REVIEW PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS DENGAN MENGGUNAKAN METODE CATALYTIC CRACKING PADA PEMBUATAN BAHAN BAKAR MINYAK (BENSIN)
REVIEW PENGARUH PENGGUNAAN KATALIS DENGAN MENGGUNAKAN METODE
CATALYTIC CRACKING PADA PEMBUATAN BAHAN BAKAR MINYAK (BENSIN)
Siti Fatimah1
1
Progam Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang
Kampus Sekaran, Gunungpati Semarang
Email : [email protected]
ABSTRAK
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan
dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian
energi mix di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil,
yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% . Sementara itu, produksi
minyak bumi maupun bahan bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan
setiap tahunnya. Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa
mendatang, diperlukan upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi,
pemanfaatan sumber energi alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang
ada secara maksimal. Melihat kondisi tersebut, diperlukan adanya suatu cara untuk
meningkatkan kualitas minyak yang ada di Indonesia. Salah satunya adalah melalui
perengkahan minyak bumi menggunakan katalis (catalytic cracking). Tujuan review ini
adalah untuk membandingkan hasil perengkahan minyak menggunakan katalis (catalytic
cracking). Pada kondisi yang sama, menggunakan suhu 450o C dan waktu selama 60
menit fraksi bensin yang dihasilkan berturut-turut adalah 63,1 % dan 82,11% dengan rasio
1,5% dan 1/3 %. Sedangkan katalis zeolit/nikel yang digunakan kurang efektif sebagai
katalis perengkahan minyak menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis
perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20). Penggunaan katalis zeolit sintesis pada
perengkahan PFAD tidak menghasilkan bensin.
Kata kunci : perengkahan, katalis, zeolit.
PENDAHULUAN
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan dengan
pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian energi mix
di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak
bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% (Buchori, ddk., 2010). Pada tahun 2005,
konsumsi BBM berada di level 1,3 juta bph. Lima tahun kemudian yakni pada 2010,
konsumsi naik ke level 1,4 juta bph dan naik ke 1,6 juta bph di 2015 (Badan Pusat Statistik,
2017). Menurut Dudley (2015), cadangan minyak bumi dunia pada akhir tahun 2014
adalah sebesar 1700,1 miliar barel, sedangkan Indonesia hanya memiliki cadangan
minyak terbukti sebesar 3,7 miliar barel dan jumlah tersebut hanya 0,2% dari jumlah
cadangan minyak di dunia. Jumlah produksi minyak sebesar 852 ribu barel/hari dengan
konsumsi 1,641 juta barel/hari. Sementara itu, produksi minyak bumi maupun bahan
bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan setiap tahunnya. Sejak tahun
2010 – 2015 produksi minyak mentah di Indonesia mengalami penurunan setiap
tahunnya, sedangkan produksi bahan bakar minyak mengalami kenaikan sekita 0,1 – 1
% setiap tahunnya (Badan Pusat Statistik, 2017).
Dalam Peraturan Pemerintah Nomor 79 Tahun 2014 tentang kebijakan energi
nasional, menyebutkan bahwa ketersediaan energi untuk kebutuhan nasional dipenuhi
dengan meningkatkan eksplorasi sumber daya, potensi dan/atau cadangan energi, baik
dari jenis fosil maupun energi baru dan energi terbarukan (Peraturan Pemerintah, 2014).
Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa mendatang, diperlukan
upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi, pemanfaatan sumber energi
alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang ada secara maksimal. Selain
itu, dari segi masyrakat diperlukan adanya suatu tindakan penghematan penggunaan
bahan bakar minyak dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya membantu pemerintah untuk
mengurangi kadar polusi udara dan penghematan bahan bakar melalui penggunaan
transportasi pribadi secara efektif. Ataupun dengan penggunaan energi listrik secara
efesien. Dari segi masyarakat diperlukan adanya kesadaran diri akan hal tersebut, hal ini
dikarenakan cadangan sumber energi yang dimiliki semakin berkurang setiap tahunnya
yang tidak mampu diimbangi dengan pengolahan energi dengan baik.
Melihat kondisi tersebut, kita dituntut untuk melakukan inovasi dalam meningkatkan
efisiensi proses pengolahan minyak bumi yang berkualitas bernilai ekonomis tinggi
semaksimal mungkin. Salah satunya adalah melalui perengkahan minyak bumi
menggunakan katalis (catalytic cracking). Reaksi perengkahan katalitik adalah suatu
reaksi dimana terjadi pemutusan suatu molekul hidrokarbon yang besar menjadi molekul
hidrokarbon yang lebih kecil dengan menggunakan katalis (Sibarani,2012). Tujuan
teknologi perengkahan katalitik yang sekarang dikembangkan dilakukan untuk
memproduksi biofuel yaitu hidrokarbon yang berisi campuran berbagai fraksi gasoline,
kerosene dan diesel yang dapat digunakan sebagai bahan bakar (Ramya dan Sivakumar,
2010). Dalam perengkahan katalitik reaksi yang berlangsung dapat meliputi
dehidrogenasi, hidrogenasi, dan isomerisasi. Reaksi perengkahan ini biasanya dilakukan
pada suhu yang tinggi, yaitu antara 300– 500°C. Pada suhu yang lebih rendah,
katalis asam yang digunakan belum aktif, namun pada suhu yang lebih tinggi, katalis
juga sudah tidak aktif. Suhu yang tinggi menyebabkan reaksi yang terjadi adalah
perengkahan termal.
