BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN PERUMUSAN

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN PERUMUSAN HIPOTESIS
II. 1 Tinjauan Pustaka
II.1.1 Biodiesel dan green diesel
Biodiesel dan green diesel merupakan bahan bakar untuk mesin diesel yang
diperoleh dari minyak nabati atau lemak hewan. Biodiesel dengan green diesel
memiliki persamaan yaitu keduanya berasal dari minyak nabati atau lemak hewani
namun proses pembuatan maupun hasil produknya memiliki karateristik yang
sangat berbeda. Proses pembuatan green diesel dan biodiesel ditunjukkan pada
Gambar II.1.
Gambar 1. Flow
minyak nabati/lemak
hewan
menjadi produk
untuk menjadi
bahan bakar
mesin
Gambar
II.1 chart
Flowtransformasi
chart transformasi
minyak
nabati/lemak
hewan
produk
di
jjjjuntuk bahan bakar mesin diesel
Minyak nabati maupun lemak hewani menghasilkan produk biodiesel dengan
melakukan proses transesterifikasi trigliserida minyak nabati dan diperoleh
senyawa metil ester serta griserol. Minyak nabati ataupun lemak hewan
menghasilkan produk green diesel melalui reaksi hidrodeoksigenasi dengan
kehadiran katalis dan gas hidrogen. Hasil samping dari reaksi hidrodeoksigenasi
menghasilkan gas propana, air maupun gas CO2. Biodiesel maupun green diesel
memiliki kandungan senyawa yang berbeda akan tetapi dapat digunakan sebagai
bahan bakar untuk mesin diesel (Knothe, 2010).
1
2
Biodiesel
Biodiesel merupakan monoalkil ester dari asam lemak rantai atom C
panjang yang diperoleh dari senyawa – senyawa trigliserida minyak nabati, minyak
hewan ataupun minyak goreng bekas. Reaksi yang terlibat pada proses pembuatan
biodiesel dari trigliserida minyak nabati adalah reaksi transesterifikasi yang
disajikan pada Gambar II.2.
Gambar II.2 Reaksi transesterifikasi trigliserida minyak nabati
Dalam reaksi transesterifikasi, trigliserida bereaksi bersama alkohol dengan
bantuan katalis membentuk senyawa ester. Penggunaan metanol sebagai reaktan
akan diperoleh produk yang dikenal sebagai Fatty Acid Methyl Ester (FAME).
Biodiesel memiliki kelemahan di antaranya nilai FFA yang tinggi dapat
mempengaruhi katalis basa pada proses transesterifikasi minyak nabati menjadi
biodiesel, kehadiran gliserol dapat menyebabkan produk biodiesel tidak stabil,
memiliki stabilitas termal dan oksidasi rendah, dan biodiesel dapat bercampur
dengan sebagian air. Kehadiran air dalam biodiesel dapat mengakibatkan terjadinya
degradasi menghasilkan asam yang dapat menyebabkan korosi pada alat injeksi
bahan bakar (Kordulis, et al., 2016; Banga dan Varshney, 2010).
Green diesel
Green diesel merupakan campuran beberapa senyawa hidrokarbon fraksi
bahan bakar mesin diesel yang diperoleh dari hasil proses hydrotreating katalitik
senyawa trigliserida pada minyak nabati dengan gas hidrogen. Green diesel
memiliki sifat stabilitas termal dan oksidasi yang sangat baik. Pada Gambar II.3
menunjukkan reaksi yang terjadi pada proses pembuatan green diesel dari minyak
nabati (Liu, et al., 2011; Kordulis, et al., 2016).
3
Gambar II.3 Reaksi hidrogenasi dan deoksigenasi ada trigliserida minyak nabati
Karakter sifat fisik pada produk green diesel memiliki karakter seperti
produk bahan bakar mesin diesel yang disajikan pada Tabel II.1 (Kussuryani dan
Siregar, 2010).
