar (%)
Abu 15
Hemiselulosa 24
Selulosa 40
Lignin 21
Industri minyak sawit, setiap harinya dihasilkan limbah berupa tandan
kosong sawit dan cangkang. Cangkang yang dihasilkan sebanyak 7% per ton tandan
buah segar atau sekitar 50,4 ton setiap harinya, dengan asumsi kapasitas produksi
30 ton/jam dengan waktu operasi 24 jam perhari (Santi, 2000).
Proses pencairan hidrotermal cangkang kelapa sawit yang mengandung
lignoselulosa tinggi menghasilkan jumlah gas yang tinggi dan yield yang berupa
cairan tidak lebih tinggi dari 50% berat sampel yang dimasukkan (Demirbas, 1999).
2.3 Hydrothermal Liquefaction (HTL)
Hydrothermal Liquefaction atau pencairan hidrotermal adalah pirolisis
dalam air panas terkompresi sekitar 300 °C dan 10 MPa. Biomassa dikonversi
menjadi gas, cair dan padat, seperti pirolisis secara umum dalam fase gas. Tar fraksi
ringan dapat larut dalam air dan fraksi berat tar dapat diperoleh dalam pencampuran
14
dengan arang. Produk-produk yang dihasilkan adalah gas, cairan, dan bahan
berminyak (Yokoyama, 2008).
HTL adalah proses termokimia yang memanfaatkan media air baik sebagai
pembawa biomassa dalam aplikasi pengolahan yang berlangsung terus menerus dan
sebagai reaktan terutama untuk disintegrasi kimia dari makrostruktur biomassa.
Disintegrasi kimia dari makrostruktur memerlukan penanggulangan energi aktivasi
dari berbagai ikatan kimia pada biomassa, yang secara praktis melibatkan
pengolahan pada suhu yang tinggi. Dalam rangka untuk mencairkan biomassa
secara substansial menjadi bio-crude yang larut air, kondisi pengolahan harus
mendekati kondisi near-critical water (Pedersen, 2016). Diagram fase air pada
kondisi superkritis digambarkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram Fase Air (Toor et al., 2011)
Air yang dikompresi dengan panas memiliki sifat yang menarik sebagai
pelarut dan sebagai reaktan dalam konversi kimia dari biomassa yang teratur oleh
berbagai kondisi proses. Air berada dalam dua fase kesetimbangan uap atau cair di
bawah titik kritis (374 °C, 221 bar). Sedangkan dalam fase homogen kepadatan air
dapat bervariasi dari gas ke cair dan masih tetap dalam fase homogen di atas titik
15
kritis. Sifat air berubah secara drastis dalam transisi dari sub ke kondisi superkritis
membuka peluang untuk mengetahui sifat-sifat pada reaksi yang diinginkan selama
konversi biomassa (Pedersen, 2016).
2.3.1 Karakteristik pencairan hidrotermal
Pencairan hidrotermal berlangsung di dalam air, maka tidak diperlukan
proses pengeringan bahan baku. Oleh karena itu, sangat cocok untuk biomassa yang
memiliki kelembaban tinggi. Selain itu, berbagai jenis reaksi dapat terjadi pada
suhu reaksi yang berbeda, dan banyak aplikasi lain yang memungkinkan. Gambar
4. menunjukkan reaksi yang terjadi dalam air panas terkompresi. Fraksi larut air
terlarutkan dan ekstraksi berlangsung sekitar temperatur 100 °C. Reaksi hidrolisis,
dan polimer biomassa, seperti selulosa, hemiselulosa, protein, dan sebagainya,
terdegradasi menjadi monomer terjadi di atas 150°C. Bahan padat seperti biomassa
diubah menjadi bubur (liquidisasi) pada sekitar 200°C dan 1 MPa, tetapi tidak
diperoleh produk berminyak. Kondisi sekitar 300 °C dan 10 MPa, pencairan terjadi,
dan produk berminyak diperoleh. Ketika kondisi reaksi berubah seperti waktu
reaksi atau katalis, produk utama dapat diubah menjadi arang (karbonisasi
hidrotermal). Reaksi pada kisaran titik kritis dan dengan katalis, biomassa dapat
digasifikasi (Yokoyama, 2008).
Gambar 4. Reaksi yang terjadi dalam air terkompresi panas (Yokoyama, 2008)
374 °C
Titik Kritis
300 °C
200 °C
100 °C
Titik Didih
Gasifikasi
Pencairan Karbonisasi
Likuidisasi Hidrolisis
Ekstraksi
16
2.3.3 Skema reaksi pencairan hidrotermal
Menurut Yokoyama (2008) pada dasarnya, pencairan hidrotermal adalah
pirolisis, dan oleh karena itu degradasi dan polimerisasi terjadi. Skema reaksi
sederhana ditunjukkan pada Gambar 5. Tahap pertama, biomassa dapat terdegradasi
menjadi bahan larut air. Kemudian bahan larut air dipolimerisasi untuk membentuk
minyak. Ketika reaksi diperpanjang, minyak yang terbentuk dipolimerisasi menjadi
char (arang).
Gambar 5. Skema reaksi pencairan sederhana (Yokoyama, 2008)
2.3.4 Produk minyak dari pencairan hidrotermal
Reaksi dilakukan tanpa mengurangi gas, seperti hidrogen dan karbon
monoksida, dan dengan katalis alkali untuk kayu dan tanpa katalis untuk endapan
limbah. Minyak yang diperoleh memiliki kandungan oksigen sekitar 20% berat,
oleh karena itu, nilai kalor tertingginya lebih rendah dari (sekitar 42 MJ/kg) minyak
berat dari minyak bumi. Selain itu, viskositasnya sangat tinggi. Sifat minyak dari
pencairan hidrotermal ditunjukkan pada Tabel 2. Minyak yang diperoleh dari kayu
memiliki fraksi asam dalam jumlah banyak, dan dapat menimbulkan korosi dan
polimerisasi selama penyimpanan. Sebagai fraksi kimia, turunan piridin, turunan
pirazin, dan senyawa amida terdeteksi. Jika komponen-komponen tersebut dapat
terpisah, komponen-komponen tersebut dapat digunakan sebagai bahan kimia
(Yokoyama, 2008).
Biomassa Bahan
terlarut air Minyak
Gas
Char
Degradasi
Degradasi Polimerisasi Polimerisasi
17
Tabel 2. Sifat minyak dari pencairan hidrotermal (Yokoyama,2008)
Biomassa Kayu Endapan Limbah
Komposisi Unsur wt (%) Karbon 72 71
Hidrogen 6 9
Nitrogen 0 6
Oksigen 22 16
H/C 1.00 1.52
HHV (MJ/kg) 29-30 33-34
Viskositas (mPa.s) >10^6 10^3-10^4
2.3.5 Mekanisme Reaksi Pencairan Hidrotermal
Mekanisme reaksi likuifikasi hidrotermal pada biomassa menurut Wang
(2014) yaitu merupakan mekanisme degradasi dalam pencairan hidrotermal
biomassa kayu yang terdiri dari 40% -50% dari kandungan oksigen pada abu yang
bebas. Tujuan dasar pencairan adalah untuk mengurangi kandungan oksigen dan
meningkatkan kandungan karbon dan hidrogen dari fragmen biomassa. Dua reaksi
utama, yaitu, dekarboksilasi dan dehidrasi, mengurangi kandungan oksigen dari
biomassa dengan mengubah heteroatom oksigen menjadi CO2 atau H2O berturut-
turut. Dehidrasi terjadi ketika hidrogen pada temperatur tinggi menyerang
kandungan oksigen dalam biomassa dengan membentuk CO2 melalui thermal
cracking dari gugus asam karboksilat pada biomassa. Oksigen di biomassa
sepenuhnya teroksidasi menjadi H2O dan CO2, reaksi dehidrasi dan dekarboksilasi
merupakan metode yang efektif untuk mengurangi oksigen dalam bio-crude oil.
Biomassa diubah menjadi karbon arang oleh reaksi dehidrasi, sedangkan reaksi
dekarboksilasi meningkatkan rasio H/C reaksi bio-oil. Reaksi dehidrasi dan
dekarboksilasi lebih jelasnya terdapat pada Gambar 6.
18
Gambar 6. (a) Dehidrasi dari sakarida menjadi 5-hidroksimetilfurfural
(b) Penyederhanaan reaksi dekarboksilasi asam stearat menjadi
produk diesel (Wang, 2014)
2.4 Hidrogenasi Katalitik
Hidrogenasi katalitik sebagai sarana untuk mencapai transformasi dari
senyawa organik yang dikendalikan. Reaksi dilakukan dengan mudah dan memiliki
cakupan yang luas. Hasil (yield) sering sangat tinggi, dan produk yang diperoleh
bebas dari reagen pengotor. Jika tidak optimal, hasil seringkali dapat diperoleh di
bawah berbagai kondisi. Hidrogenasi lain memerlukan kondisi yang lebih
menuntut, tetapi hidrogenasi katalitik sering dapat ditebak atau dikembangkan dari
data literatur, tanpa pekerjaan tambahan (Rylander, 1979).
2.4.1 Pemilihan Katalis
Katalis hidrogenasi banyak dan berbeda dalam aktivitas dan selektifitas.
Karakteristik katalitik ditentukan terutama oleh komponen logam utama. Untuk
hidrogenasi dari masing-masing kelompok fungsional, logam dapat dikelompokkan
berdasarkan dari penurunan aktivitas, atau lebih umum dalam kategori good, fair,
dan poor (Rylander, 1979).
19
2.4.2 Pelarut
Pelarut sering digunakan dalam hidrogenasi katalitik (Rylander, 1978).
Pelarut digunakan untuk meningkatkan kemudahan pemulihan katalis, untuk
menjaga reaksi eksotermis, untuk meningkatkan nilai dan selektivitas, dan untuk
mengizinkan hidrogenasi bahan padat. Kadang-kadang perubahan sangat ditandai
pada selektivitas yang dapat dipengaruhi oleh pelarut. Kebanyakan bahan cair yang
stabil di bawah kondisi hidrogenasi dan tidak menonaktifkan katalis dapat
digunakan sebagai pelarut (Rylander, 1979).
2.4.3 Kondisi Reaksi dan Variabel Katalis
Temperatur, tekanan, dan agitasi dapat mempengaruhi aktivitas dan
selektifitas pada hidrogenasi katalitik. Umumnya variabel ini meningkatkan lagi
jarak yang biasa digunakan pada kondisi operasi hidrogenasi katalitik sampai
beberapa batas tercapai. Bagaimanapun, kecepatan hidrogenasi mungkin berkurang
dengan meningkatnya temperatur karena daya larut yang lebih rendah dari hidrogen
atau berhenti sepenuhnya pada titik didih pelarut (Cowan dan Eisenbraun, 1976),
dan mungkin kondisi maksimum akan dicapai pada tekanan menengah.Pengaruh
dari variabel reaksi ini pada selektifitas tidak terlalu menonjol, tetapi hal itu sering
berhubungan kepada pengaruh dari variabel lainnya pada ketersediaan hidrogen
yang ada pada permukaan katalis (Rylander, 1979).
2.5 Distilasi Vakum
Distilasi vakum adalah distilasi yang tekanan operasinya 0,4 atm (≤300
mmHg absolut), untuk memisahkan fraksi–fraksi yang tidak dapat dipisahkan
dengan distilasi atmosferik seperti gas oil berat, destilat parafin atau destilat vakum
yang masih terkandung di dalam long residu dari hasil distilasi atmosferik. Residu
20
yang didapat dari distilasi atmosferik ini tidak dapat dipisahkan dengan distilasi
atmosferik, apabila dipanaskan pada tekanan atmosferik akan terjadi cracking
sehingga akan merusak mutu produk dan menimbulkan tar (coke). Distilasi atau
cara penyulingan di bawah tekanan atmosferik atau tekanan vakum fraksi–fraksi
yang terkandung di dalam long residu dapat diperoleh kembali (Fitri et al., 2013).