Beberapa faktor yang diketahui dapat mempengaruhi reaksi perengkahan katalitik
selain jenis katalis dan temperatur reaksi ialah rasio antara katalis dengan umpan atau
lebih dikenal sebagai rasio C/O (Catalyst/ Feed or Oil) yang digunakan (Ardianus,dkk.,
2013).Terdapat dua macam proses catalytic cracking dalam mengolah minyak bumi yaitu
menggunakan katalis natural dan sintetik katalis. Natural katalis diantaranya silikaalumina, bentonite-clay, alumunium hidrosilikat sedangkan sintetik katalitik diantaranya
sintetik silika-alumina, silika-magnesia, zeolite, karbon aktif dan komponen alkali (Kyaw
dan Hmwe, 2015). Dalam proses perengkahan katalitik, katalis yang digunakan adalah
katalis padat (heterogen). Beberapa jenis katalis yang digunakan dalam proses
perengkahan adalah Zeolit ZSM-5 – Al2O3 (Setiadi, dkk., 2006), Mordenite (Wijaya, dkk),
Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA (Sundaryono, dkk., 2015), Asam Sulfat (Nasikin, dkk., 2016)
dan beberapa jenis katalis lainnya. Tujuan penulisan artikel ini adalah untuk mengetahui
katalis yang paling efektif untuk catalytic cracking pada pembuatan bahan bakar minyak.
KARAKTERISASI KATALIS
Karakterisasi Katalis Zeolit X
Katalis yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan XRD (X-ray Diffraction) untuk
mengetahui jenis kristal zeolite. Proses XRD dijalankan dengan radiasi Cu-Kα yang
dioperasikan pada 40 kV dan 100 mA dengan rentang 10-100 (o2θ). Dari hasil analisis
XRD diketahui puncak mineral (2θ) dan intensitas mineral yang menunjukkan tingkat
kristalinitasnya (crystallinity). Jadi dapat dikatakan bahwa proses pembentukan kristal
tidak berjalan sempurna karena sedikitnya puncak Faujasit yang teridentifikasi dan
rendahnya intensitas. Hal ini dapat terjadi karena distribusi suhu yang tidak merata pada
saat proses hidrotermal yang merupakan proses pembentukan kristal zeolit. Jadi, dapat
dikatakan bahwa zeolit X yang ingin disintesis pada penelitian ini belum terbentuk secara
sempurna (Wahyudi, dkk., 2016).
Karakterisasi Katalis Cr/ZAA
Perengkahan katalis kemudian dikarketirisasi dengan cara analisa rasio Si/Al total
dengan menggunakan spektroskopi UV Vis. Uji keasaman dilakukan dengan
menggunakan basa piridin, keasaman katalis dibandingkan dengan keasaman zeolit alam
aktif yang telah dikalsinasi dan zeolit alam aktif yang telah dikalsinasi dan diembankan
logam Cr namun belum dioksidasi dan reduksi. Kandungan logam dalam katalis dianalisis
menggunakan spektroskopi serapan atom, dan hasilnya dibandingkan dengan
kandungan logam pada zeolit alam aktif (Trisunaryanti, 2012).
Karakterisasi Katalis Zeolit/nikel
Proses perengkahan katalitik dilakukan dengan sistem batch menggunakan rasio
katalis/umpan 10:30 w/w, 10:40 w/w dan 10:50 (w/w). Karakterisasi meliputi uji
pengukuran densitas, dan viskositas kinematik. Sedangkan untuk mengetahui
senyawa komponen penyusunnya dengan menggunakan Analysis Gas Chromathograph
Mass Spectrometry (GC-MS). Perlakuan yang sama dilakukan terhadap katalis/umpan
10:40 w/w dan 10:50 w/w (Andrianus, dkk., 2013).
Karakterisasi Katalis Zeolit Sintesis
Perengkahan berlangsung secara batch dalam reaktor tangki berpengaduk. Untuk
mengetahui konversi reaksi, maka dilakukan analisis kadar asam lemak dalam PFAD dan
produk reaksi. Selain itu, produk reaksi juga dianalisis menggunakan FTIR (Fourier
Transform Infra Red) untuk mengetahui perubahan gugus fungsi serta GCMS (Gas
Chromatography Mass Spectra) untuk mengetahui komponen yang terkandung dalam
produk (Yelmida,dkk., 2012).
HASIL KARAKTERISASI KATALIS
Katalis Zeolit X
Gambar 1. Grafik Perolehan Yield (%)
Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa yield yang dihasilkan semakin meningkat seiring
dengan meningkatnya suhu dan rasio katalis. Hal yang sama juga dikemukakan oleh
Houshmand dkk., (2013) bahwa dengan meningkatnya suhu maka semakin banyak ikatan
yang terputus sehingga produk semakin banyak, yield juga semakin meningkat. Pada
suhu 350oC dengan variasi rasio katalis, yield yang diperoleh kecil dibandingkan pada
suhu 400oC dan 450oC yang meningkat secara signifikan. Hal ini dikarenakan proses
perengkahan pada suhu yang lebih rendah menghasilkan produk wax yang tertinggal di
dalam reaktor yang terdiri dari parafin dan arang yang terkarbonisasi (Achilias dkk., 2007).
Pada variasi rasio katalis, yield yang diperoleh semakin tinggi seiring dengan
meningkatnya rasio katalis. Hal ini disebabkan karena semakin banyak jumlah katalis
yang ditambahkan maka akan meningkatkan laju reaksi pembentukan produk dengan
jalan menurunkan energi aktivasi. Banyaknya % katalis maksimum yang menghasilkan
yield adalah 1,5% dengan suhu 450o C. Sehingga dapat diketahui bahwa suhu paling
efektif adalah 450o C pada penggunaan katalis X untuk membentuk bensin.
