Pembuatan Biofuel dari Palm Olein dengan Proses Thermal Catalytic Cracking Menggunakan Katalis ZSM-5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Menipisnya sumber energi fosil menyebabkan terjadinya krisis bahan bakar
seperti yang terjadi saat ini. Pada tahun 2013 Badan Pusat Statistik mencatat
bahwa produksi minyak mentah Indonesia sebanyak 279.412,10 ribu barel, namun
dari tahun 2008-2012 jumlah produksinya selalu mengalami penurunan [1]. Hal
ini menyebabkan dilakukannya pengembangan bahan bakar terbarukan dari
tumbuhan khususnya kelapa sawit, dimana bahan bakar ini ramah lingkungan dan
bebas dari sulfur ataupun nitrogen [2-3]. Palm olein adalah salah satu alternatif
bahan baku yang dapat digunakan untuk bahan bakar terbarukan. Palm olein
merupakan fraksi cair dari minyak kelapa sawit yang telah di fraksinasi [4].
Jumlah palm olein di Indonesia sangat berlimpah sehingga pengembangan dari
pemanfaatan palm olein ini dapat dilakukan, dimana pada tahun 2013 Indonesia
merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia dengan produksi
mencapai 27,8 juta ton [5].
Catalytic cracking merupakan proses kimia yang dapat diaplikasikan dalam
pembuatan biofuel dari palm olein. Palm olein bisa direngkah menjadi biofuel
karena memiliki rantai karbon yang panjang. Proses ini dapat menghasilkan
sejumlah produk bahan bakar hidrokarbon cair seperti biogasolin [6], biodiesel [7]
dan kerosen [8]. Proses ini telah dibuktikan dapat menghasilkan biofuel dari
berbagai bahan baku seperti minyak sawit, minyak biji karet, minyak kedelai dan
lain-lain. Proses catalytic cracking menggunakan katalis heterogen (padatan) yang
digunakan untuk mempercepat reaksi. Beberapa katalis yang umum digunakan
dalam perengkahan berkatalis ini adalah Al-SBA-15 [10], zeolit alam [6], silika
alumina [11], ZSM-5 [12] dan beberapa katalis lainnya. Chew dan Bhatia juga
melakukan penelitian menggunakan bahan baku CPO dan minyak jelantah dengan
katalis HZSM-5 dan REY, dari hasil penelitian yang dilakukan diketahui bahwa
HZSM-5 memberikan nilai yield liquid produk yang lebih besar, selain itu juga
dilaporkan bahwa HZSM-5 menghasilkan fraksi produk gasolin yang lebih
1
Universitas Sumatera Utara
banyak dibandingkan dengan beta zeolit yang cenderung untuk menghasilkan
produk kerosin dan biodiesel dalam OLP [2]. Zeolit merupakan katalis yang
biasa digunakan dalam proses catalytic cracking. Zeolit memiliki kelebihan
diantaranya memiliki stabilitas termal, memiliki selekfitas [13] dan strukturnya
yang sangat teratur [12], selain itu zeolit merupakan katalis yang efektif dalam
merengkah trigliserida [44].
Melimpahnya jumlah palm olein di Indonesia memungkinkan pengembangan
pemanfaatannya sebagai biofuel dengan menggunakan proses catalytic cracking.
Penelitian tentang produksi biofuel dengan menggunakan proses catalytic
cracking untuk sampel minyak tumbuhan sudah pernah dilakukan. Berikut
beberapa penelitian tentang proses catalytic cracking minyak tumbuhan:
-
Li, dkk (2014) melakukan penelitian proses catalytic cracking dengan
menggunakan minyak biji karet sebagai bahan baku dan katalis USY. Mereka
melakukan variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh
kondisi terbaik katalis/bahan baku pada rasio 1/50 dan suhu 420 oC dengan
waktu 90 menit. Dihasilkan liquid produk mencapai 75,6 % [14].
-
Li, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking menggunakan
minyak jelantah sebagai bahan baku dan katalis K2O/Ba-MCM-41. Melakukan
variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh yield bio-oil
tertinggi pada suhu 430 oC, rasio katalis/bahan baku 1/30 dan waktu reaksi
110 menit dengan nilai 67,7 % [15].
-
Sirajudin, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking
menggunakan fix bed micro reactor dan katalis HZSM-5 dengan bahan
minyak sawit. Mereka melakukan variasi terhadap temperatur dan laju alir dari
N2. Diperoleh yield tertinggi pada 450 oC dan laju alir N2 100 ml/min, dimana
dihasilkan bensin 28,87%, kerosen 16,70%, diesel 12,2% [8].
1.2 Perumusan Masalah
Catalytic cracking merupakan reaksi pemutusan rantai karbon dari molekul
hidrokarbon.