Proses distillasi dilakukan dengan tekanan dibawah tekanan atmosfer.
Distilasi vakum biasanya digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi tidak stabil,
dengan pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didihnya atau
campuran yang memiliki titik didih di atas 150 °C. Metode distilasi ini tidak dapat
digunakan pada pelarut dengan titik didih yang rendah jika kondensornya
menggunakan air dingin, karena komponen yang menguap tidak dapat dikondensasi
oleh air. Mengurangi tekanan dilakukan dengan menggunakan pompa vakum atau
aspirator. Aspirator berfungsi sebagai penurun tekanan pada sistem distilasi ini.
Produk-produk yang dihasilkan pada distilasi vakum antara lain:
1. Produk Hight Vacum Gas Oil ( HVGO ), produk ini digunakan untuk bahan
baku proses cracking (hydro cracking unit atau HCU).
2. Produk Light Vacum Sloop ( LVS ), adalah produk Light Vacum Gas Oil
(LVGO), digunakan untuk komponen blending solar.
3. Produk Light Vacum Gas Oil ( LVGO ),
4. Produk Parafine Oil Distillate ( POD ), produk ini adalah bahan baku bagi
proses pembuatan lilin, di unit proses wax plant. Produk ini merupakan
produk yang khusus, tidak semua distilasi vakum memiliki ini (Gustini dan
Antika, 2013).
21
Produk pada dasar kolom distilasi vakum berupa short residue. yang
digunakan untuk fuel oil di dapur atau digunakan untuk aspal jalan. Produk-produk
tersebut keluar dari kolom kemudian diambil panasnya dan didinginkan untuk
selanjutnya dikirim ke tangki produksi atau ke proses selanjutnya (Rizkita et al.,
2015).
2.6 Kromatografi Gas
Kromatografi gas atau Gas Chromatography (GC) adalah suatu metode
analisis kimia yang bertujuan untuk memisahkan sample menjadi komponen-
komponennya. Kromatografi terdapat dalam dua fasa yaitu fasa gerak dan fasa
diam. Bila fasa diam yang dipakai tersebut padat (solid) disebut gas solid
chromatograph (GSC), sedangkan bila yang dipakai gas cair (liquid) disebut gas
liquid chromatograph (GLC). Fasa gerak dapat berupa gas atau cairan dan fasa
diam berupa cairan atau padatan. Fasa gerak ini berfungsi membawa sampel,
sedangkan fasa diam berfungsi mengadsorpsi atau partisi komponen. Umumnya
kromatografi gas menggunakan fasa gerak gas dan fasa diam padatan dimana fasa
padatan dilapisi dengan film tipis dari cairan organik yang volatil, yang diisikan
dalam pipa atau tabung kecil dengan diameter dan panjang tertentu yang disebut
kolom (Novriliza, 2008).
2.6.1 Prinsip Kerja Kromatografi Gas
Prinsip kerja kromatografi gas adalah proses pemisahan senyawa-senyawa
kimia secara fisika. Suatu kolom yang di dalamnya menggunakan sistem dua fasa,
dimana salah satu fasa bergerak mengalir melalui fasa yang lain (fasa diam). Skema
kromatografi gas terdapat pada Gambar 7. Fasa yang mengalir berfungsi untuk
mengangkut komponen yang diikutkan, sedangkan fasa diam berfungsi untuk
22
menghambat gerak laju komponen mengalir dimana besarnya hambatan laju
komponen tergantung pada sifat afinitas komponen yang bersangkutan (Novriliza,
2008).
Gambar 7. Skema Kromatografi Gas (UG Lab, 2006)
Kromatografi gas adalah teknik yang unik dan serbaguna. Tahap awal
perkembangan kromatografi gas diterapkan untuk analisis gas dan uap dari
komponen yang sangat fluktuatif. Sebagai alat analisis, GC dapat digunakan untuk
pemisahan langsung dan analisis sampel gas, larutan, dan padatan volatil. Jika
sampel yang akan dianalisis adalah non-volatil, teknik derivatisasi atau pirolisis GC
dapat dimanfaatkan. Pirolisis yang berlangsung di dalam GC, hasil fragmen
mengalami dekomposisi kimia dengan panas. Jika komponen yang akan dipirolisis
sangat kompleks, identifikasi lengkap dari semua fragmen tidak mungkin.
Kromatogram yang dihasilkan dalam kasus seperti ini dapat digunakan sebagai set
"sidik jari" untuk penelitian selanjutnya (Grob, 2004).
2.6.2 Jenis Detektor
A. Thermal Conductivity Detector (TCD)
Detektor TCD dapat mendeteksi hampir semua komponen, kecuali untuk
analisis gas dimana gas itu digunakan sebagai gas pembawa. Kegunaan detektor ini
digunakan untuk analisis gas-gas anorganik dalam konsentrasi kecil dan
23
mempunyai sensitivitas yang tinggi bila digunakan suhu operasi tinggi. Desain
detektor TCD ini sangat sederhana cara operasionalnya. Detektor TCD digunakan
gas pembawa Helium dan Argon sebab kedua gas ini mempunyai konduktivitas
termal yang lebih tinggi. Detektor ini merupakan satu-satunya detektor yang dapat
digunakan untuk mendeteksi semua jenis gas (Novriliza, 2008).
Suatu material disampaikan kepada perbedaan suhu ketika konduksi panas
berlangsung dari titik suhu yang lebih tinggi ke titik-titik suhu yang lebih rendah.
Sifat dari seberapa baik material melakukan panas dikenal sebagai konduktivitas
termal (λ). Sensitivitas untuk perubahan konduktivitas termal sebanding dengan
perbedaan suhu di sel. Kawat pijar memiliki batas suhu yang dapat dikirimkan. Bagi
kebanyakan TCD yang tersedia secara komersial menggunakan kawat pijar panas
450 oC adalah batas atas untuk operasi terus-menerus yang dapat meningkat
menjadi sekitar 500 oC untuk periode operasi singkat. Batas suhu atas ditentukan
oleh oksidasi kawat pada suhu tinggi dengan jejak oksigen dalam gas pembawa.
Kontak penghubung detektor dua sel pada TCD ditunjukkan pada Gambar 8. Jika
sampel mengandung komponen pada konsentrasi yang relatif tinggi, reaksi lain
mungkin dapat terjadi (Colon dan Baird, 2004).
Gambar 8. Kontak penghubung detektor dua sel TCD (Colon dan Baird, 2004)
24
Sel konduktivitas termal sangat sensitif terhadap variasi variabel fisik,
seperti fluktuasi suhu yang akan mempengaruhi kinerja detektor. Beberapa variasi
ini dapat dibatalkan dengan menggunakan dua sel seperti pada gambar 8, satu untuk
mendeteksi sampel dan lainnya digunakan sebagai referensi (Colon dan Baird,
2004).
B. Flame Ionization Detector (FID)
Flame Ionization Detector (FID) terdiri dari difusi kecil hidrogen dan udara
kecil nyala api yang terbakar pada akhir pancaran, dimana komponen dielusi dari
kolom diarahkan dengan aliran gas pembawa. FID secara skematik disajikan pada
Gambar 9. Komponen organik dapat mencapai api, spesies bermuatan listrik akan
terbentuk. Spesies dikumpulkan pada elektroda yang ditetapkan pada beberapa volt
di atas nyala api, menghasilkan peningkatan proporsional jumlah karbon pada nyala
api. Arus yang dihasilkan akan diperjelas dengan elektrometer. Proses yang terlibat
dalam mekanisme ionisasi di FID dimulai di ujung pancaran dan terjadi di daerah
yang berlainan dari nyala api (Colon dan Baird, 2004).
Gambar 9. Skema Flame Ionization Detector (FID) (Colon dan Baird, 2004)
25
C. Gas Cromatography Mass Spectrometry (GC-MS)
Gas Cromatography Mass Spectrometry (GC-MS) merupakan metode
pemisahan senyawa organik yang menggunakan dua metode analisis senyawa yaitu
kromatografi gas (GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan
spektrometri massa (MS) untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit.
Penggunaan kromatografi gas dapat dipadukan dengan spektroskopi massa. Paduan
keduanya dapat menghasilkan data yang lebih akurat dalam pengidentifikasian
senyawa yang dilengakapi dengan struktur molekulnya (Muntaha, 2013).
Gambar 10. Skema Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)
(Masucci dan Caldwell, 2004)
Diagram skema dari sistem GCMS disajikan pada gambar 10. Aliran gas
dari kromatografi diarahkan melalui transfer saluran ke sumber ion. Analit yang
menguap kemudian terionisasi, kemudian memproduksi molekul dan fragmen ion
massa analit dengan memanfaatkan filter massa dan terdeteksi. Spektrum massa
yang dihasilkan ditampilkan sebagai plot intensitas relatif ion dibandingkan dengan
rasio massa terhadap muatannya (m/z). Karena sebagian besar ion yang dihasilkan
bermuatan tunggal, nilai-nilai m/z merupakan indikasi dari massanya. Unit massa
atom didefinisikan sebagai dalton (μ) (Masucci dan Caldwell, 2004).
26
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan di Pusat Teknologi Sumber Daya Ebergi dan
Industri Kimia (PTSEIK), Gedung Energi (Pusat Teknologi Konservasi Energi),
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Tangerang Selatan,
Indonesia. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai September 2017.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah reaktor batch autoklaf 1 liter
merek Kobelco, tanur merek Carbolite, mixer mill merek Yosida, shieve shaker
merek Rotap, CHN Analyzer merek Leco, oven merek Memmert, neraca analitik
merek AND, crucible silika, desikator, GC-FID merek Shimadzu, GC-TCD merek
Shimadzu, GC merek Hewlett Packard yang dihubungkan dengan MS merek
Quadrupole Hewlett Packard, distilasi vakum merek Kobelco, dan alat-alat gelas.
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu biomassa cangkang kelapa
sawit yang berasal dari Riau, aquadest, katalis Na2CO3 merek Merck, dan gas
nitrogen.
3.3 Prosedur Kerja
3.3.1 Preparasi bahan baku biomassa cangkang kelapa sawit
a. Preparasi bahan baku untuk analisa karakteristik biomassa
Sebanyak 1 kg cangkang kelapa sawit digerus menggunakan mixer mill
untuk mereduksi ukuran partikel sampel. Selanjutnya, cangkang kelapa
27
sawit yang ukuran partikelnya lebih kecil disaring menggunakan shieve
shaker dengan ukuran 60, 100, dan 200 mesh untuk dilakukan analisis
karakteristik cangkang kelapa sawit berupa proksimat dan ultimat.
b. Preparasi bahan baku untuk uji di dalam reaktor autoklaf ukuran 1 liter
Sebanyak 20 kg cangkang kelapa sawit yang di ambil dari tempat
penyimpanan, digerus menggunakan mixer mill untuk mengecilkan ukuran
partikel cangkang kelapa sawit dan Shieve shaker untuk mengayak ukuran
partikel cangkang sawit sehingga dihasilkan ukuran partikel cangkang sawit
lolos ayakan 200 mesh.
