I.1 Latar Belakang
Bahan bakar yang berasal dari minyak bumi yang dikenal sebagai fossil fuel merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dalam waktu yang cepat.
Penggunaan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi di seluruh dunia mayoritas untuk kepentingan transportasi dan industri. Sementara krisis bahan bakar sudah terjadi sejak akhir tahun 1970, sehingga awal tahun 1980 mulai dipikirkan mengenai kemungkinan habisnya cadangan bahan bakar yang bersumber dari minyak bumi (bahan bakar fossil). Penggunaan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi banyak menghasilkan senyawa polutan yang relatif berbahaya seperti adanya NOx, SOx, Pb, CO dan senyawa partikulat. Senyawa seperti NOx, SOx dapat menyebabkan hujan asam sehingga berakibat rusaknya bangunan dan bahan- bahan yang terbuat dari logam. Sementara polutan Pb dan CO bersifat racun (toxic) jika berada dalam tubuh manusia melalui pernafasan dan makanan. Banyak penelitian yang bersifat eksploratif untuk mendapatkan sumber bahan bakar alternatif yang bersifat terbarukan (renewable resources fuel) (Knothe et al., 1997).
Banyak penelitian yang mengamati perubahan minyak sawit menjadi biosolar melalui transesterifikasi, tetapi di Indonesia penggunaan biosolar tersebut masih dicampur dengan solar dengan perbandingan tertentu. Biosolar yang berasal dari minyak sawit tersebut hanya bersifat menambah kekurangan solar yang diakibatkan semakin banyaknya transportasi yang berkembang di Indonesia. Dilain pihak, gasoline atau (bahan bakar bensin) untuk kendaraan sepeda motor dan mobil secara nyata yang ada di masyarakat belum ada penggantinya. Sehingga banyak peneliti melakukan penelitian untuk mencari pengganti bahan bakar atau untuk menambah kekurangan bahan bakar bensin. Menurut Twaiq dan Bhatia (2001), minyak sawit dapat dikonversi menjadi biogasoline dengan menggunakan katalis zeolit β dan zeolit Y (USY). Konversi minyak sawit menjadi biogasoline tersebut dapat menghasilkan 28 % berat. Konversi minyak sawit tersebut dilakukan via transesterifikasi terlebih dahulu sehingga terjadi perubahan dari ikatan trigliserida menjadi monogliserida yang lebih sederhana, sehingga terjadi penurunan titik didih.
1
Menurut Sang (2003), perengkahan katalitik dari minyak sawit menjadi senyawa fraksi gasoline pernah dilakukan dengan katalis zeolit jenis ZSM-5/MCM-41 dan reaktor fixed bed yang dioperasikan pada temperatur 450 oC. Pengamatan dilakukan dengan memilah hasil proses perengkahan secara katalitik. Hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa pada dasarnya organic liquid product (OLP) didefinisikan menjadi 3 rentang titik didih, yaitu fraksi gasoline (333-453 K), kerosine (393-453 K) dan solar (453-473 K).
Perengkahan secara katalitik dari minyak sawit menjadi biogasoline (senyawa hidrokarbon) cair juga telah dipelajari oleh Twaiq et al (2003) dan Sang (2003) dengan mengamati penggunaan mesopori molekuler sieve dari katalis MCM- 41. Hasil pengamatan material mesopori MCM-41 yang berisifat molekuler sieve sangat selektif terhadap pembentukan produk hidrokarbon linier. Kesimpulan dari penelitian tersebut bahwa konversi minyak sawit menjadi gasoline menunjukkan selektivitas naik dimana selektivitas pembentukan diesel menurun. Konversi katalitik minyak sawit menjadi biogasoline juga telah diteliti oleh Twaiq dan Bhatia (2001).
Hasil penelitian tersebut menunujukkan bahwa konversi katalitik dengan katalis HZSM-5, mempunyai kinerja terbaik yakni menghasilkan 28,3 % berat senyawa gasoline dan 27 % senyawa aromatik. Sementara Sang (2003) telah mempelajari proses perengkahan secara katalitik minyak sawit menjadi biogasoline dengan katalis HZSM-5 mikropori, MCM-41 mesopori dan komposit dari zeolit mikromesopori. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa ukuran pori yang medium (0,54 nm) dari katalis zeolit HZSM-5 dengan keasaman yang rendah (0,55 mmol NH3) serta pada rasio Si/Al 50 memberikan hasil yang paling baik dalam produk gasoline dan benzena, toluena serta xylena (BTX). Hasil penelitian yang diperoleh menyebutkan bahwa konversi minyak sawit menjadi biogasoline diperoleh maksimum 48 % berat dari reaksi menggunakan katalis komposit zeolit mikromesopori.