Saat
ini
proses
catalytic
cracking
dikembangkan
untuk
menghasilkan biofuel dari minyak/ lemak dari hewan maupun tumbuhan. Adapun
faktor yang mempengaruhi proses ini dalam menghasilkan biofuel adalah jenis
2
Universitas Sumatera Utara
katalis, jumlah katalis, temperatur operasi, waktu reaksi, tekanan dan jenis bahan
baku [9]. Pada penelitian ini digunakan reaktor batch bertekanan dimana tekanan
operasi akan naik seiring naiknya suhu dan waktu reaksi.
Adapun permasalahan yang ingin diteliti dalam penelitian ini adalah
bagaimana pengaruh temperatur dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi
dari biofuel yang dihasilkan dengan menggunakan reaktor bertekanan.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh temperatur
dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi dari biofuel yang dihasilkan serta
mendapatkan kondisi terbaik untuk yield biofuel tertinggi dari proses catalytic
cracking palm olein menggunakan katalis ZSM-5 dengan menggunakan reaktor
bertekanan.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1.
Menghasilkan alternatif biofuel dengan menggunakan proses catalytic
cracking.
2.
Memberikan informasi tentang pengembangan penggunaan palm olein.
3.
Menghasilkan bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan.
1.5 Ruang Lingkup
Penelitian pembuatan biofuel dari palm olein dengan menggunakan proses
catalytic cracking menggunakan katalis ZSM-5 ini dilakukan di Laboratorium
Oleokimia dan Laboratorium Analisa, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah palm olein dan katalis
ZSM-5. Peralatan yang digunakan adalah reaktor bertekanan (parr 4848).
Adapun variabel dalam penelitian ini adalah:
Variabel Tetap
o Rasio katalis
= 2% dari berat umpan [14]
o Kalsinasi katalis
= 600 oC selama 6 jam [2]
3
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang divariasikan
o
Temperatur operasi
= 375, 400, 425 dan 450 oC
o
Waktu operasi
= 60, 90, 120 dan 150 menit
Analisa yang dilakukan pada produk tersebut adalah:
o Analisis komposisi bahan baku menggunakan alat gas chromatography (GC)
o Analisis liquid product (LP) dengan alat gas chromatography (GC)
menggunakan detektor flame ionized detector (FID).
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Menipisnya sumber energi fosil menyebabkan terjadinya krisis bahan bakar
seperti yang terjadi saat ini. Pada tahun 2013 Badan Pusat Statistik mencatat
bahwa produksi minyak mentah Indonesia sebanyak 279.412,10 ribu barel, namun
dari tahun 2008-2012 jumlah produksinya selalu mengalami penurunan [1]. Hal
ini menyebabkan dilakukannya pengembangan bahan bakar terbarukan dari
tumbuhan khususnya kelapa sawit, dimana bahan bakar ini ramah lingkungan dan
bebas dari sulfur ataupun nitrogen [2-3]. Palm olein adalah salah satu alternatif
bahan baku yang dapat digunakan untuk bahan bakar terbarukan. Palm olein
merupakan fraksi cair dari minyak kelapa sawit yang telah di fraksinasi [4].
Jumlah palm olein di Indonesia sangat berlimpah sehingga pengembangan dari
pemanfaatan palm olein ini dapat dilakukan, dimana pada tahun 2013 Indonesia
merupakan negara penghasil minyak sawit terbesar di dunia dengan produksi
mencapai 27,8 juta ton [5].
Catalytic cracking merupakan proses kimia yang dapat diaplikasikan dalam
pembuatan biofuel dari palm olein. Palm olein bisa direngkah menjadi biofuel
karena memiliki rantai karbon yang panjang. Proses ini dapat menghasilkan
sejumlah produk bahan bakar hidrokarbon cair seperti biogasolin [6], biodiesel [7]
dan kerosen [8]. Proses ini telah dibuktikan dapat menghasilkan biofuel dari
berbagai bahan baku seperti minyak sawit, minyak biji karet, minyak kedelai dan
lain-lain. Proses catalytic cracking menggunakan katalis heterogen (padatan) yang
digunakan untuk mempercepat reaksi. Beberapa katalis yang umum digunakan
dalam perengkahan berkatalis ini adalah Al-SBA-15 [10], zeolit alam [6], silika
alumina [11], ZSM-5 [12] dan beberapa katalis lainnya. Chew dan Bhatia juga
melakukan penelitian menggunakan bahan baku CPO dan minyak jelantah dengan
katalis HZSM-5 dan REY, dari hasil penelitian yang dilakukan diketahui bahwa
HZSM-5 memberikan nilai yield liquid produk yang lebih besar, selain itu juga
dilaporkan bahwa HZSM-5 menghasilkan fraksi produk gasolin yang lebih
1
Universitas Sumatera Utara
banyak dibandingkan dengan beta zeolit yang cenderung untuk menghasilkan
produk kerosin dan biodiesel dalam OLP [2]. Zeolit merupakan katalis yang
biasa digunakan dalam proses catalytic cracking. Zeolit memiliki kelebihan
diantaranya memiliki stabilitas termal, memiliki selekfitas [13] dan strukturnya
yang sangat teratur [12], selain itu zeolit merupakan katalis yang efektif dalam
merengkah trigliserida [44].