3.3.2 Analisis Karakteristik Biomassa Cangkang Kelapa Sawit
a. Analisis Proksimat
1. Penetapan kadar air
Sebanyak 1 gram sampel ditimbang ke dalam crucible yang telah
diketahui massa kosongnya. Sampel dipanaskan ke dalam tanur pada suhu
105 0C selama 1 jam. Selanjutnya, sampel didinginkan di dalam desikator
dan ditimbang massanya. Kadar air dihitung dengan rumus:
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 −𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙× 100%.............................(1)
2. Penetapan kadar abu
Sebanyak 1 gram sampel ditimbang ke dalam crucible yang telah
diketahui massa kosongnya. Sampel kemudian dipanaskan ke dalam
carbolite tanur pada suhu 400 0C kemudian suhu dinaikkan perlahan-lahan
sampai 750 0C. Dilakukan pengabuan selama 3 jam. Selanjutnya sampel
didinginkan didalam desikator kemudian ditimbang bobotnya. Kadar abu
dihitung dengan rumus:
28
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑏𝑢 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑏𝑢
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙100%.................................................(2)
3. Penetapan Volatile Matter
Sebanyak 1 gram sampel ditimbang ke dalam crucible yang telah
diketahui massa kosongnya. Selanjutnya sampel dipanaskan ke dalam
carbolite tanur pada suhu 950 0C selama 7 menit. Kemudian sampel
didinginkan ke dalam desikator dan ditimbang hingga massanya konstan.
Kadar zat terbang dihitung dengan rumus:
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑀𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑒𝑙 × 100%....................(3)
4. Penetapan Kadar Fixed Carbon
Kadar karbon padat dapat dihitung dengan rumus:
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝐾𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑃𝑎𝑑𝑎𝑡 = 100% − 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 − 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑏𝑢 − 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟...(4)
b. Analisis Ultimat
Analisis ultimat dilakukan dengan menggunakan alat CHN Analyzer.
Alat CHN Analyzer dihidupkan, kemudian diset kondisi operasi analisis
dengan waktu tunggu selama 2 jam sampai kondisi stabil, setelah itu
dilakukan analisis blanko dan dilakukan kalibrasi dengan sampel standar.
Kemudian, sebanyak 0,1-0,2 gram sampel biomassa ditimbang dalam
aluminium foil dan berat sampel yang akan dianalisis dicatat dalam alat.
Setelah itu, sampel dimasukkan dalam alat CHN Analyzer untuk dianalisis
dan hasil analisis akan keluar dari print out.
Adapun perhitungan yang didapatkan dari analisis sebagai berikut:
1. %C dan %N yang keluar dari alat langsung dipakai
29
2. %H yang keluar dari alat perlu dihitung ulang untuk
mengerliminir %H yang keluar dari kandungan H2O dalam
sampel.
%H = %H alat-(0,1119 x %H2O)...........................(5)
3. %H2O dan %abu merujuk hasil analisis proksimat
4. %S merujuk pada analisis sulfur
5. %O dihitung berdasarkan hasil pengurangan 100% dikurangi
persen hasil analisis lainnya.
%O = 100% -%H2O -%Abu -%C-%H-%N-%S.................(6)
3.3.3 Proses Hidrotermal Pencairan Cangkang Sawit
a. Pemasukan umpan (Feed Charging):
Pelarut aquades sebanyak 200 gram dimasukkan terlebih dahulu ke
dalam autoklaf, kemudian dimasukkan biomassa cangkang kelapa sawit 100
gram dan katalis Na2CO3 sebanyak 5 gram. Sekeliling seal baja dan mulut
autoklaf diberi silikon grease, begitu juga dengan bagian tutup yang akan
menempel di mulut autoklaf. Kemudian cover reaktor autoklaf 1 liter
dipasang sesuai dengan posisinya. Mur dipasang dan diputar dengan tangan
terlebih dahulu. Pemasangan mur dilakukan dengan urutan nomor baut,
yaitu 1-5,3-7, 2-6, 4-8. Mur dikencangkan dengan kunci sok, dengan urutan
seperti di atas (zig-zag). Kemudian dikuatkan lagi dengan kunci momen
bertekanan, dengan tekanan mulai dari 6 kg/cm2, 12 kg/cm2, 18 kg/cm2, 24
kg/cm2, secara berurutan. Termokopel dimasukkan ke dalam termowell.
Nozzle dihubungkan untuk umpan gas, gas keluaran, indikator tekanan.
30
b. Pencampuran dan Pengadukan Umpan
Bahan-bahan umpan diaduk manual sebelum diaduk dengan motor
pengaduk. V-belt agitator autoklaf dipasang. Motor pengaduk dinyalakan
dengan kecepatan 500 rpm selama ±15 menit kemudian dimatikan.
c. Pembilasan dan tes kebocoran
1. Pembilasan dengan Nitrogen
Valve N2 dibuka sampai tekanan 2 Mpa, kemudian ditutup. Valve vent
dibuka sampai tekanan 0 Mpa, kemudian ditutup. Pembilasan ini
dilakukan sebanyak tiga kali, untuk membersihkan udara yang ada
didalam reaktor autoklaf.
2. Tes Kebocoran
Valve N2 dibuka sampai tekanan 10 Mpa, kemudian ditutup. Setelah itu
dibiarkan selama 2-4 jam atau lebih. Jika terjadi kebocoran maka
tekanan akan turun dari 10 Mpa, sehingga prosedur harus diulang dari
awal lagi. Jika tekanan tetap 10 Mpa maka running dapat dimulai.
Toleransi penurunan tekanan 1-2 MPa
3. Start Up
Valve vent dibuka dan tekanan diturunkan sampai tekanan yang
ditentukan (sesuai kondisi operasi), kemudian valve vent ditutup. Buka
valve gas meter sampai tekanan 0 Mpa kemudian temperatur dan laju
alir di gas meter dicatat, valve gas meter ditutup. Valve gas N2 dibuka
sampai tekanan yang ditentukan. Pemeriksaan semua kondisi alat
seperti valve, air pendingin agitator dan lain – lain. Suhu heater diatur
sesuai dengan kondisi operasi. Pemasangan insulasi pada bagian atas
31
autoklaf dan tutup. Agitator speed dihidupkan dengan kecepatan 500
rpm.
4. Operasi
Tekanan awal operasi ditentukan yaitu 1, 2, dan 3 MPa. Kedua heater
pada control panel dihidupkan. Perubahan tekanan, temperatur liquid,
dan temperatur kedua heater setiap sepuluh menit dicatat. Holding time
dimulai pada temperature mencapai temperatur 370 °C kemudian
tekanan, temperatur liquid dan temperatur heater dicatat setiap sepuluh
menit sesuai dengan waktu yang telah ditentukan. Setelah waktu reaksi
selesai, kedua heater dimatikan, kemudian kedua heater dibuka untuk
pendinginan menggunakan blower dengan keadaan agitator tetap
dinyalakan.
5. Pengambilan Sampel Gas
Pengambilan sampel produk gas diawali dengan pencatatan
tekanan di control panel, temperatur dan laju alir di gas meter.
Pembilasan sampling bag dilakukan dengan selang sampling bag ke
selang vent dihubungkan. Valve sampling bag dan valve pada selang
vent dibuka agar aliran gas dari rektor masuk ke dalam sampling bag.
Valve vent dan valve pada autoklaf dibuka untuk mengeluarkan gas.
Sampling bag diisi namun jangan terlalu penuh. Semua valve ditutup
kembali dan diarahkan valve pada selang vent. Sampling bag ditekan
sampai gasnya keluar semua. Perlakuan ini dilakukan sebanyak tiga kali.
32
6. Pengambilan Produk Slurry
V-belt agitator, tubing input dan output gas, tubing indicator
tekanan dilepas. Mur pengunci cover reactor dibuka dengan kunci
moment. Angkat cover reactor dengan alat katrol kemudian pindahkan
kepenyangga yang telah disiapkan. Ditimbang separable dan lap untuk
recovery slurry biomassa. Sampel yang masih tertinggal dalam reaktor,
dibersihkan dengan lap yang sudah ditimbang.
3.3.4 Pengujian Distilasi Vakum (ASTM D 1160)
I. Tahap persiapan
Produk slurry yang ada di separable dimasukkan ke dalam pemanas
distilasi. Perangkaian sistem distilasi dengan tidak lupa menimbang
setiap bagian dari peralatan distilasi tersebut sebelumnya (sesuai degan
kode tercantum). Bagian sambungan diolesi dengan silicone grease
serta dijepit agar kokoh.
II. Tahap Proses
Pengaturan temperatur kondensor pendingin (dalam pengujian
digunakan air). Pompa vakum dinyalakan, ditutup leakvalve dan dibuka
pumpvalve secara perlahan sampai indicator vacuum menunjukan
angka 10 mmHg. Pemanas dihidupkan pada tegangan awal 35 volt.
Tegangan dinaikkan dengan 5 volt setiap 15 menit. Saat Temperatur
gas 61 oC (180 oC pada 1 atmosfer) maka aliran cairan (kondensat)
dipindahkan dari receiver 1 ke receiver 2. Proses distilasi dilanjutkan
sampai temperatur gas mencapai 157 0C (300 oC pada 1 atmosfer) maka
aliran cairan (kondensat) dipindahkan dari receiver 2 ke receiver 3.
33
Proses distilasi dilanjutkan kembali sampai temperatur gas mencapai
261 oC (420 oC pada 1 atmosfir) dan ditahan untuk beberapa menit.
Namun, pada pengujian distilasi biomassa, pada kondisi ini tidak ada
minyak fraksi berat (Heavy oil) yang teruapkan. Pemanas dimatikan
dan suhu dibiarkan turun sampai temperatur pemanas >100 oC. Buka
leakvalve secara perlahan hingga terbuka penuh. Pompa vakum
dimatikan dan power distilasi dimatikan, rangkaian distilasi di biarkan
dingin sampai suhu kamar. Hasil dan bagian–bagian peralatan
ditimbang. Hitung yield dari masing-masing produk distilasi dengan
menggunakan program Microsoft Excel.
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝐴𝑖𝑟 = 𝐴𝑖𝑟 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑠𝑖
𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 × 100%............(7)
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑀𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 = 𝑀𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑠𝑖
𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 × 100%.....(8)
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑠𝑖
𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 × 100%.........(9)
3.3.3 Analisa Produk Hasil Pencairan biomassa
A. Analisis Fase Gas (ASTM D 1945)
Komposisi dari fase gas dianalisa dengan menggunakan GC
Shimadzu dengan detektor Thermal Conductivity Detector (TCD) dan
Flame Ionization Detector (FID). Gas H2, CH4, CO, dan CO2 dianalisa
secara kuantitatif dngan GC-TCD. Sedangkan hidrokarbon rantai C1-C4
dianalisa dengan menggunakan GC-FID. Hasil kromatogram dibandingkan
dengan standar gas yang telah ditetapkan sebelumnya.
34
B. Analisis Fase Liquid (ASTM D 1945)
Instrumen GC-MS digunakan untuk menganalisa fase liquid dari
bio-crude oil. Tabung gas helium dibuka dan instrumen serta PC
dinyalakan. Pilih GCMS Real Time Analysis pada PC dan diaktifkan
pyrolyzer. Kembali ke menu GCMS klik icon Peak Monitor View, dan
diperiksa kondisi low dan high vacuum. Start Auto Tuning dipilih,
kemudian klik file dan save. Sampel diinjeksi dengan dimasukkan pada
pyrolyzer. Tunggu sampai analisa selesai.Untuk melihat hasil analisis pilih
qualitative table dan peak integration.
35
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Komposisi Kimia Biomassa Cangkang Kelapa Sawit
Sebelum dilakukan proses pencairan biomassa dianalisis kandungan
proksimatnya meliputi kandungan air, abu, material yang mudah menguap, dan
kadar karbon dalam biomassa cangkang kelapa sawit. Hasil analisis proksimat
disebutkan dalam tabel 3.
Tabel 3. Analisis Proksimat Biomassa Cangkang Kelapa Sawit (Ash Determine
Basis)
Analisis Proksimat Kandungan (%wt)
Air 11,14
Abu 1,46
Volatile Matter 82,53
Karbon Tetap 4,87
Total 100
Hasil analisis proksimat digunakan sebagai indikator hasil yang diperoleh
dari biomassa yang dikonversi menjadi energi. Kandungan karbon tetap (fix
carbon) dan zat terbang (volatile matter) merupakan komponen yang menunjukkan
kandungan energi yang terdapat dalam cangkang kelapa sawit. Semakin tinggi rasio
perbandingan antara zat terbang dan karbon tetap maka semakin besar energi
tersedia yang mampu dilepas biomassa.