Keberadaan minyak sawit di Indonesia cukup melimpah seperti di Sumatra, Kalimantan dan Papua sehingga perlu adanya rekayasa penelitian untuk mengkonversi minyak sawit menjadi bahan bakar biogasoline sebagai pengganti bensin yang berasal dari bahan bakar fossil. Penelitian dalam memperoleh biogasoline pada umumnya digunakan umpan minyak sawit dan katalis MCM-41, HZSM-5, zeolit mikromeso pori, zeolit β dan USY digunakan secara langsung dalam
reaktor fixed bed. Penelitian konversi metil oleat sebagai model dari minyak sawit, secara sekuensial menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek (< C12) belum pernah dilakukan oleh para peneliti; oleh karena itu peneliti tertarik mempelajari konversi metil oleat secara sekuensial sehingga dihasilkan 1-oktadekanol, 1- oktadekanol dikonversi menjadi 1-oktadekena dan konversi 1-oktadekena menjadi senyawa alkana dan alkena rantai yang lebih pendek (< C12). Konversi dilakukan dengan reaktor fixed bed dan menggunakan katalis ZSiA dan Ni/ZSiA sambil dialiri hydrogen, yang dioperasikan pada temperatur 400 hingga 500 oC serta melawan tekanan 1 atm.
I.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian hasil penelitian dari sejumlah peneliti dapat disimpulkan bahwa, bahan bakar biogasoline dapat diproduksi dari senyawa minyak sawit secara katalitik dengan reaktor fixed bed pada temperatur berkisar 400 oC. Sementara oleat merupakan salah satu komponen yang utama dalam minyak sawit, oleh karena itu perlu dipelajari proses sekuensial perubahan dari metil oleat menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek ( < C12) melalui konversi metil oleat menjadi 1- oktadekanol, kemudian 1-oktadekanol menjadi 1-oktadekena dan perubahan 1- oktadekena menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek ( < C12). Dengan demikian, permasalahan dalam penelitian ini dibagi menjadi dua, yaitu permasalahan umum dan permasalahan khusus.
1. Permasalahan umum :
a. Hidrokarbon rantai pendek dapat diperoleh dari bahan dasar minyak sawit melalui tahap reaksi konversi minyak sawit menjadi metil ester, kemudian dilanjutkan konversi metil ester menjadi alkohol dan konversi alkohol rantai panjang menjadi senyawa alkena serta konversi alkena menjadi alkana (hidrokarbon) rantai pendek. Mengingat komposisi terbesar dalam minyak sawit adalah palmitat (43 – 46 %) dan oleat (37 – 41 %) maka masalah utama dalam pemanfaatan minyak sawit sebagai biodiesel dan biogasoline adalah konversi secara berturutan palmitat dan atau oleat menjadi hidrokarbon.
b. Walaupun penelitian konversi minyak sawit menjadi biofuel sudah dilakukan sejumlah peneliti tetapi secara umum penelitian tersebut terfokus pada konversi minyak sawit alami secara langsung sebagai bahan dasar dikonversi menjadi biodiesel atau biogasoline. Penelitian fundamental terkait dengan konversi palmitat dan/atau oleat sebagai komponen penyusun utama dalam minyak sawit belum pernah dilakukan secara sistematik.
c. Zeolit banyak digunakan sebagai katalis dalam proses perengkahan khususnya pada perengkahan minyak bumi menjadi hidrokarbon (Satterfield, 1982). Penelitian terhadap peran katalis zeolit (yang telah diberi perlakuan) dalam reaksi konversi oleat menjadi senyawa hidrokarbon belum pernah dilakukan sehingga perlu dipelajari lebih lanjut.
2. Permasalahan khusus;
a. Konversi ester dari suatu asam lemak dapat dilakukan melalui hidrogenasi katalitik dengan menggunakan katalis ZSiA (zeolit alam yang diberi perlakuan impregnasi Si dari natrium silikat dan perlakuan asam), sehingga perlu pengamatan terhadap kinerja katalis ZSiA pada hidrogenasi katalitik metil 9-oktadekenoat menjadi senyawa alkohol (1-oktadekanol).
b. Proses termal pada temperatur yang relatif tinggi dari suatu senyawa alkohol rantai panjang pada umumnya cukup mampu untuk melangsungkan proses dehidrasi, sehingga perlu dilakukan pengamatan lebih lanjut terhadap proses hidrogenasi 1-oktadekanol menjadi 1-oktadekena menggunakan katalis ZSiA.
c. Hidrorengkah suatu alkena pada umumnya digunakan katalis logam, dan penggunaan zeolit sebagai katalis pada umumnya untuk reaksi perengkahan dari suatu parafin, sehingga penggunaan katalis Ni/ZSiA dalam reaksi hidrorengkah 1-oktadekena perlu penelitian yang lebih mendalam dalam reaksi hidrorengkah 1-oktadekena.
d. Aktivitas dan selektivitas katalis dipengaruhi beberapa faktor seperti temperatur dan laju alir hidrogen sebagai gas pembawa, sehingga dalam penelitian ini perlu dipelajari pengaruh laju alir hidrogen terhadap aktivitas dan selektivitas katalis Ni/ZSiA dalam reaksi hidrorengkah 1-oktadekena menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek.