Katalis Cr/Zeolit
Perengkahan dengan menggunakan katalis Cr/Zeolit pada suhu 450oC dengan variasi
rasio katalis/umpan 1/1, ½, 1/3, ¼ (b/b).
Gambar.2 Pengaruh rasio katalis dengan waktu perengkahan 60 menit
Hasil dari perengkahan selama 60 menit ditampilkan pada gambar 2. Konversi fraksi
bensin tertinggi dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/3 sebesar 53,27% dan konversi fraksi
bensin terendah dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/1 sebesar 28,34%. Urutan rasio
katalis/umpan yang menghasilkan konversi fraksi bensin pada perengkahan selama 60
menit adalah 1/3 > ¼ > ½ > 1/1. Konversi fraksi bensin untuk rasio katalis/umpan ¼ sedikit
lebih kecil dibanding konversi fraksi bensin rasio katalis/umpan 1/3, hal ini disebabkan
karena rasio katalis/umpan 1/3 merupakan rasio yang paling optimal pada waktu
perengkahan 60 menit, sehingga jika katalis yang digunakan lebih sedikit akan
mengurangi konversi fraksi bensin karena reaksi perengkahan lebih lambat, sedangkan
jika katalis yang digunakan lebih banyak dari rasio katalis/umpan 1/3 maka reaksi
perengkahan akan berlebihan akibatnya menghasilkan fraksi gas yang berlebihan. Rasio
katalis/umpan 1/3 dengan waktu perengkahan 60 menit adalah kondisi optimal dari
seluruh percobaan ini, karena dihasilkan konversi yang paling besar dengan
pembentukan kokas yang relatif sedikit yaitu 2,67% (Trisunaryanti, 2012). Semakin tinggi
temperatur maka produk cairan yang dihasilkan semakin tinggi. Katalis berpengaruh
terhadap produk cairan yang dihasilkan dimana semakin banyak jumlah katalis yang
digunakan, maka produk yang dihasilkan juga semakin banyak (Wijaya, dkk., 2014).
Katalis Zeolit/nikel
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa perengkahan minyak
jelantah menggunakan katalis zeolit/nikel terbaik adalah produk dengan rasio 10:40 w/w
yang ditunjukkan dengan kelimpahan (%) dari senyawa pentadekana dan nonana yang
dihasilkan lebih besar dari kedua jenis variasi lainnya. Produk perengkahan yang
dihasilkan memiliki tampilan warna kuning bening dan bau yang tajam dengan jumlah
(massa) yang diperoleh dari proses perengkahan katalitik untuk setiap rasio katalis/umpan
menghasilkan % yield berturut-turut sebesar 46,75 %; 37,75 % dan 47,8 %. Sementara
hasil uji pembakaran menunjukkan bahwa hasil pembakaran produk perengkahan minyak
jelantah pada masing-masing produk menghasilkan sedikit asap dibandingkan nyala api
yang dihasilkan oleh bahan bakar solar.
Tabel.1 Hasil analisis GSA katalis Zeolit/nikel
LPS
123,324
Data Analisis GSA
VTP
113,9
RJP
36,939
Keterangan :
LPS (Luas Permukaan Spesifik)
VTP (Volume Total Pori)
RJP (Rata-rata Jari Pori)
Besar kecilnya berat molekul senyawa yang dihasilkan salah satunya dipengaruhi oleh
rata-rata jari pori (RJP) dari katalis dan menentukan efektivitas katalis yang digunakan.
Semakin besar nilai RJP katalis yang digunakan dalam perengkahan maka kemungkinan
senyawa dengan berat molekul besar untuk lolos dan tidak terfragmentasi juga semakin
besar dan demikian pula sebaliknya. Tabel 1 menunjukkan nilai RJP katalis yang
digunakan sebesar 36,939 Å atau lebih besar dari nilai RJP katalis yang digunakan oleh
Septiansyah (2011) yaitu sebesar 12,588 Å dan Hassanudin dkk (2003) sebesar 11,6 Å
dengan konversi produk perengkahan minyak jelantah didominasi senyawa fraksi C8-C9
(fraksi bensin). Sehingga dapat dikatakan bahwa katalis yang digunakan kurang efektif
sebagai katalis perengkahan menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis
perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20) (Andrianus,dkk., 2013).
Katalis Zeolit Sintesis
Produk hasil perengkahan dengan katalis zeolit sintesis dikarakterisasi dengan FTIR
dan dapat diketahui perubahan yang terjadi pada gugus fungsi produk tersebut. Gugus
karbonil untuk hasil perengkahan dapat berupa karbonil dari keton atau ester. Untuk
menganalisis produk perengkahan, analisis selanjutnya dilakukan menggunakan GCMS.
Gambar 3. Kromatogram produk pada suhu 280 C dan waktu 100 menit
Analisis GCMS digunakan untuk identifikasi jenis senyawa karbonil. Hasil kromatogram
GC untuk konversi reaksi terbesar pada suhu 280oC dan waktu reaksi 100 menit dapat
dilihat pada Gambar 3. Dari hasil kromatogram produk pada suhu 280oC dan waktu 100
menit yang ditampilkan pada Gambar 3, terdapat 6 senyawa dengan waktu retensi
24,492; 25,775; 26,092; 26,258; 26,342, dan 27,675 detik. Untuk mengidentifikasi keenam
senyawa yang terbentuk pada masing-masing waktu retensi, dapat diketahui dari hasil
spektrum massanya. Berdasarkan hasil analisis menggunakan FTIR dan GCMS dapat
diketahui bahwa proses perengkahan PFAD tidak menghasilkan biofuel. Senyawa yang
terbentuk berupa tridecanoic acid (C13H26NO2), Cholest-8-en-3-ol (C28H48O) dan Metil vinil
keton (C4H6O).