Kandungan air cangkang kelapa sawit yang dihasilkan yaitu 11,46%.
Kandungan air yang besar akan mempengaruhi proses pencairan hidrotermal
dimana tekanan dalam autoklaf menjadi lebih besar karena adanya uap air dan hasil
konversi pencairan akan mengandung lebih banyak air (Talla et al., 2013).
Biomassa cangkang kelapa sawit memiliki kandungan abu dan karbon tetap
yang relatif rendah. Produksi minyak dengan menggunakan metode pencairan
hidrotermal, kandungan abu yang tinggi cenderung mengurangi jumlah hasil
36
minyak pada proses ini. Hal ini dikarenakan abu akan memecahkan cairan menjadi
gas yang tidak terkondensasi secara katalitik. Kandungan abu yang tinggi juga
menyebabkan peningkatan residu dan gas hasil pencairan hidrotermal.
Tabel 4. Analisis Ultimat Biomassa Cangkang Kelapa Sawit (Dry Ash Free)
Analisis Ultimat Kadar(%wt)
Karbon (C) 47,94
Hidrogen (H) 5,40
Nitrogen (N) 0,75
Oksigen (O) 33,18
Sulfur (S) 0,13
Total 87,40
Analisis Ultimat dilakukan dengan menghitung komposisi unsur karbon,
hidrogen, nitrogen, oksigen, dan sulfur. Analisis ini dilakukan dengan
menggunakan CHN Analyzer LECO 628. Hasil analisis ultimat biomassa cangkang
kelapa sawit terdapat pada Tabel 4. Komposisi unsur terbesar pada biomassa
cangkang kelapa sawit yaitu karbon dan oksigen yaitu 47,94% dan 33,18%.
Gambar 11. Rasio H/C dan O/C beberapa bahan bakar padat (Diagram Van
Krevelen) (Hustad dan Barrio, 2000)
Biomassa
37
Bahan bakar biomassa mengandung lebih banyak komponen yang mudah
menguap dan lebih reaktif dibandingkan dengan batubara. Sekitar 85% berat dari
material biomassa berubah menjadi produk gas pada temperatur 500 °C. Perbedaan
tersebut dijelaskan pada rasio perbandingan H/C dan O/C pada beberapa bahan
bakar yang ditunjukkan dalam diagram Van Krevelen pada Gambar 11.
Perbandingan atom H/C yaitu 1,5 dan perbandingan atom O/C yaitu 0,7 yang
menunjukkan bahan bakar biomassa (Hustad dan Barrio, 2000).
4.2 Pengaruh Tekanan pada Hasil Pencairan Cangkang Kelapa Sawit
Pencairan biomassa cangkang kelapa sawit dilakukan dengan menggunakan
pelarut aquadest yang berperan sebagai donor hidrogen. Gas nitrogen digunakan
pada proses ini. Menurut Jindal dan Jha (2016), secara kimiawi gas nitrogen
merupakan gas yang inert dan tidak aktif dalam proses reaksi. Tekanan awal gas
nitrogen yang digunakan pada proses pencairan ini yaitu 1, 2, dan 3 MPa pada
temperatur 370 °C dengan waktu reaksi 60 menit tidak termasuk pemanasan dan
pendinginan. Setelah reaksi dihasilkan slurry, yang kemudian dilakukan pemisahan
dengan menggunakan distilasi vakum. Secara umum, ada tiga bagian yang
dihasilkan dari proses distilasi vakum yaitu air, minyak, dan residu. Selain itu
dihasilkan juga fase gas seperti CO, CO2, CH4, C2H6, dan C3H8.
Yield yang dihasilkan berdasarkan Gambar 12 dapat terlihat fraksi minyak
yang paling banyak dihasilkan yaitu pada reaksi yang menggunakan tekanan awal
3 MPa yaitu 68,34 %. Hasil minyak meningkat dari 66,05% menjadi 67,27% sesuai
dengan peningkatan tekanan awal dari 1 MPa menjadi 2 MPa. Gas yang dihasilkan
juga meningkat karena adanya kenaikan tekanan awal pada proses reaksi. Proses
reaksi dengan tekanan awal 1 MPa, 2 MPa, dan 3 MPa dihasilkan gas sebanyak
38
7,76%, 8, 47%, dan 12,88%. Sedangkan untuk hasil residu terdapat penurunan
bertepatan dengan kenaikan tekanan awal. Proses reaksi dengan tekanan awal 1
MPa, 2 MPa, dan 3 MPa dihasilkan residu 26,19%, 24,26%, dan 18,77%. Menaikan
tekanan awal gas nitrogen dengan konsentrasi yang pasti dapat menghasilkan hasil
yang baik bagi hasil minyak. Pengaruh tekanan pada proses pencairan hidrotermal
biomassa cangkang kelapa sawit tanpa menggunakan katalis dapat terlihat pada
Gambar 12.
Gambar 12. Pengaruh tekanan pada hasil pencairan hidrotermal cangkang kelapa
sawit tanpa katalis
Yield minyak yang dihasilkan akan bertambah dengan meningkatnya
temperatur reaksi sampai 300 °C, dan akan berkurang dengan peningkatan
temperatur lebih lanjut. Produk gas meningkat dengan kenaikan temperatur dari 280
°C sampai 360 °C. Ketika biomassa dipanaskan komponen hemiselulosa biasanya
terdekomposisi secara sempurna pada temperatur 180 °C, membentuk senyawa
intermediet dan produk minyak (karbohidrat, aldehid, keton, alkohol, fenol, dan
turunannya) dan sebagian besar lignin akan terlarut di dalam air pada temperatur
26,19 24,26 18,77
66,05 67,27 68,34
7,76 8,47 12,88
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3
Yiel
d (
%d
af)
Tekanan Awal (MPa)
Residu Minyak Gas
39
230 °C. Hidrolisis dan pirolisis komponen lignoselulosa yang tersisa dilakukan
pada temperatur yang lebih tinggi (Sun et al., 2010).
Tekanan dipertahankan di atas tekanan kritis proses dengan
mempertahankan temperatur pada 370 °C bertujuan untuk memecahkan komponen
biomassa yang dapat meningkatkan jalur reaksi yang baik secara termodinamika
untuk produksi bahan bakar cair atau untuk hasil gas. Tekanan yang lebih tinggi
meningkatkan densitas pelarut dan kelarutan komponen biomassa target, yang
memungkinkan pelarut berdifusi lebih efisien ke dalam struktur molekul biomassa,
sehingga meningkatkan tingkat dekomposisi dan fragmentasi biomassa. Proses
pencairan hidrotermal pada biomassa bergantung pada kerusakan ikatan C-C.
Namun, ketika tekanan meningkat dalam kondisi superkritis menyebabkan
peningkatan densitas pelarut dan menghambat pembelahan dan pemecahan ikatan
C-C (Akhtar dan Amin, 2011).
4.3 Pengaruh Katalis pada Hasil Pencairan Cangkang Kelapa Sawit
Proses pencairan biomassa cangkang kelapa sawit dilakukan pada suhu 370
°C dengan menggunakan Na2CO3 sebagai katalis selama 60 menit waktu reaksi.
Katalis Na2CO3 yang digunakan yaitu sebanyak 5 % dari berat umpan biomassa
cangkang kelapa sawit yang dimasukkan. Tekanan awal yang digunakan sama
seperti percobaan tanpa menggunakan katalis yaitu 1 MPa, 2 MPa, dan 3 MPa. Hasil
minyak pada proses pencairan biomassa cangkang kelapa sawit menunjukkan
bahwa pada tekanan awal 3 MPa tanpa penggunaan katalis lebih kecil dibandingkan
dengan hasil minyak pada tekanan awal 3 MPa dan penambahan katalis yaitu
68,34% dan 71,84%. Hasil yang sama juga ditunjukkan pada penggunaan tekanan
awal 2 MPa tanpa katalis dan dengan penambahan katalis yaitu 67,27% dan
40
67,56%. Hasil minyak pada tekanan awal 1 MPa dengan menggunakan tanpa katalis
dan dengan penambahan katalis yaitu 66,05% dan 66,41%.
Gambar 13. Grafik Hasil Proses Pencairan Cangkang Kelapa Sawit dengan
katalis Na2CO3 dan tanpa katalis Na2CO3
Katalis Na2CO3 merupakan katalis alkali yang dapat meningkatkan hasil
minyak. Alkali karbonat lebih efektif karena pembentukan basa dan bikarbonat oleh
garam alkali dengan air. Bikarbonat dapat meningkatkan hasil minyak dan menekan
pembentukan residu. Penggunaan katalis basa meningkatkan sedikit hasil gas.
Penggunaan alkali dalam pencairan biomassa meningkatkan hasil minyak dan
menghambat pembentukan residu (Jindal dan Jha, 2015).
Pencairan hidrotermal komponen selulosa dengan menggunakan katalis
Na2CO3 pada temperatur 350 °C terbentuk bio-crude oil dan gas sebagai produk
utama dan sebagian kecil residu terbentuk. Selain itu pencairan hidrotermal
biomassa kayu pada temperatur 380 °C dengan katalis Na2CO3 menghasilkan yield
minyak sebesar 53,3%. Penambahan katalis Na2CO3 sebesar 1 % dari bahan baku
12,88 13,56 8,47 12,28 7,76 8,74
68,34 71,8467,27
67,5666,05 66,41
18,77 16,1624,26 20,15 26,19 24,86
0
20
40
60
80
100
120
3 MPa 3 MPa (+cat) 2 MPa 2 MPa (+cat) 1 MPa 1 MPa (+cat)
% y
ield
Gas Minyak Residu
41
batang jagung juga menghasilkan total yield sebesar 95,7% dengan yield produk
cair 88% dan produk gas 6,8%. (Zhou et al., 2011).
Temperatur tinggi atau waktu reaksi yang lebih lama, dapat menyebabkan
terjadinya reaksi sekunder produk minyak meningkat sedemikian rupa sehingga
hasil minyak menurun. Secara khusus, untuk sebagian besar biomassa lignoselulosa
yang diolah pada suhu yang lebih tinggi dari 300 °C, proses karbonisasi cenderung
mudah terjadi. Karbonisasi dapat dihindari pada suhu reaksi yang lebih rendah
dengan adanya katalis yang sesuai. Penggunaan katalis basa meningkatkan
pembentukan senyawa seperti 4-metil-2-metoksi-fenol, 4-etil-2-metoksi-fenol dan
turunan benzenediol dan penurunan residu. (Zhou et al., 2011).
Saat reaksi berlangsung katalis terlarut sempurna di dalam air dan
terionisasi menjadi ion alkali Na+ dan CO32- dimana ion natrium terdispersi di dalam
larutan. Sementara ion karbonat akan bereaksi dengan H+ dari air membentuk ion
hidrogen karbonat seperti yang dapat dilihat pada persamaan reaksi di bawah ini
(Simanungkalit et al., 2016).
𝐻2𝑂 ↔ 𝐻+ + 𝑂𝐻−
𝑁𝑎2𝐶𝑂3 → 2 𝑁𝑎+ + 𝐶𝑂32−
𝐶𝑂32− + 𝐻+ → 𝐻𝐶𝑂3
−
Ion karbonat akan bereaksi dengan ion apapun. Jika ada banyak ion
hidrogen, ion hidrogen menempel pada ion karbonat dan membentuk ion baru, ion
hidrogen karbonat, atau ion bikarbonat. Jika tidak ada banyak ion hidrogen di
sekitar, karbonat pada dasarnya mencuri ion hidrogen dari air, meninggalkan ion
hidroksida di belakang dan menghasilkan larutan alkali (Caveman, 2016).