I.3 Keaslian dan Kedalaman Penelitian
Penelitian konversi minyak sawit menjadi biodiesel atau biogasoline telah banyak dilakukan sejumlah peneliti seperti yang dilakukan Twaiq dan Bhatia (2001);
Twaiq et al. (2003); Sang (2003); Ooi (2004). Hasil penelitian sejumlah peneliti mengatakan bahwa hasil konversi secara katalitik minyak sawit menjadi biogasoline mencapai 30 hingga 48 % berat. Katalis yang digunakan dalam konversi minyak sawit menjadi biogasoline adalah MCM-41, HZSM-5, zeolit β dan zeolit ultrastable Y (USY) serta menggunakan reaktor fixed bed. Penelitian konversi minyak sawit menjadi biofuel (biodiesel atau biogasoline) tersebut terfokus pada konversi minyak sawit alami secara langsung sebagai bahan dasar. Penelitian yang terkait dengan konversi sekuensial oleat sebagai komponen penyusun utama dalam minyak sawit menjadi alkana dan alkena rantai pendek ( < C12) belum pernah dilakukan secara sistematik.
Peneliti tertarik untuk melakukan penelitian dalam topik konversi minyak sawit menjadi senyawa biogasoline (senyawa alkana rantai pendek) secara sekuensial.
Untuk keperluan itu, maka dalam penelitian ini digunakan senyawa murni sebagai model tahapan reaksi. Tahapan reaksi tersebut adalah sebagai berikut :
1. Hidrogenasi katalitik metil 9-oktadekenoat menjadi 1-oktadekanol sebagai produk utama dengan katalis ZSiA dan reaktor sistem fixed bed.
2. Hidrogenasi katalitik 1-oktadekanol menjadi 1-oktadekena dengan katalis ZSiA dalam reaktor sistem fixed bed.
3. Reaksi hidrorengkah senyawa 1-oktadekena dengan katalis Ni/ZSiA sehingga menghasilkan senyawa alkana dan alkena rantai pendek (< C12).
.
I.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan uraian dalam latar belakang dan permasalahan di atas maka tujuan penelitian dibagi menjadi 2, yaitu;
1. Tujuan umum
a. Mempelajari reaksi hidrorengkah katalitik senyawa 1-oktadekena dengan katalis Ni/ZSiA dalam reaktor sistem fixed bed sehingga diperoleh senyawa alkana dan alkena rantai yang lebih pendek.
b. Mempelajari tahapan reaksi konversi asam oleat yang merupakan salah satu komponen utama dalam minyak sawit menjadi senyawa 1-oktadekanol, reaksi senyawa 1-oktadekanol menjadi 1-oktadekena serta reaksi katalitik 1- oktadekena menjadi senyawa alkana dan alkena rantai lebih pendek.
2. Tujuan khusus
a. Studi konversi metil 9-oktadekenoat menjadi 1-oktadekanol dengan mempelajari kinerja katalis ZSiA dalam reaksi hidrogenasi katalitik metil 9- oktadekenoat menjadi 1-oktadekanol pada pemakaian katalis 5, 10 dan 15 gram pada laju alir hidrogen 20, 40 dan 60 mL/menit.
b. Studi konversi 1-oktadekanol menjadi 1-oktadekena pada variasi temperatur reaksi (400, 450 dan 500 oC) dan laju alir hidrogen (5, 10 dan 15 mL/menit).
c. Studi konversi 1-oktadekena menjadi senyawa alkana dan alkena rantai lebih pendek atau sama dengan C12 (< C12)serta mempelajari mekanisme reaksi hidrorengkah katalitik 1-oktadekena dengan katalis Ni/ZSiA.
d. Merancang suatu proses konversi terintegrasi dari metil ester minyak sawit (MEPO) menjadi senyawa rantai pendek berdasarkan hasil yang diperoleh dalam studi (a), studi (b) dan studi (c).
I.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini dibedakan menjadi 2, yaitu : 1. Manfaat dibidang keilmuan, yaitu
a. diperoleh tahapan reaksi konversi metil oleat menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek.
b. diperoleh perkiraan mekanisme reaksi konversi metil oleat secara sekuensial menjadi senyawa alkana dan alkena rantai pendek.
2. Manfaat bagi pembangunan, yaitu
a. membantu pemerintah dalam mengatasi kesulitan dalam memperoleh sumber bahan bakar baru dan terbarukan.