Dari keempat katalis tersebut dapat diketahui bahwa setiap katalis memiliki
karakteristik tersendiri dalam menghasilkan bensin. Katalis-katalis tersebut kemungkinan
mampu menghasilkan perengkahan dengan rantai lebih panjang apabila katalis tersebut
dimodifikasi dengan katalis lain. Sehingga jenis bahan bakar minyak yang dihasilkan lebih
bermutu tinggi. Jenis katalis yang paling efektif menghasilkan fraksi bensi adalah Cr/Zeolit
dengan fraksi bensin sebesar 82,11%.
KESIMPULAN
Rasio katalis/umpan yang terlalu tinggi (penggunaan katalis yang berlebihan) pada
proses perengkahan fraksi minyak dapat mengakibatkan terjadinya reaksi perengkahan
sekunder sehingga banyak menghasilkan fraksi gas. Waktu perengkahan yang terlalu
lama dapat mengakibatkan terbentuknya senyawa hidrokarbon dengan jumlah atom C
yang relatif lebih besar dibandingkan dengan fraksi bensin. Jenis katalis yang paling
efektif menghasilkan fraksi bensi adalah Cr/Zeolit dengan fraksi bensin sebesar 82,11%.
DAFTAR PUSTAKA
Ardianus,dkk., 2013. Optimasi Reaksi Perengkahan Minyak Jelantah Menggunakan
Katalis Zeolit/Nikel. Progam Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas
Tanjungpura. Pontianak.
Achilias, D. S., Roupakias, C., Megalokonomos, P., Lappas, A. A., Antonakou,
E. V, 2007. Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE
and HDPE) and polypropylene (PP), Journal of Hazardous Materials, 149, 536 –
542
Badan Pusat Statistik diakses melalui www.bps.go.id pada15 Oktober 2017 pukul
10.34 WIB.
Buchori, Luqman , ddk., 2010. Pembuatan Bahan Bakar Cair dari Tremboso (Sisa
Sadapan Lateks) Menggunakan Katalis Zeolit HY dan ZSM-5. Seminar
Rekayasa Kimia dan Proses. Jurusan Tekni Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Diponegoro. Semarang.
Dudley, B. 2014. BP Statistical Review of World Energy June 2015. diakses pada 15
Oktober 2017.
Hasanudin dan Nugrahaningtyas, K.D., 2003. Hidrogenasi dan Perengkahan Katalitik
TIR Batubara dengan Katalis Cr/Zeolit Alam. Alchemy., Vol.2 (1), 24-33.
Kyaw, K. T. and C.S. Hmwe. 2015. Effect of Various Catalyst on Fuel Oil Pyrolisis
Process of Mixed Plastic Waste. International Journal of Advance in Engineering
and Technology 8(5) : 794-802.
Ramya G dan Sivakumar T. 2010. Fixed bed catalytic cracking of non-edible oilsusing
zeolites for the production of biofuel. Bull the Catalysis Society of India. (9): 1 -11
.
Septiansyah, Sy.I. 2011. Modifikasi Ni-Zeolit dan Sifat Katalitik Perengkahan Terhadap
Minyak Jelantah. Universitas Tanjungpura, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Pontianak. Skripsi.
Setiadi dan Benny A.W, 2006. Kinerja Katalis Zeolit Sintetik ZSM-5 – Al2O3 dalam
Reaksi Perengkahan Minyak Sawit Menjadi Hidrokarbon Fraksi Gasoline.
Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia. Depok.
Sibarani, Kezia, L, 2012. Preparasi, Karakterisasi, dan Uji Aktifitas Katalis Ni-Cr/Zeolit
Alam Pada Proses Perengkahan Limbah Plastik Menjadi Fraksi Bensin. Skripsi.
Universitas Indonesia. Depok.
Sundaryono, Agus, dkk., 2015. Perengkahan Katalitik Metil ester dari Minyak Limbah
Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit dengan Katalis Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA.
Jurnal Teknologi Industri Pertanian. Universitas Beengkulu. Kota Bengkulu.
Trisunaryati, Wega, 2012. Optimasi Waktu dan Rasio Katalis/umpan pada Proses
Perengkahan Katalitik Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin
Menggunakan Katalis Cr/Zeolit Alam. Indonesian Jurnal of Chemistry. Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan IPA, Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Wahyudi,Ekki, dkk., 2016. Pengolahan Sampah Plastik Polipropilena (PP) Menjadi
Bahan Bakar Minyak dengan Metode Perengkahan Katalitik Menggunakan
Katalis Sintesis. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. Jurusan Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Riau. Pekanbaru.
Wijaya, Ardi, dkk., 2014. Pemanfaatan Oli Bekas Sebagai Bahan Baku Peembuatan
Bahan Bakar Cair (BBC) dengan Metode Catalytic Cracking Menggunakan
Katalis Mordenite. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Diponegoro. Semarang
Yelmida,dkk., 2012. Perengkahan PFAD (Palm Fatty Acid Distillate) dengan Katalis
Zeolit Sintesis Untuk Menghasilkan Biofuel. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Riau. Pekanbaru.