42
Katalis Na2CO3 dapat melemahkan ikatan C-C, sehingga menurunkan
energi aktivasi untuk reaksi yang lebih kompleks. Dapat diasumsikan bahwa katalis
basa menyebabkan pembesaran pada biomassa dan meningkatkan luas permukaan
biomassa dan memisahkan ikatan antara holoselulosa dan lignin. Di sisi lain,
Na2CO3 menyebabkan melemahnya interaksi intermolekular pada rantai polimer
pada saat yang bersamaan, proses katalisis tidak hanya dehidrasi yang saling terkait
tetapi juga mempromosikan proses pembelahan retro-aldol dan kondensasi produk
yang dihasilkan (Demirbas, 2000).
4.4 Analisis Hasil Minyak dengan GCMS
Analisis senyawa hasil minyak proses pencairan biomassa cangkang kelapa
sawit dilakukan dengan instrumen GCMS. Dari hasil analisis GCMS diketahui
bahwa minyak yang dihasilkan terutama terdiri dari senyawa fenolik dan
turunannya, keton, rantai panjang asam karboksilat atau ester dan hidrokarbon,
yang jelas merupakan produk dekomposisi dari lignin dan selulosa. Kandungan
oksigen yang sangat berkurang pada hasil minyak sebagian dapat disebabkan oleh
reaksi pirolisis pembentukan CO dan CO2 dan reaksi dehidrasi pembentukan H2O
pada proses pencairan (Sun et al., 2010).
Gambar 14. Kromatogram hasil analisis GCMS pada produk minyak
43
Kromatogram hasil analisis GCMS pada produk minyak yang terdapat pada
Gambar 14 menunjukkan peak kromatogram dengan konsentrasi senyawa yang
paling tinggi yaitu phenyl carbamate, 3,7-Benzofurandiol, 2,3-dihydro-2,2-
dimethyl-3-Hydroxycarbofuranphenol, dan 3,5-Dimethyl-4-ethylidene-cyclohex-2-
ene-1-one. Hasil Analisis GCMS golongan senyawa hasil minyak proses pencairan
biomassa cangkang kelapa sawit terdapat pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil analisis produk minyak dengan GCMS
Konsentrasi (%) Golongan Senyawa
19,11 Asam Lemak
5,18 Aldehid
13,0 Keton
6,06 Alkana
42,48 Aromatik
Senyawa yang mempunyai konsentrasi tertinggi yaitu fenil karbamat
sebesar 19,11%. Fenil karbamat merupakan senyawa turunan asam lemak dengan
rumus molekul C7H7NO dengan berat molekul 137,138 g/mol. Gambar 15
menunjukkan struktur senyawa hasil analisis minyak pada GCMS.
Gambar 15. Senyawa yang dihasilkan dari analisis GCMS pada hasil minyak
44
Senyawa golongan aldehid juga dihasilkan pada fraksi minyak yaitu 3-
cyclohex-1-enyl-prop-2-enal dengan konsentrasi 5,18% mempunyai rumus
molekul C9H12O dan berat molekul 136,194 g/mol. Senyawa golongan keton
dihasilkan dengan konsentrasi 10,42% yaitu 3,5-Dimethyl-4-ethylidene-cyclohex-
2-ene-1-one mempunyai rumus molekul C8H12O dengan berat molekul 124,183
g/mol. Selain itu senyawa keton lain dihasilkan sebanyak 2,58%, 4-methoxy-7-
methyl-indan-1-one dengan rumus molekul C10H10O2 dan berat molekul 162,19
g/mol. Golongan senyawa alkana yaitu siklopropana dihasilkan pada minyak yaitu
1-methyl-1-ethenyl-2-(2-furyl) dengan konsentrasi 6,06% dengan rumus molekul
C6H12 dengan berat molekul 84,162 g/mol. Tabel 6 menunjukkan komponen
senyawa hasil analisis GCMS.
Tabel 6. Komponen senyawa hasil analisis minyak dengan GCMS
R.Time Conc.(%) Nama Senyawa
3.920 2,05 (3a.alpha.,4.alpha.,6a.alpha.)-Hexahydro-4-methyl-5-methylene-
1(2H)-pentalenone
12.508 19,11 Carbamic acid, phenyl ester (CAS) Phenyl carbamate
13.858 2,77 Phenol, 2-methyl- (CAS) o-Cresol
14.400 2,35 Phenol, 3,5-dimethyl- (CAS) 3,5-Xylenol
14.508 0,89 Mixture of .delta.(1(11))-Bicyclo[5.4.0]undecenone-10 and
.delta.(1(7))bicyclo
14.750 7,93 Phenol, 3,5-dimethyl- (CAS) 3,5-Xylenol
15.251 1,19 5-ETHYL-2-METHYL-PYRIDIN-4-YLAMINE
15.364 1,25 Phenol, 3-(1-methylethyl)- (CAS) m-Cumenol
15.601 5,18 3-CYCLOHEX-1-ENYL-PROP-2-ENAL
15.986 2,7 3,5-Dimethyl-4-ethylidene-cyclohex-2-ene-1-one
16.484 7,72 3,5-Dimethyl-4-ethylidene-cyclohex-2-ene-1-one
17.117 1,72 CYCLOPROPANE,-1-METHYL-1-ETHENYL-2-(2-FURYL)
17.300 4,34 CYCLOPROPANE,-1-METHYL-1-ETHENYL-2-(2-FURYL)
17.546 16,52 3,7-Benzofurandiol, 2,3-dihydro-2,2-dimethyl- (CAS) 3-
Hydroxycarbofuranphenol
18.191 3,26 Benzene, 1,2,3,5-tetramethyl-4,6-dinitro- (CAS) Dinitroisodurene
18.437 2,58 4-METHOXY-7-METHYL-INDAN-1-ONE
19.154 3,68 1-Methyl-3-phenylpyrazole
19.326 2,3 1-Methyl-3-phenylpyrazole
19.792 1,5 4,6-DIHYDROXY-5-NITRO-2-(3-IODOSTYRYL)PYRIMIDINE
19.985 0,92 2-Cyclohexen-1-one, 4-methyl-4-phenyl- (CAS)
45
Minyak yang dihasilkan juga banyak mengandung senyawa dari golongan
aromatik dengan jumlah konsentrasi 42,48% diantaranya yaitu 2-methyl-o-Cresol
dengan konsentrasi 2,77% dan rumus molekul CH3C6H4OH dan berat molekul
108,14 g/mol. Kemudian ada senyawa 3,5-dimethyl- 3,5-Xylenol dengan
konsentrasi 10,28% mempunyai rumus molekul C8H10O dan berat molekul 122,167
g/mol. Selain itu ada senyawa 3-(1-methylethyl)- m-Cumenol dengan konsentrasi
1,25% mempunyai rumus molekul C9H12O dan berat molekul 136,19 g/mol.
Senyawa 3,7-Benzofurandiol, 2,3-dihydro-2,2-dimethyl- 3-Hydroxycarbofuran
phenol dengan rumus molekul C10H12O3 dan berat molekul 180,2 g/mol dihasilkan
pada minyak dengan konsentrasi 16,52%. yaitu 1,2,3,5-tetramethyl-4,6-dinitro-
dinitroisodurene dengan rumus molekul C10H12N2O4 yang mempunyai berat
molekul 224,216 g/mol. Senyawa 1-Methyl-3-phenylpyrazole dihasilkan dengan
konsentrasi 5,98% dengan rumus molekul C10H10N2 dan mempunyai berat molekul
158,2 g/mol. Senyawa dengan rumus molekul C4H3N3O4 dan berat molekul 157,08
g/mol yaitu 4,6-dihydroxy-5-nitro-2-(3-iodostyryl) pyrimidine terdapat dalam
minyak dengan konsentrasi 1,5%. Gambar 16 menunjukkan struktur kimia senyawa
hasil analisis GCMS.
Gambar 16. Senyawa hasil analisis minyak dengan GCMS
46
Lignin mengandung banyak unit fenil propana. Dekomposisi lignin dalam
kondisi superkritis terjadi melalui reaksi hidrolisis dan dealkilasi yang
menghasilkan fragmen dengan berat molekul rendah yang reaktif seperti
formaldehid dan senyawa fenolik. Metoksifenol merupakan salah satu produk
terpenting yang berasal dari proses pencairan hidrotermal berbagai biomassa.
Dekomposisi lebih lanjut dari senyawa ini menghasilkan senyawa benzenadiol.
Konsentrasi relatif benzenadiol akan meningkat di bawah kondisi hidrotermal
dengan menggunakan katalis basa. Senyawa ini juga diamati dari pencairan
hidrotermal selulosa. Senyawa penting lainnya adalah fenol, yang terutama
dihasilkan dari 2-methoxyphenol. Meskipun senyawa fenol berasal dari lignin,
namun senyawa ini juga dapat dihasilkan dari proses pencairan hidrotermal
selulosa. Senyawa seperti 4-metil-2-methoxyphenol (4-methylguaiacol), 4-ethyl-2
methoxyphenol (4-ethylguaiacol), 2,6-dimethoxyphenol (syringol) dan 4-hydroxy-
3-methoxybenzaldehyde (vanillin) diperoleh dari dekomposisi lignin dalam
biomassa di bawah kondisi hidrotermal (Tekin dan Karagoz, 2012).
Kondensasi atau siklisasi karbohidrat yang mengandung selulosa atau
hemiselulosa dengan adanya katalis alkali juga dapat menyebabkan pembentukan
senyawa fenol dan fenolik. Keton dapat terbentuk dari karbohidrat selulosa atau
hemiselulosa dengan reaksi isomerisasi atau retro-aldol. Asam karboksilat terutama
dapat terbentuk dari ekstraksi komponen selulosa dan hemiselulosa dari bahan baku
biomassa dengan reaksi hidrolisis dan hidrasi yang kompleks (Sun et al., 2010).
4.5 Pelarut H2O Sebagai Donor Hidrogen
Peran donor hidrogen adalah untuk menstabilkan produk hasil pencairan
yang terfragmentasi. Mengurangi spesies yang menghambat reaksi kondensasi,
47
siklisasi, atau re-polimerisasi dari radikal bebas, dan untuk mengurangi
pembentukan residu. Persamaan reaksi (4) dan (5) menunjukkan konsep dari
stabilisasi aromatic radicals (Ar•) atau radikal aromatik dari lignin oleh gas
hidrogen sebagai produk minyak cair (Akhtar dan Amin, 2011).
Ar • +𝐻2 → 𝐴𝑟𝐻 + 𝐻 • (4)
Ar • +𝐻 •→ 𝐴𝑟𝐻(5)
Pelarut donor hidrogen lebih menguntungkan karena pelarut bukan hanya
digunakan untuk mendonorkan hidrogen tetapi juga bertindak sebagai pembawa
hidrogen. Kemampuan pelarut donor hidrogen untuk melepaskan hidrogen
menggambarkan kekuatan hidrogenasi (Akhtar dan Amin, 2011).
Air termasuk ke dalam pelarut polar protik yang merupakan pelarut yang
mempunyai proton (H+) yang mudah lepas, mempunya momen dipol yang besar
dan mempunyai kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen. Pelarut polar
protik banyak digunakan dalam reaksi kimia organik termasuk hidrogenasi (Isaac,
1998).
Gambar 17. Konsumsi H2O pada pencairan hidrotermal bomassa cangkang kelapa
sawit tanpa katalis
13,9711,41
25,48
0
5
10
15
20
25
30
1 MPa 2 MPa 3 MPa
Ko
nsu
msi
H2O
(%
daf
)
Tekanan awal (MPa)
48
Terlihat pada gambar 17, konsumsi H2O pada reaksi tanpa katalis paling
besar terdapat pada tekanan awal 3 MPa yaitu 25,48%, kemudian pada tekanan awal
2 MPa yaitu 11,41%, dan 1 MPa yaitu 13,79%. Konsumsi H2O pada reaksi dengan
menggunakan katalis cenderung menurun yaitu pada 1 MPa, 2 MPa dan 3 MPa yaiu
9,53%, 5,78% dan -5,38% terdapat pada Gambar 18. Penurunan konsumsi H2O
dapat terjadi karena hidrogen yang berasal dari air tidak digunakan untuk konversi
melainkan menjadi gas hidrogen yang terlihat dari besarnya yield gas yang
dihasilkan (Mas’ud, 2002).