Melimpahnya jumlah palm olein di Indonesia memungkinkan pengembangan
pemanfaatannya sebagai biofuel dengan menggunakan proses catalytic cracking.
Penelitian tentang produksi biofuel dengan menggunakan proses catalytic
cracking untuk sampel minyak tumbuhan sudah pernah dilakukan. Berikut
beberapa penelitian tentang proses catalytic cracking minyak tumbuhan:
-
Li, dkk (2014) melakukan penelitian proses catalytic cracking dengan
menggunakan minyak biji karet sebagai bahan baku dan katalis USY. Mereka
melakukan variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh
kondisi terbaik katalis/bahan baku pada rasio 1/50 dan suhu 420 oC dengan
waktu 90 menit. Dihasilkan liquid produk mencapai 75,6 % [14].
-
Li, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking menggunakan
minyak jelantah sebagai bahan baku dan katalis K2O/Ba-MCM-41. Melakukan
variasi untuk suhu, rasio katalis dan waktu reaksi. Diperoleh yield bio-oil
tertinggi pada suhu 430 oC, rasio katalis/bahan baku 1/30 dan waktu reaksi
110 menit dengan nilai 67,7 % [15].
-
Sirajudin, dkk (2013) melakukan penelitian proses catalytic cracking
menggunakan fix bed micro reactor dan katalis HZSM-5 dengan bahan
minyak sawit. Mereka melakukan variasi terhadap temperatur dan laju alir dari
N2. Diperoleh yield tertinggi pada 450 oC dan laju alir N2 100 ml/min, dimana
dihasilkan bensin 28,87%, kerosen 16,70%, diesel 12,2% [8].
1.2 Perumusan Masalah
Catalytic cracking merupakan reaksi pemutusan rantai karbon dari molekul
hidrokarbon.
Saat
ini
proses
catalytic
cracking
dikembangkan
untuk
menghasilkan biofuel dari minyak/ lemak dari hewan maupun tumbuhan. Adapun
faktor yang mempengaruhi proses ini dalam menghasilkan biofuel adalah jenis
2
Universitas Sumatera Utara
katalis, jumlah katalis, temperatur operasi, waktu reaksi, tekanan dan jenis bahan
baku [9]. Pada penelitian ini digunakan reaktor batch bertekanan dimana tekanan
operasi akan naik seiring naiknya suhu dan waktu reaksi.
Adapun permasalahan yang ingin diteliti dalam penelitian ini adalah
bagaimana pengaruh temperatur dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi
dari biofuel yang dihasilkan dengan menggunakan reaktor bertekanan.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh temperatur
dan waktu operasi terhadap yield dan distribusi dari biofuel yang dihasilkan serta
mendapatkan kondisi terbaik untuk yield biofuel tertinggi dari proses catalytic
cracking palm olein menggunakan katalis ZSM-5 dengan menggunakan reaktor
bertekanan.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1.
Menghasilkan alternatif biofuel dengan menggunakan proses catalytic
cracking.
2.
Memberikan informasi tentang pengembangan penggunaan palm olein.
3.
Menghasilkan bahan bakar terbarukan yang ramah lingkungan.
1.5 Ruang Lingkup
Penelitian pembuatan biofuel dari palm olein dengan menggunakan proses
catalytic cracking menggunakan katalis ZSM-5 ini dilakukan di Laboratorium
Oleokimia dan Laboratorium Analisa, Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah palm olein dan katalis
ZSM-5. Peralatan yang digunakan adalah reaktor bertekanan (parr 4848).
Adapun variabel dalam penelitian ini adalah:
Variabel Tetap
o Rasio katalis
= 2% dari berat umpan [14]
o Kalsinasi katalis
= 600 oC selama 6 jam [2]
3
Universitas Sumatera Utara
Variabel yang divariasikan
o
Temperatur operasi
= 375, 400, 425 dan 450 oC
o
Waktu operasi
= 60, 90, 120 dan 150 menit
Analisa yang dilakukan pada produk tersebut adalah:
o Analisis komposisi bahan baku menggunakan alat gas chromatography (GC)
o Analisis liquid product (LP) dengan alat gas chromatography (GC)
menggunakan detektor flame ionized detector (FID).
4
Universitas Sumatera Utara