CATALYTIC CRACKING PADA PEMBUATAN BAHAN BAKAR MINYAK (BENSIN)
Siti Fatimah1
1
Progam Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang
Kampus Sekaran, Gunungpati Semarang
Email : [email protected]
ABSTRAK
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan
dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian
energi mix di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil,
yaitu minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% . Sementara itu, produksi
minyak bumi maupun bahan bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan
setiap tahunnya. Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa
mendatang, diperlukan upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi,
pemanfaatan sumber energi alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang
ada secara maksimal. Melihat kondisi tersebut, diperlukan adanya suatu cara untuk
meningkatkan kualitas minyak yang ada di Indonesia. Salah satunya adalah melalui
perengkahan minyak bumi menggunakan katalis (catalytic cracking). Tujuan review ini
adalah untuk membandingkan hasil perengkahan minyak menggunakan katalis (catalytic
cracking). Pada kondisi yang sama, menggunakan suhu 450o C dan waktu selama 60
menit fraksi bensin yang dihasilkan berturut-turut adalah 63,1 % dan 82,11% dengan rasio
1,5% dan 1/3 %. Sedangkan katalis zeolit/nikel yang digunakan kurang efektif sebagai
katalis perengkahan minyak menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis
perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20). Penggunaan katalis zeolit sintesis pada
perengkahan PFAD tidak menghasilkan bensin.
Kata kunci : perengkahan, katalis, zeolit.
PENDAHULUAN
Penggunaan energi di Indonesia secara umum terus meningkat pesat sejalan dengan
pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi maupun teknologi. Pemakaian energi mix
di Indonesia saat ini lebih dari 90% menggunakan energi yang berbasis fosil, yaitu minyak
bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1% (Buchori, ddk., 2010). Pada tahun 2005,
konsumsi BBM berada di level 1,3 juta bph. Lima tahun kemudian yakni pada 2010,
konsumsi naik ke level 1,4 juta bph dan naik ke 1,6 juta bph di 2015 (Badan Pusat Statistik,
2017). Menurut Dudley (2015), cadangan minyak bumi dunia pada akhir tahun 2014
adalah sebesar 1700,1 miliar barel, sedangkan Indonesia hanya memiliki cadangan
minyak terbukti sebesar 3,7 miliar barel dan jumlah tersebut hanya 0,2% dari jumlah
cadangan minyak di dunia. Jumlah produksi minyak sebesar 852 ribu barel/hari dengan
konsumsi 1,641 juta barel/hari. Sementara itu, produksi minyak bumi maupun bahan
bakar minyak tidak mengalami peningkatan yang signifikan setiap tahunnya. Sejak tahun
2010 – 2015 produksi minyak mentah di Indonesia mengalami penurunan setiap
tahunnya, sedangkan produksi bahan bakar minyak mengalami kenaikan sekita 0,1 – 1
% setiap tahunnya (Badan Pusat Statistik, 2017).
Dalam Peraturan Pemerintah Nomor 79 Tahun 2014 tentang kebijakan energi
nasional, menyebutkan bahwa ketersediaan energi untuk kebutuhan nasional dipenuhi
dengan meningkatkan eksplorasi sumber daya, potensi dan/atau cadangan energi, baik
dari jenis fosil maupun energi baru dan energi terbarukan (Peraturan Pemerintah, 2014).
Oleh karena itu untuk menghindari krisis energi minyak dimasa mendatang, diperlukan
upaya pemenuhan kebutuhan energi melalui eksplorasi, pemanfaatan sumber energi
alternatif dan efesien serta pengolahan minyak bumi yang ada secara maksimal. Selain
itu, dari segi masyrakat diperlukan adanya suatu tindakan penghematan penggunaan
bahan bakar minyak dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya membantu pemerintah untuk
mengurangi kadar polusi udara dan penghematan bahan bakar melalui penggunaan
transportasi pribadi secara efektif. Ataupun dengan penggunaan energi listrik secara
efesien. Dari segi masyarakat diperlukan adanya kesadaran diri akan hal tersebut, hal ini
dikarenakan cadangan sumber energi yang dimiliki semakin berkurang setiap tahunnya
yang tidak mampu diimbangi dengan pengolahan energi dengan baik.
Melihat kondisi tersebut, kita dituntut untuk melakukan inovasi dalam meningkatkan
efisiensi proses pengolahan minyak bumi yang berkualitas bernilai ekonomis tinggi
semaksimal mungkin. Salah satunya adalah melalui perengkahan minyak bumi
menggunakan katalis (catalytic cracking). Reaksi perengkahan katalitik adalah suatu
reaksi dimana terjadi pemutusan suatu molekul hidrokarbon yang besar menjadi molekul
hidrokarbon yang lebih kecil dengan menggunakan katalis (Sibarani,2012). Tujuan
teknologi perengkahan katalitik yang sekarang dikembangkan dilakukan untuk
memproduksi biofuel yaitu hidrokarbon yang berisi campuran berbagai fraksi gasoline,
kerosene dan diesel yang dapat digunakan sebagai bahan bakar (Ramya dan Sivakumar,
2010). Dalam perengkahan katalitik reaksi yang berlangsung dapat meliputi
dehidrogenasi, hidrogenasi, dan isomerisasi. Reaksi perengkahan ini biasanya dilakukan
pada suhu yang tinggi, yaitu antara 300– 500°C. Pada suhu yang lebih rendah,
katalis asam yang digunakan belum aktif, namun pada suhu yang lebih tinggi, katalis
juga sudah tidak aktif. Suhu yang tinggi menyebabkan reaksi yang terjadi adalah
perengkahan termal.