Gambar 18. Konsumsi pelarut H2O pada pencairan hidrotermal biomassa
cangkang kelapa sawit dengan katalis Na2CO3
Peran air pada proses pencairan hidrotermal yaitu sebagai reaktan dan
katalis pada saat bersamaan, dan hal ini yang membuat proses pencairan
hidrotermal secara signifikan berbeda dengan proses pirolisis. Kehadiran air
sebagai reaktan mempengaruhi rekasi hidrolisis dan degradasi struktur polimer
pada biomassa yang terjadi secara cepat. Sifat air pada kondisi mendekati
superkritis yaitu viskositas rendah dengan kelarutan tinggi pada komponen organik,
yang membuat air pada kondisi subkritis merupakan perantara yang baik untuk
reaksi homogen, cepat, dan efisien. Air pada saat temperatur meningkat dari 25 °C
9,53
5,78
-5,38-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
1 MPa+Cat 2 MPa+Cat 3 MPa+CatKo
nsu
msi
H2O
Kondisi Operasi
49
menjadi 350 °C, molekul air berubah dari polar menjadi nonpolar. Air terionisasi
menjadi H+ dan OH- pada reaksi hidrolisis atau penguraian. Molekul air terurai
konstan pada temperatur 300 °C. Hal ini menunjukkan peningkatan kelarutan dari
komponen organik yang bersifat hidrofobik seperti asam lemak bebas. Air pada
kondisi superkritis menurunkan komponen anorganik, sedangkan komponen
organik telah terlarut oleh air terlebih dahulu pada kondisi subkritis (Isa et al.,
2017).
50
BAB V
PENUTUP
5.1 Simpulan
Berdasarkan penelitian yang telah ditentukan, didapatkan beberapa
simpulan diantaranya:
1. Kenaikan tekanan dapat meningkatkan hasil minyak pencairan hidrotermal
biomassa cangkang kelapa sawit. Tekanan awal 1, 2, dan 3 MPa pada proses
pencairan hidrotermal tanpa katalis menghasilkan produk minyak yaitu
66,05%, 67,27%, dan 68,34% dengan tekanan akhir masing-masing yaitu
25,8; 25; dan 26 MPa.
2. Penambahan katalis Na2CO3 dapat meningkatkan hasil minyak pencairan
biomassa cangkang kelapa sawit. Proses reksi dengan tekanan awal 1 MPa
dengan katalis dan tanpa katalis menghasilkan yield minyak yaitu 66,41%
dan 66,05%. Begitu pula dengan tekanan awal 2 MPa dan 3 MPa masing-
masing yaitu 67,56% dan 67,27% serta 71,84% dan 68,34%.
3. Analisis hasil minyak dengan GCMS menunjukkan komponen senyawa
terbesar yaitu berasal dari golongan turunan asam lemak sebesar 19,11%,
aromatik 42,48%, dan senyawa keton 13%.
5.2 Saran
Untuk menghasilkan minyak yang lebih banyak dapat digunakan pelarut
organik dan katalis heterogen untuk menghasilkan produk yang lebih baik lagi.
51
DAFTAR PUSTAKA
Akhtar, J & Amin, N.A.S. (2011). A review on process conditions for optimum bio-
oil yield in hydrothermal liquefaction of biomass. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, Vol 15, 1615-1624.
ASTM D 1160. (2006). Standard Test Method for Distillation of Petroleum
Products at Reduced Pressure.
ASTM D 1945. (1996). Standard Test Method for Analysis of Natural Gas by Gas
Chromatography.
Berglin, E.J; Enderlin, C.W; & Schmidt, AJ . (2012). Review and Assessment of
Commercial Vendors/Options for Feeding and Pumping Biomass Slurries
for Hydrothermal Liquefaction. Pacific Northwest National Laboratory
Richland, Washington 99352.
BPPT. (2016). Outlook Energi Indonesia 2016: Pengembangan Energi untuk
Mendukung Industri Hijau. Pusat Teknologi Sumber Daya Energi dan
Industri Kimia (PTSEIK). Jakarta.
Brubaker, C.H.,Jr. (1977). Catalysis in Organic Syntheses (G.v. Smith, ed.).
Academic Press,Inc. New York.
Caveman. (2016). A Primitive Alkali: Potash.
(http://cavemanchemistry.com/oldcave/projects/potash/). Diakses tanggal 3
November 2017, pukul 10.00 WIB.
Chan, Y.H., Yusup, S., Quitain A.T., Sasaki, M., & Uemura, Y,. (2014). Bio-Oil
Production From Oil Palm Biomass Via Subcritical and Supercritical
Hydrothermal Liquefaction. J. of Supercritical Fluids 95: 407–412.
Chan, Y.H., Yusup, S., Quitain A.T., Tan, R.R., Sasaki, M., Lam, H.L., & Uemura,
Y,. (2015). Effect of Process Parameters On Hydrothermal Liquefaction of
Oil Palm Biomass For Bio-Oil Production and Its Life Cycle Assessment.
J.Energy Conversion and Management.
Colon, L.A & Baird, L.J. (2004). Modern Practice of Gas Chromatography:
Detectors In Modern Gas Chromatography. John Wiley & Sons, Inc. New
Jersey.
Cowan, K.D & Eisenbraun, E.J,. (1976). Chem. Ind. London.
Demirbas, A. (2000). Effect of Lignin Content on Aqueous Liquefaction Products
of Biomass. Energy Conversion & Management 41:1601-1607.
Elliott, D.C., Hart, T.R., Neuenschwander, G.G., Rotness, L.J., Roesijadi, G.,
Zacher, A.H., Magnuson, J.K., (2013). Hydrothermal processing of
macroalgal feedstocks in continuous-flow reactors. ACS Sustain. Chem.
Eng. 2 (2), 207–215.
52
Elliott, D.C., Hart, T.R., Schmidt, A.J., Neuenschwander, G.G., Rotness, L.J.,
Olarte, M.V., Zacher, A.H., Albrecht, K.O., Hallen, R.T., Holladay, J.E.,
(2013). Process development for hydrothermal liquefaction of algae
feedstocks in a continuousflow reactor. Algal Res. 2 (4), 445–454.
Energyworld. (2015). Energi Terbarukan dalam Al-Qur’an dan Sunnah.
(http://energyworld.co.id/2015/12/10/energi-terbarukan-dalam-al-quran-
dan-sunnah/). Diakses tanggal 17 Maret 2017, pukul 01:26.
Fauzi Y, (2004). Kelapa Sawit. Edisi Revisi. Penebar Swadaya. Jakarta.
Fitri, E., Kartika, E., Amelia, F., Sayekti,K.T., Huda, T.A., & Pratika Y.D,. (2013).
Destilasi Vakum. Pendidikan Kimia, Fakultas Keguruan Dan Ilmu
Pendidikan, Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Gritter, R.J., Bobbit, J.M., dan Swharting, A.E. (1991). Pengantar Kromatografi.
Edisi Kedua. Penerbit ITB. Bandung.
Grob, R.L. (2004). Modern Practice of Gas Chromatography: Theory of Gas
Chromatography. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey.
Gustini, D., & Antika, NU,. (2013). Evaluasi Kinerja Ethylene Fractionator Unit
Cold Section di Ethylene Plant PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk.
Politeknik Negeri Bandung.
He, B., Hu, S., and Li Y,. (2009). Introduction to Biomass Direct Liquefaction. Biological and Agricultural Engineering.University of Idaho. USDA Higher
Education Challenger Program.
Hidayat, H., Prijanto, U., Van Dam, J.E.G., & Heeres, H.J,. (2014). Catalytic
Liquefaction of Jatropha curcas L. Seed Cake. Jatropha Seed Cake
Valorization for Non-Food Applications.
Hustad, J dan Barrio, M. (2000). Biomass. IFRF Online Combustion Handbook,
Combustion File No. 23, Version No.2.
http://www.handbook.ifrf.net/handbook/cf.html.
Isa, K.M., Abdullah, T.A.T., Ali, U.F.M,. (2017). Hydrogen Donor Solvents in
Liquefaction of biomass: A Review. Renewable and Sustainable Energy
Reviews.
Isaac, N.S. (1998). Physical Organic Chemistry 2nd Edition. Longman grup.
United Kingdom.
Jindal, M.K. & Jha, M.K. (2015). Catalytic Hydrothermal Liquefaction Of Waste
Furniture Sawdust To Bio-Oil. Indian Chemical Engineer: 1-15.
53
Jindal, M.K. & Jha, M.K,. (2016). Effect of Process Parameters on Hydrothermal
Liquefaction of Waste Furniture Sawdust For Bio-Oil Production. Royal
Society of Chemistry, Vol 6: 41772–41780.
Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2015). Potensi Energi Baru
Terbarukan (EBT) Indonesia. Kementrian Energi dan Sumber Daya
Mineral. (http://esdm.go.id/berita/37-umum/1962-potensi-energi-baru-
terbarukan-ebt-indonesia.html). Diakses tanggal 22 Maret 2017, pukul
17.28 WIB.
Manalu, R. (2010). Pengaruh Jumlah Bahan Perekat terhadap Kualitas Briket
Bioarang dari Tongkol Jagung. Laporan Skripsi Departemen Teknik
Pertanian. USU. Medan.
Masucci, J.A dan Caldwell, G.A. (2004). Modern Practice of Gas
Chromatography: Techniques for Gas Chromatography/Mass
Spectrometry. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey.
Mas’ud, M. (2002). Aktivitas Katalis Redmud Dibandingkan Katalis Dasar Besi
Pada Pencairan Batubara Muda Melalui Proses Hidrogenasi
Katalitik.Skripsi. Universitas Indonesia. Depok.
Mobius, A., Boukis, N., dan Sauer, J,. (2013). Gasification of biomass in
supercritical water (SCWG). Materials and processes for energy:
communicating current research and technological developments (A.
Méndez-Vilas, Ed): 264-268.
Muntaha, M. (2013). Deteksi Psilocin Urin Pada Mencit Swiss Webster Terhadap
Pemberian Jamur Psilocybe Cubensis Dosis Bertingkat. Karya Ilmiah.
Program Pendidikan Sarjana Kedokteran, Fakultas Kedokteran, Universitas
Diponegoro. Semarang.
Munthe, M.G. (2015). Pemanfaatan Cangkang Kelapa Sawit dan Limbah Kelapa
Sawit (Sludge) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Biobriket Arang. Program
Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera
Utara.
Novriliza. (2008). Penentuan Komposisi Hidrokarbon Pada LNG yang Terdapat
Dalam Berth II dan Berth III dengan Menggunakan Kromatografi Gas.
Karya Ilmiah. Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera
Utara. Medan.
Pandey, A., Bhaskar, T., Stocker, M., & Sukumaran, M.K. (2015). Recent Advances
in Thermochemical Conversion of Biomass, 1st edition. Elsevier.
Pari, G. & Hartoyo,. (1983). Beberapa Sifat Fisis Dan Kimia Briket Arang Dari
Limbah Arang Aktif. Puslitbang Hasil Hutan. Bogor.
54
Pedersen, T.H. (2016). HydroThermal Liquefaction of Biomass and Model
Compounds. Ph.D. Dissertation. Department of Energy Technology.
Aalborg University. Denmark.
Rizkita, A.D., Dharmadinata, M., Firginia Y., & Mabruroh, E.Q,. (2015). Destilasi
Di Bawah Tekanan (Vakum). Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas
Negeri Semarang. Semarang.
Rylander, P. (1979). Catalytic Hydrogenation in Organic Syntheses. Academic
Press,Inc. California.
Santi, P. (2000). Pemanfaatan Arang Aktif Cangkang Kelapa Sawit sebagai
Adsorben pada Limbah Cair Kayu Lapis. Laporan Penelitian Tahunan
Fakultas Kehutanan Universitas Mulawarman. Samarinda.
Silalahi. (2000). Penelitian Pembuatan Briket Kayu Dari Serbuk Gergajian Kayu.
Hasil Penelitian Industri DEPERINDAG. Bogor.
Simanungkalit, S.P., Mansur, D., & Fitriady, M.A. (2016). Hydrothermal
Liquefaction Limbah Distilasi Bioetanol Generasi-2. Reaktor 16(2): 49-56.
Stevens, D.J. (1987). An Overview of Biomass Thermochemical Liquefaction
Research Sponsored By The U.S. Department Of Energy. Journal Prepr.
Pap., Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem; Volume 32:2; 223-228.
Sun, P., Heng, M., Sun, S., & Chen, J. (2010). Direct liquefaction of paulownia in
hot compressed water: Influence of catalysts. Journal Energy, Vol 35: 5421-
5429.
Talla, H., Amijaya, H., Harijoko, A., & Huda, M,. (2013). Karakteristik Batubara
Dan Pengaruhnya Terhadap Proses Pencairan. Reaktor, Vol. 14 No. 4:
267-271.
Tekin, K & Karagoz, S. (2012). Non-catalytic and catalytic hydrothermal
liquefaction of biomass. Res Chem Intermed, Vol 39: 485-498.
Toor, S.S., Rosendahl, L., & Rudolf, A. (2011). Hydrothermal liquefaction of
biomass: A review of subcritical water technologies. Energy, Vol 36:
2328-2342.
UG Lab. (2006). Gas Chromatography. Chemical Engineering, India Institute of
Technology. Bombay.
Wang, L. (2014). Sustainable Bioenergy Production. CRC Process, Taylor and
Francis Group. Boca Raton.
Widarto & Suryanta. (1995). Membuat Bioarang dari Kotoran Lembu. Kanisius.
Bogor.
55
Xue, Y., Chen, H., Zao, W., Yang, C., Ma, P., & Han, S,. (2016). A Review on the
Operating Conditions of Producing Bio-Oil from Hydrothermal
Liquefaction of Biomass. Int. J. Energy Res. 40:865–877.
Yakaboylu, O., Harinck, J., Smit, K.G., & Wiebren, D.J,. (2015). Supercritical
Water Gasification of Biomass: A Literature and Technology Overview.
Energies 8, 859-894.
Yokoyama, S. (2008). Asia Biomass Handbook. The Japan Institute of Energy.
Japan.
Zhou, C., Xia, X., Lin, Tong, D., & Beltramini, J. (2011). Catalytic conversion of
lignocellulosic biomass to fine chemicals and fuels. Chem. Soc. Rev, Vol 40,
5588–5617.
56
LAMPIRAN
Lampiran 1. Data dan Perhitungan pada penelitian
Run 3 (3 MPa + tanpa katalis)
Tabel 7.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,02
Aquadest 200,3
Total 300,32
Tabel 7.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
3 370 60 500
Tabel 7.3 Kuantitas Gas
Before Test: 3 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 35994,4 36015,5
After Test: 3,8 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36015,5 36042,2
Tabel 7.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 3188,5 3423,5 235
Lap 57,61 88,58 30,97
Tabel 7.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 151
Middle Oil 0,5
Heavy Oil 4,5
Residu 26,5
Total 182,5
Tabel 7.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Rata-rata Revisi
N2 74,8 74,9206 74,860 74,860
H2 5,4986 5,4818 5,490 5,490
CO 0,597 0,5926 0,595 0,595
CO2 15,7455 15,6642 15,705 15,705
CH4 (TCD) 3,3154 3,3408 3,328 3,328
C2H4 n.d. n.d. n.d n.d
C2H6 n.d. n.d. n.d n.d
C3H8 0,636 1 0,818 0,818
CH4 (FID) 1,314 n.d. n.d n.d
Total 101,9065 101 100,796 100,796
57
Tabel 7.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 17,6 2,8 79,6
Weight (gram) 4,66 0,74 21,09
Tabel 7.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 17,6 0 21,09 38,69
Cons[%W] 45,49 0,00 54,51 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,10 11,46 1,46 100,02
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 200,3 0 200,3
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 0 0 0
Nitrogen (gram) 25,40
Total 325,72
• Keluar
Nitrogen 35,409
Gas-gas selain Nitrogen 11,221
Minyak 59,53
Residu (Org) 16,350
Abu 13,642
Sub Total 136,148
Air 189,57
Total 325,72
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =11,221
87,10 × 100 % = 12,88 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =59,53
87,10 × 100 % = 68,34 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =16,35
87,10 × 100 % = 18,77 %
58
Record Operation Autoclave Run 3
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
12.27 26 3 12.37 39 3,2 12.47 76 3,6 12.57 129 4,2 13.07 179 5 13.17 271 7,3 13.27 307 10,9 13.37 319 13,5 13.47 325 15,5 13.57 335 17,2 14.07 341 18,7 14.17 360 21,3 14.22 371 22,7 Hold Time Reaction
14.32 372 22,7 10 Min
14.42 372 24,2 20 Min
14.52 372 24,7 30 Min
15.02 372 25,1 40 Min
15.12 372 25,6 50 Min
15.22 372 26 60 Min
59
Run 4 (3 MPa + katalis Na2CO3)
Tabel 8.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,01
Aquadest
katalis Na2CO3
201,61
5,0
Total 306,44
Tabel 8.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
3 370 60 500
Tabel 8.3 Kuantitas Gas
Before Test: 3 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 36032,7 36046,3
After Test: 3,8 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36046,3 36054,6
Tabel 8.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 3188 3434 246
Lap 69,50 127,5 58
Tabel 8.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 170
Middle Oil 0,5
Heavy Oil 4,0
Residu 21,5
Total 196
Tabel 8.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Rata-rata Revisi
N2 42,6003 46,5844 44,592 44,592
H2 24,8286 18,6246 21,727 21,727
CO 2,3462 1,4491 1,898 1,898
CO2 20,9108 22,7118 21,811 21,811
CH4 (TCD) 9,2141 10,6302 9,972 9,972
C2H4 n.d. n.d. n.d n.d
C2H6 0,279 n.d. 0.279 0,608
C3H8 0,746 0,658 0,702 1,531
CH4 (FID) 2,346 6,8 4,573 9,972
Total 103,371 107,458 105,554 102,139
60
Tabel 8.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 17,88 2,8 79,32
Weight (gram) 3,84 0,6 17,05
Tabel 8.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 17,88 0 17,05 34,93
Cons[%W] 51,18 0,00 48,82 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,09 11,46 1,46 100,01
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 201,61 0 201,61
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 4,975 0,025 0 5,0
Nitrogen (gram) 25,36
Total 331,98
• Keluar
Nitrogen 13,780
Gas-gas selain Nitrogen 11,813
Minyak 62,56
Residu (Org) 12,713
Abu 13,329
Sub Total 114,98
Air 217,78
Total 331,98
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =11,813
87,09 × 100 % = 13,56 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =62,56
87,09 × 100 % = 71,84 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =12,713
87,09 × 100 % = 14,60 %
61
Record Operation Autoclave Run 4
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
10.52 26 3
11.42 248 3,8
11.52 270 5,3
12.02 289 6,9
12.12 302 8,3
12.22 313 9,9
12.32 321 11
12.42 327 12,2
12.52 335 13,5
13.02 341 14,7
13.12 350 16,6
13.22 354 17,8
13.32 355 18,9
13.42 358 19,5
13.52 358 19,6
14.02 362 20,2
14.12 369 21,3
14.17 370 21,4 Hold Time Reaction
14.27 371 21,6 10 Min
14.37 369 21,6 20 Min
14.47 369 21,7 30 Min
14.57 369 21,8 40 Min
15.07 370 22 50 Min
15.17 371 22,1 60 Min
62
Run 5 (2 MPa + tanpa katalis)
Tabel 9.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,03
Aquadest 200,07
Total 300,10
Tabel 9.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
2 370 60 500
Tabel 9.3 Kuantitas Gas
Before Test: 2 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 36075,78 36091,19
After Test: 2,8 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36091,19 36115,108
Tabel 9.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 1892,5 2169,5 277
Lap 56,05 80,42 24,37
Tabel 9.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 107
Middle Oil 1,5
Heavy Oil 5,0
Residu 28
Total 141,5
Tabel 9.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-rata Revisi
N2 69,1629 67,5756 66,262 68,369 68,369
H2 6,5982 7,3781 8,156 7,378 7,378
CO 0,8995 0,9331 0,957 0,930 0,930
CO2 18,1506 18,7683 19,167 18,695 18,695
CH4 (TCD) 5,1888 5,3448 5,458 5,331 5,331
C2H4 n.d. n.d. n.d n.d n.d
C2H6 n.d n.d. n.d n.d n.d
C3H8 1 0,999 0,999 0,999 0,999
CH4 (FID) n.d n.d n.d n.d n.d
Total 101 100,9989 100,999 101,702 101,702
63
Tabel 9.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 17,0 2,8 80,2
Weight (gram) 6,72 1,11 31,68
Tabel 9.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 17,0 0 31,68 48,68
Cons[%W] 34,92 0,00 65,08 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,11 11,46 1,46 100,03
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 200,07 0 200,07
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 0 0 0
Nitrogen (gram) 17,24
Total 317,34
• Keluar
Nitrogen 17,301
Gas-gas selain Nitrogen 7,376
Minyak 58,59
Residu (Org) 21,135
Abu 11,342
Sub Total 115,749
Air 201,60
Total 317,34
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =7,376
87,11 × 100 % = 8,47 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =58,59
87,11 × 100 % = 67,27 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =21,135
87,11 × 100 % = 24,26 %
64
Record Operation Autoclave Run 5
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
10.53 25 2
11.03 31 2,1
11.13 69 2,4
11.23 122 2,9
11.33 167 3,4
11.43 223 4,9
11.53 294 8,1
12.03 315 11
12.13 324 13,4
12.23 335 15,4
12.33 349 18
12.43 370 21,8 Hold Time Reaction
12.53 369 21,9 10 Min
13.03 369 22,7 20 Min
13.13 369 23,4 30 Min
13.23 368 24 40 Min
13.33 368 24,6 50 Min
13.43 367 25 60 Min
65
Run 6 (2 MPa + katalis Na2CO3)
Tabel 10.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,02
Aquadest
katalis Na2CO3
200,02
5,0
Total 305,04
Tabel 10.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
2 370 60 500
Tabel 10.3 Kuantitas Gas
Before Test: 2 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 36142,5 36148,3
After Test: 2,8 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36148,3 36156,7
Tabel 10.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 1892,5 2142 249,5