Beberapa faktor yang diketahui dapat mempengaruhi reaksi perengkahan katalitik
selain jenis katalis dan temperatur reaksi ialah rasio antara katalis dengan umpan atau
lebih dikenal sebagai rasio C/O (Catalyst/ Feed or Oil) yang digunakan (Ardianus,dkk.,
2013).Terdapat dua macam proses catalytic cracking dalam mengolah minyak bumi yaitu
menggunakan katalis natural dan sintetik katalis. Natural katalis diantaranya silikaalumina, bentonite-clay, alumunium hidrosilikat sedangkan sintetik katalitik diantaranya
sintetik silika-alumina, silika-magnesia, zeolite, karbon aktif dan komponen alkali (Kyaw
dan Hmwe, 2015). Dalam proses perengkahan katalitik, katalis yang digunakan adalah
katalis padat (heterogen). Beberapa jenis katalis yang digunakan dalam proses
perengkahan adalah Zeolit ZSM-5 – Al2O3 (Setiadi, dkk., 2006), Mordenite (Wijaya, dkk),
Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA (Sundaryono, dkk., 2015), Asam Sulfat (Nasikin, dkk., 2016)
dan beberapa jenis katalis lainnya. Tujuan penulisan artikel ini adalah untuk mengetahui
katalis yang paling efektif untuk catalytic cracking pada pembuatan bahan bakar minyak.
KARAKTERISASI KATALIS
Karakterisasi Katalis Zeolit X
Katalis yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan XRD (X-ray Diffraction) untuk
mengetahui jenis kristal zeolite. Proses XRD dijalankan dengan radiasi Cu-Kα yang
dioperasikan pada 40 kV dan 100 mA dengan rentang 10-100 (o2θ). Dari hasil analisis
XRD diketahui puncak mineral (2θ) dan intensitas mineral yang menunjukkan tingkat
kristalinitasnya (crystallinity). Jadi dapat dikatakan bahwa proses pembentukan kristal
tidak berjalan sempurna karena sedikitnya puncak Faujasit yang teridentifikasi dan
rendahnya intensitas. Hal ini dapat terjadi karena distribusi suhu yang tidak merata pada
saat proses hidrotermal yang merupakan proses pembentukan kristal zeolit. Jadi, dapat
dikatakan bahwa zeolit X yang ingin disintesis pada penelitian ini belum terbentuk secara
sempurna (Wahyudi, dkk., 2016).
Karakterisasi Katalis Cr/ZAA
Perengkahan katalis kemudian dikarketirisasi dengan cara analisa rasio Si/Al total
dengan menggunakan spektroskopi UV Vis. Uji keasaman dilakukan dengan
menggunakan basa piridin, keasaman katalis dibandingkan dengan keasaman zeolit alam
aktif yang telah dikalsinasi dan zeolit alam aktif yang telah dikalsinasi dan diembankan
logam Cr namun belum dioksidasi dan reduksi. Kandungan logam dalam katalis dianalisis
menggunakan spektroskopi serapan atom, dan hasilnya dibandingkan dengan
kandungan logam pada zeolit alam aktif (Trisunaryanti, 2012).
Karakterisasi Katalis Zeolit/nikel
Proses perengkahan katalitik dilakukan dengan sistem batch menggunakan rasio
katalis/umpan 10:30 w/w, 10:40 w/w dan 10:50 (w/w). Karakterisasi meliputi uji
pengukuran densitas, dan viskositas kinematik. Sedangkan untuk mengetahui
senyawa komponen penyusunnya dengan menggunakan Analysis Gas Chromathograph
Mass Spectrometry (GC-MS). Perlakuan yang sama dilakukan terhadap katalis/umpan
10:40 w/w dan 10:50 w/w (Andrianus, dkk., 2013).
Karakterisasi Katalis Zeolit Sintesis
Perengkahan berlangsung secara batch dalam reaktor tangki berpengaduk. Untuk
mengetahui konversi reaksi, maka dilakukan analisis kadar asam lemak dalam PFAD dan
produk reaksi. Selain itu, produk reaksi juga dianalisis menggunakan FTIR (Fourier
Transform Infra Red) untuk mengetahui perubahan gugus fungsi serta GCMS (Gas
Chromatography Mass Spectra) untuk mengetahui komponen yang terkandung dalam
produk (Yelmida,dkk., 2012).
HASIL KARAKTERISASI KATALIS
Katalis Zeolit X
Gambar 1. Grafik Perolehan Yield (%)
Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa yield yang dihasilkan semakin meningkat seiring
dengan meningkatnya suhu dan rasio katalis. Hal yang sama juga dikemukakan oleh
Houshmand dkk., (2013) bahwa dengan meningkatnya suhu maka semakin banyak ikatan
yang terputus sehingga produk semakin banyak, yield juga semakin meningkat. Pada
suhu 350oC dengan variasi rasio katalis, yield yang diperoleh kecil dibandingkan pada
suhu 400oC dan 450oC yang meningkat secara signifikan. Hal ini dikarenakan proses
perengkahan pada suhu yang lebih rendah menghasilkan produk wax yang tertinggal di
dalam reaktor yang terdiri dari parafin dan arang yang terkarbonisasi (Achilias dkk., 2007).
Pada variasi rasio katalis, yield yang diperoleh semakin tinggi seiring dengan
meningkatnya rasio katalis. Hal ini disebabkan karena semakin banyak jumlah katalis
yang ditambahkan maka akan meningkatkan laju reaksi pembentukan produk dengan
jalan menurunkan energi aktivasi. Banyaknya % katalis maksimum yang menghasilkan
yield adalah 1,5% dengan suhu 450o C. Sehingga dapat diketahui bahwa suhu paling
efektif adalah 450o C pada penggunaan katalis X untuk membentuk bensin.