Lap 50,52 59,63 9,11
Tabel 10.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 148,5
Middle Oil 1,0
Heavy Oil 6,5
Residu 28
Total 184
Tabel 10.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-rata Revisi
N2 47,019 46,1003 45,925 46,560 46,560
H2 30,3949 30,6444 31,414 30,818 30,818
CO 0,2706 0,2798 0,305 0,285 0,285
CO2 17,3193 17,859 17,351 17,510 17,510
CH4 (TCD) 4,9662 5,1166 4,986 5,023 5,023
C2H4 0,0716 0,073 0,075 0,072 0,135
C2H6 0,4519 0,468 0,474 0,465 869
C3H8 0,727 0,422 0,478 0,542 1,015
CH4 (FID) 2,64 2,685 2,731 2,685 5,023
Total 103,8605 103,6481 103,74 103,96 102,215
66
Tabel 10.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 17,88 2,8 79,32
Weight (gram) 6,17 0,97 27,37
Tabel 10.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 17,88 0 27,37 45,25
Cons[%W] 39,52 0,00 60,48 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,10 11,46 1,46 100,01
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 200,02 0 201,61
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 4,975 0,025 0 5,0
Nitrogen (gram) 17,11
Total 322,15
• Keluar
Nitrogen 17,109
Gas-gas selain Nitrogen 10,70
Minyak 58,84
Residu (Org) 17,553
Abu 11,469
Sub Total 115,676
Air 206,47
Total 322,15
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =10,70
87,10 × 100 % = 12,28 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =58,84
87,10 × 100 % = 67,56 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =17,553
87,10 × 100 % = 20,15 %
67
Record Operation Autoclave Run 6
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
12.47 26 2
12.57 37 2,1
13.07 77 2,5
13.17 127 3
13.27 180 3,6
13.37 272 6,7
13.47 307 9,9
13.57 326 13,2
14.07 334 15,4
14.17 345 17,4
14.27 362 20,3
14.32 372 22 Hold Time Reaction
14.42 369 23,7 10 Min
14.52 368 25 20 Min
15.02 367 26 30 Min
15.12 364 26,3 40 Min
15.22 365 26,8 50 Min
15.32 368 27,4 60 Min
68
Run 7 (1 MPa + tanpa katalis)
Tabel 11.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,02
Aquadest 200,09
Total 300,11
Tabel 11.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
1 370 60 500
Tabel 11.3 Kuantitas Gas
Before Test: 1 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 36219,62 36233,48
After Test: 1 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36233,48 36235,25
Tabel 11.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 1892,5 2169,5 277
Lap 56,05 62,99 6,94
Tabel 11.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 77,5
Middle Oil 0,5
Heavy Oil 6,5
Residu 35,5
Total 120
Tabel 11.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-rata Revisi
N2 49,1525 50,7526 49,352 49,953 49,953
H2 11,4271 11,0587 11,248 11,245 11,245
CO 1,2025 1,1681 1,186 1,186 1,186
CO2 25,6271 24,7709 25,746 25,381 25,381
CH4 (TCD) 5,1888 5,3448 5,458 5,331 5,331
C2H4 0,08 0,078 0,08 0,079 0,079
C2H6 0,647 0,63 0,645 0,641 0,641
C3H8 0,34 0,343 0,348 0,344 0,344
CH4 (FID) 5,56 5,491 n.d 5,526 5,526
Total 99,225 99,6371 94,064 99,684 99,684
69
Tabel 11.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 17,0 2,8 80,2
Weight (gram) 6,04 0,99 28,47
Tabel 11.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 17,0 0 28,47 45,47
Cons[%W] 37,39 0,00 62,61 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,10 11,46 1,46 100,02
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 200,09 0 200,09
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 0 0 0
Nitrogen (gram) 9,02
Total 309,13
• Keluar
Nitrogen 9,028
Gas-gas selain Nitrogen 6,755
Minyak 57,53
Residu (Org) 22,813
Abu 13,622
Sub Total 109,748
Air 199,39
Total 309,13
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =6,755
87,10 × 100 % = 7,76 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =57,53
87,10 × 100 % = 66,05 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =22,813
87,10 × 100 % = 26,19 %
70
Record Operation Autoclave Run 7
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
12.21 26 1
12.31 39 1,2
12.41 84 1,4
12.51 131 1,6
13.01 178 2,3
13.11 256 4,4
13.21 291 7,5
13.31 309 10,1
13.41 323 12,1
13.51 334 14,2
14.01 343 16
14.11 360 18,9
14.21 365 20,9 Hold Time Reaction
14.31 365 22 10 Min
14.41 365 22,7 20 Min
14.51 362 23,2 30 Min
15.01 364 23,9 40 Min
15.11 369 24,8 50 Min
15.21 373 25,8 60 Min
71
Run 8 (1 MPa + katalis Na2CO3)
Tabel 12.1 Bahan yang dimasukkan ke dalam reaktor
Feed Charging Weight (gram)
Cangkang Kelapa Sawit 200 mesh 100,01
Aquadest
katalis Na2CO3
200,09
5,01
Total 305,11
Tabel 12.2 Kondisi Operasi reaktor
Initial Pressure
(MPa)
Reaction Temp. (°C) Hold Time (min) Agitator Speed
(rpm)
1 370 60 500
Tabel 12.3 Kuantitas Gas
Before Test: 1 Mpa
Gas Meter Condition Initial Final
Temperatur (°C) 26 26
Flow Rate (L) 36219,62 36233,48
After Test: 2,17 Mpa
Temperatur (°C) 28 28
Flow Rate (L) 36233,48 36235,25
Tabel 12.4 Pengambilan Produk
Berat Awal Berat Akhir Total Produk
Wadah 1893 2157,5 264,5
Lap 50,06 56,74 6,68
Tabel 12.5 Hasil Distilasi
Hasil Berat (gram)
Air 148,5
Middle Oil 3,0
Heavy Oil 6,0
Residu 35,5
Total 193
Tabel 12.6 Hasil Gas
Gas Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-rata Revisi
N2 40,3359 38,0325 49,352 39,184 39,184
H2 32,0514 33,4002 11,248 32,726 32,726
CO 0,483 0,5061 0,495 0,495 0,495
CO2 19,4523 20,1705 25,746 19,811 19,811
CH4 (TCD) 7,6774 7,8907 7,784 7,784 7,784
C2H4 0,396 0,08 0,08 0,238 0,453
C2H6 0,045 0,473 0,645 0,259 0,492
C3H8 0,554 0,443 0,498 0,498 0,947
CH4 (FID) 3,955 4,233 n.d 4,094 7,784
Total 104,95 105,2285 94,064 105,089 109,976
72
Tabel 12.7 Analisa proksimat residu hasil distilasi
Ash Moisture Residu (Org)
Cons (%w) 18,93 2,8 78,27
Weight (gram) 6,72 0,99 27,79
Tabel 12.8 Residu murni yang dihasilkan
Ash Moisture Residu (Org) Total
Weight [g] 18,93 0 27,79 46,72
Cons[%W] 40,52 0,00 59,48 100,00
Mass Balance
• Masuk Biomassa
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 87,09 11,46 1,46 100,01
Solven
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 0 200,09 0 200,09
Katalis Na2CO3
daf Moisture Ash Total
Weight (gram) 4,98 0,03 0 5,01
Nitrogen (gram) 8,97
Total 314,08
• Keluar
Nitrogen 8,964
Gas-gas selain Nitrogen 7,608
Minyak 57,83
Residu (Org) 21,648
Abu 14,748
Sub Total 110,801
Air 203,28
Total 314,08
Yield Hasil Pencairan
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑔𝑎𝑠 =7,608
87,09 × 100 % = 8,74 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑦𝑎𝑘 =57,83
87,09 × 100 % = 66,41 %
𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢 =21,648
87,09 × 100 % = 24,86 %
73
Record Operation Autoclave Run 8
Waktu Temperature Liquid (°C) Pressure (MPa) Keterangan
13.29 26 1
13.39 41 1,2
13.49 78 1,4
13.59 125 1,7
14.09 195 2,6
14.19 265 5,5
14.29 303 8,8
14.39 325 12,4
14.49 344 15,7
14.59 364 19,7
15.03 370 21,4 Hold Time Reaction
15.13 367 23,3 10 Min
15.23 365 23,6 20 Min
15.33 363 23,9 30 Min
15.43 365 24,4 40 Min
15.53 367 24,9 50 Min
16.03 368 25,2 60 Min
74
Lampiran 2. Alat dan bahan dalam Penelitian
Gambar 19. Cangkang Kelapa Sawit Gambar 20. Proses penghancuran
Gambar 21. Shieve Shaker Gambar 22. Cangkang 200 mesh
Gambar 23. Cangkang 100 mesh Gambar 24. Cangkang 60 mesh
75
Gambar 25. Neraca Analitik Gambar 26. Neraca Analitik
Gambar 27. Furnace Gambar 28. Oven
Gambar 29. Cawan Crucible Gambar 30. Katalis Na2CO3
Gambar 31. Penimbangan Bahan Baku
76
Gambar 32. Reaktor Autoclave 1L Gambar 33. Reactor Control Panel
Gambar 34. Gas Sampling Bag Gambar 35. GC-TCD
Gambar 36. Distilasi Vakum Gambar 37. Hasil Distilasi
77
Lampiran 3. Diagram Alir Penelitian
Analisis Karakteristik Bahan Baku
Biomassa Cangkang Kelapa Sawit
Analisa Proksimat
Kadar Air, Kadar Abu,
Kadar Zat Terbang, Kadar
Karbon Tetap
Analisis Ultimat
Karbon, Hidrogen,
Nitrogen, Oksigen
Persiapan sampel Cangkang Kelapa
Sawit
Cangkang Kelapa Sawit
dihancurkan dengan
mixer mill, kemudian
disaring 60, 100, dan 200
mesh dengan shieve
shaker
Pencairan Cangkang Kelapa Sawit
dengan reaktor autoklaf 1 Liter
Hasil minyak
difraksinasi
menggunakan
distilasi vakum
dan dianalisa
dengan GC-MS
Hasil gas
dianalisa
dengan GC-
FID dan GC-
TCD.
BIODATA MAHASISWA
IDENTITAS PRIBADI
Nama Lengkap : Risna Ayu Fadilah
Tempat Tanggal Lahir : Jakarta, 12 Januari 1994
NIM : 1113096000048
Anak ke : 2 dari 2 bersaudara
Alamat Rumah : Jalan Haji Ung No. 229 A, RT.008/04
Utan Panjang, Kemayoran, Jakarta Pusat
Telp/HP. : 085810460797
Email : [email protected]
Hobby/ Keahlian (softskill) : Membaca
PENDIDIKAN FORMAL
Sekolah Dasar : SDN Cempaka Baru 02 Lulus tahun 2005
Sekolah Menengah Pertama : SMP Negeri 10 Jakarta Lulus tahun 2008
SLTA/SMK : SMA Negeri 5 Jakarta Lulus tahun 2011
PENDIDIKAN NON FORMAL
Kursus/Pelatihan
1. Awareness Training for
Hazard Analysis and Critical
Control Point (HACCP)
: No. Sertifikat AT-HACCP/12.2K16/RPT-
BOG/2926
2. Awareness Training for Food
Safety Management System
Based on ISO 22000:2005
: No. Sertifikat AT-FSMS/12.2K16/RPT-
BOG/2901
3. Awareness Training for Good
Manufacturing Practices
(GMP)
: No. Sertifikat AT-GMP/12.2K16/RPT-
BOG/2951
4. Pelatihan Sistem Manajemen
Mutu Berbasis ISO 9001:2008
: No. Sertifikat 067/ISP-S/V/2017
5. Pelatihan Sistem Manajemen
Laboratorium Berbasis ISO
17025:2005
: No. Sertifikat 068/ISP-S/V/2017
PENGALAMAN ORGANISASI :
1. Himpunan Mahasiswa Kimia : Jabatan Anggota Tahun 2013-2014
2. Himpunan Mahasiswa Kimia : Jabatan Anggota Tahun 2014-2015
PENGALAMAN KERJA
1. Praktek Kerja Lapangan (PKL) : Laboratorium Kesehatan Daerah Provinsi
DKI Jakarta
Judul PKL Penentuan Kadar Natrium
Benzoat Dan Natrium Sakarin Dengan
Metode KCKT
SEMINAR/LOKAKARYA
1. Peningkatan Kapasitas
Keilmuan dan Penelitian
Bidang Biokimia dan
Bioteknologi Menuju
Kemandirian Bangsa
Mei/2014 Sertifikat Pemakalah ada
2. Keamanan dan Keselamtan
Kerja di Laboratorium Kimia
dan Pengenalan Android untuk
Pembelajaran Kimia di
Laboratorium
September/2013 Sertifikat Pemakalah ada