Katalis Cr/Zeolit
Perengkahan dengan menggunakan katalis Cr/Zeolit pada suhu 450oC dengan variasi
rasio katalis/umpan 1/1, ½, 1/3, ¼ (b/b).
Gambar.2 Pengaruh rasio katalis dengan waktu perengkahan 60 menit
Hasil dari perengkahan selama 60 menit ditampilkan pada gambar 2. Konversi fraksi
bensin tertinggi dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/3 sebesar 53,27% dan konversi fraksi
bensin terendah dicapai oleh rasio katalis/umpan 1/1 sebesar 28,34%. Urutan rasio
katalis/umpan yang menghasilkan konversi fraksi bensin pada perengkahan selama 60
menit adalah 1/3 > ¼ > ½ > 1/1. Konversi fraksi bensin untuk rasio katalis/umpan ¼ sedikit
lebih kecil dibanding konversi fraksi bensin rasio katalis/umpan 1/3, hal ini disebabkan
karena rasio katalis/umpan 1/3 merupakan rasio yang paling optimal pada waktu
perengkahan 60 menit, sehingga jika katalis yang digunakan lebih sedikit akan
mengurangi konversi fraksi bensin karena reaksi perengkahan lebih lambat, sedangkan
jika katalis yang digunakan lebih banyak dari rasio katalis/umpan 1/3 maka reaksi
perengkahan akan berlebihan akibatnya menghasilkan fraksi gas yang berlebihan. Rasio
katalis/umpan 1/3 dengan waktu perengkahan 60 menit adalah kondisi optimal dari
seluruh percobaan ini, karena dihasilkan konversi yang paling besar dengan
pembentukan kokas yang relatif sedikit yaitu 2,67% (Trisunaryanti, 2012). Semakin tinggi
temperatur maka produk cairan yang dihasilkan semakin tinggi. Katalis berpengaruh
terhadap produk cairan yang dihasilkan dimana semakin banyak jumlah katalis yang
digunakan, maka produk yang dihasilkan juga semakin banyak (Wijaya, dkk., 2014).
Katalis Zeolit/nikel
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa perengkahan minyak
jelantah menggunakan katalis zeolit/nikel terbaik adalah produk dengan rasio 10:40 w/w
yang ditunjukkan dengan kelimpahan (%) dari senyawa pentadekana dan nonana yang
dihasilkan lebih besar dari kedua jenis variasi lainnya. Produk perengkahan yang
dihasilkan memiliki tampilan warna kuning bening dan bau yang tajam dengan jumlah
(massa) yang diperoleh dari proses perengkahan katalitik untuk setiap rasio katalis/umpan
menghasilkan % yield berturut-turut sebesar 46,75 %; 37,75 % dan 47,8 %. Sementara
hasil uji pembakaran menunjukkan bahwa hasil pembakaran produk perengkahan minyak
jelantah pada masing-masing produk menghasilkan sedikit asap dibandingkan nyala api
yang dihasilkan oleh bahan bakar solar.
Tabel.1 Hasil analisis GSA katalis Zeolit/nikel
LPS
123,324
Data Analisis GSA
VTP
113,9
RJP
36,939
Keterangan :
LPS (Luas Permukaan Spesifik)
VTP (Volume Total Pori)
RJP (Rata-rata Jari Pori)
Besar kecilnya berat molekul senyawa yang dihasilkan salah satunya dipengaruhi oleh
rata-rata jari pori (RJP) dari katalis dan menentukan efektivitas katalis yang digunakan.
Semakin besar nilai RJP katalis yang digunakan dalam perengkahan maka kemungkinan
senyawa dengan berat molekul besar untuk lolos dan tidak terfragmentasi juga semakin
besar dan demikian pula sebaliknya. Tabel 1 menunjukkan nilai RJP katalis yang
digunakan sebesar 36,939 Å atau lebih besar dari nilai RJP katalis yang digunakan oleh
Septiansyah (2011) yaitu sebesar 12,588 Å dan Hassanudin dkk (2003) sebesar 11,6 Å
dengan konversi produk perengkahan minyak jelantah didominasi senyawa fraksi C8-C9
(fraksi bensin). Sehingga dapat dikatakan bahwa katalis yang digunakan kurang efektif
sebagai katalis perengkahan menjadi fraksi bensin tetapi cukup efektif sebagai katalis
perengkahan untuk konversi fraksi solar (C10-C20) (Andrianus,dkk., 2013).
Katalis Zeolit Sintesis
Produk hasil perengkahan dengan katalis zeolit sintesis dikarakterisasi dengan FTIR
dan dapat diketahui perubahan yang terjadi pada gugus fungsi produk tersebut. Gugus
karbonil untuk hasil perengkahan dapat berupa karbonil dari keton atau ester. Untuk
menganalisis produk perengkahan, analisis selanjutnya dilakukan menggunakan GCMS.
Gambar 3. Kromatogram produk pada suhu 280 C dan waktu 100 menit
Analisis GCMS digunakan untuk identifikasi jenis senyawa karbonil. Hasil kromatogram
GC untuk konversi reaksi terbesar pada suhu 280oC dan waktu reaksi 100 menit dapat
dilihat pada Gambar 3. Dari hasil kromatogram produk pada suhu 280oC dan waktu 100
menit yang ditampilkan pada Gambar 3, terdapat 6 senyawa dengan waktu retensi
24,492; 25,775; 26,092; 26,258; 26,342, dan 27,675 detik. Untuk mengidentifikasi keenam
senyawa yang terbentuk pada masing-masing waktu retensi, dapat diketahui dari hasil
spektrum massanya. Berdasarkan hasil analisis menggunakan FTIR dan GCMS dapat
diketahui bahwa proses perengkahan PFAD tidak menghasilkan biofuel. Senyawa yang
terbentuk berupa tridecanoic acid (C13H26NO2), Cholest-8-en-3-ol (C28H48O) dan Metil vinil
keton (C4H6O).
Dari keempat katalis tersebut dapat diketahui bahwa setiap katalis memiliki
karakteristik tersendiri dalam menghasilkan bensin. Katalis-katalis tersebut kemungkinan
mampu menghasilkan perengkahan dengan rantai lebih panjang apabila katalis tersebut
dimodifikasi dengan katalis lain. Sehingga jenis bahan bakar minyak yang dihasilkan lebih
bermutu tinggi. Jenis katalis yang paling efektif menghasilkan fraksi bensi adalah Cr/Zeolit
dengan fraksi bensin sebesar 82,11%.
KESIMPULAN
Rasio katalis/umpan yang terlalu tinggi (penggunaan katalis yang berlebihan) pada
proses perengkahan fraksi minyak dapat mengakibatkan terjadinya reaksi perengkahan
sekunder sehingga banyak menghasilkan fraksi gas. Waktu perengkahan yang terlalu
lama dapat mengakibatkan terbentuknya senyawa hidrokarbon dengan jumlah atom C
yang relatif lebih besar dibandingkan dengan fraksi bensin. Jenis katalis yang paling
efektif menghasilkan fraksi bensi adalah Cr/Zeolit dengan fraksi bensin sebesar 82,11%.
DAFTAR PUSTAKA
Ardianus,dkk., 2013. Optimasi Reaksi Perengkahan Minyak Jelantah Menggunakan
Katalis Zeolit/Nikel. Progam Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas
Tanjungpura. Pontianak.
Achilias, D. S., Roupakias, C., Megalokonomos, P., Lappas, A. A., Antonakou,
E. V, 2007. Chemical recycling of plastic wastes made from polyethylene (LDPE
and HDPE) and polypropylene (PP), Journal of Hazardous Materials, 149, 536 –
542
Badan Pusat Statistik diakses melalui www.bps.go.id pada15 Oktober 2017 pukul
10.34 WIB.
Buchori, Luqman , ddk., 2010. Pembuatan Bahan Bakar Cair dari Tremboso (Sisa
Sadapan Lateks) Menggunakan Katalis Zeolit HY dan ZSM-5. Seminar
Rekayasa Kimia dan Proses. Jurusan Tekni Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Diponegoro. Semarang.
Dudley, B. 2014. BP Statistical Review of World Energy June 2015. diakses pada 15
Oktober 2017.
Hasanudin dan Nugrahaningtyas, K.D., 2003. Hidrogenasi dan Perengkahan Katalitik
TIR Batubara dengan Katalis Cr/Zeolit Alam. Alchemy., Vol.2 (1), 24-33.
Kyaw, K. T. and C.S. Hmwe. 2015. Effect of Various Catalyst on Fuel Oil Pyrolisis
Process of Mixed Plastic Waste. International Journal of Advance in Engineering
and Technology 8(5) : 794-802.
Ramya G dan Sivakumar T. 2010. Fixed bed catalytic cracking of non-edible oilsusing
zeolites for the production of biofuel. Bull the Catalysis Society of India. (9): 1 -11
.
Septiansyah, Sy.I. 2011. Modifikasi Ni-Zeolit dan Sifat Katalitik Perengkahan Terhadap
Minyak Jelantah. Universitas Tanjungpura, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Pontianak. Skripsi.
Setiadi dan Benny A.W, 2006. Kinerja Katalis Zeolit Sintetik ZSM-5 – Al2O3 dalam
Reaksi Perengkahan Minyak Sawit Menjadi Hidrokarbon Fraksi Gasoline.
Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia, Universitas Indonesia. Depok.
Sibarani, Kezia, L, 2012. Preparasi, Karakterisasi, dan Uji Aktifitas Katalis Ni-Cr/Zeolit
Alam Pada Proses Perengkahan Limbah Plastik Menjadi Fraksi Bensin. Skripsi.
Universitas Indonesia. Depok.
Sundaryono, Agus, dkk., 2015. Perengkahan Katalitik Metil ester dari Minyak Limbah
Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit dengan Katalis Cr/Mo/HZA dan Ni/Mo/HZA.
Jurnal Teknologi Industri Pertanian. Universitas Beengkulu. Kota Bengkulu.
Trisunaryati, Wega, 2012. Optimasi Waktu dan Rasio Katalis/umpan pada Proses
Perengkahan Katalitik Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin
Menggunakan Katalis Cr/Zeolit Alam. Indonesian Jurnal of Chemistry. Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan IPA, Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Wahyudi,Ekki, dkk., 2016. Pengolahan Sampah Plastik Polipropilena (PP) Menjadi
Bahan Bakar Minyak dengan Metode Perengkahan Katalitik Menggunakan
Katalis Sintesis. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. Jurusan Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Riau. Pekanbaru.
Wijaya, Ardi, dkk., 2014. Pemanfaatan Oli Bekas Sebagai Bahan Baku Peembuatan
Bahan Bakar Cair (BBC) dengan Metode Catalytic Cracking Menggunakan
Katalis Mordenite. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Diponegoro. Semarang
Yelmida,dkk., 2012. Perengkahan PFAD (Palm Fatty Acid Distillate) dengan Katalis
Zeolit Sintesis Untuk Menghasilkan Biofuel. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Riau. Pekanbaru.