Tabel II.1 Sifat fisik dan kimia bahan bakar mesin diesel
No
1
2
3
4
5
6
Parameter
Densitas (kg/m )
Viskositas kinematic (cSt)
Titik beku (oC)
Titik nyala (oC)
Kadar sulfur (%)
Angka asam (mg KOH/g)
3
Nilai
0,815 – 0,870
1,9 – 4,1
Max 18
Min 52
< 0,05
< 0,6
II.1.2 Minyak kemiri sunan
Kemiri sunan (Aleurites trisperma) merupakan salah satu tanaman nonpangan yang memiliki potensi sebagai pengganti bahan bakar yang bersumber dari
minyak bumi dan juga memiliki harapan menjadi salah satu alternatif rehabilitasi
lahan maupun pengembangan kehutanan dan perkebunan yang ramah lingkungan
(Aunilla dan Pranowo, 2012). Minyak kemiri sunan diperoleh melalui pengepresan
serta ekstraksi dengan pelarut organik pada kernel kemiri sunan. Perolehan kernel
didapat dari pengupasan buah kemiri sunan yang ditunjukkan pada Gambar II.4.
Gambar II.4 a) Buah kemiri sunan, b) Cangkang, c) Biji, d) Kernel
4
Pengepresan serta ekstraksi dengan heksana pada kernel kemiri sunan
diperoleh total sekitar 62% (Martin, et al., 2010). Aunilla dan Pranowo (2012)
menjelaskan bahwa rendemen dan kualitas ataupun karakter dari minyak kemiri
sunan dapat berbeda-beda dipengaruhi oleh faktor genetik dan lingkungan.
Ketidakjenuhan minyak kemiri sunan yang tinggi berasal dari tingginya
kandungan komponen asam lemak tak jenuh. Penelitian yang dilakukan oleh
Holilah, et.al. (2015) menerangkan bahwa komponen asam lemak pada minyak
kemiri sunan memiliki kandungan asam oleat yang cukup tinggi setelah asam
palmitat dan asam stearat sebesar yang ditunjukkan pada Tabel II.1.
Tabel II.2 Komponen asam lemak penyusun minyak kemiri sunan
C16:0
C16:1
C18:0
C18:1
C18:2
C18:3
C20:0
C20:1
Asam Lemak
Asam Palmitat
Asam Palmitoleate
Asam Stearat
Asam Oleat
Asam Linoleat
Asam Linolenat
Asam Arakidat
Asam Eikosenoat
Kadar (%)
22,92
0,33
21,95
30,16
13,60
1,8
0,31
0,79
Komponen asam lemak tak jenuh terdiri atas asam oleat, asam linoleat, asam
linoleat, asam palmitoleat dan asam eikosenoat. Kandungan asam lemak tak jenuh
dalam jumlah besar pada minyak kemiri sunan menunjukkan nilai bilangan iod
yang tinggi (Kumar, et al., 2015).
II.1.3 Katalis CoMo/γ-Al2O3
Katalis merupakan suatu material yang digunakan untuk mempercepat
reaksi kimia dan tidak mengurangi konsentrasinya setelah bereaksi habis. Katalis
ikut bereaksi dengan reaktan sehingga mengalami perubahan struktur kimia. Katalis
mengalami perubahan kembali seperti semula setelah produk terbentuk. Jenis
katalis yang banyak dikembangkan dalam industri kimia maupun industri
petrokimia adalah katalis heterogen (Rothenberg, 2008). Katalis CoMo/γ-Al2O3
merupakan katalis heterogen yang umum digunakan sebagai katalis hydrotreating
terdiri dari logam Co, Mo dan material mesopori γ-Al2O3.
5
Logam Mo merupakan logam aktif katalis yang memiliki peran aktif dalam
reaksi penjenuhan senyawa olefin serta melindungi katalis dari keracunan
(Alsobaai, et al., 2006). Skema reaksi penjenuhan ikatan rangkap permukaan katalis
ditunjukkan pada Gambar II.5 (Hagen, 2006).
Gambar
Skema reaksi
penjenuhan
ikatan rangkap
permukaan
Gambar
II.52. Skema
reaksi
penjenuhan
ikatan pada
rangkap
padakatalis
permukaan katalis
Logam Co bertindak sebagai promotor yang dapat meningkatkan aktivitas,
selektivitas serta efek stabilitas (Alsobaai, et al., 2006). Material mesoporus γAl2O3 memiliki potensi besar sebagai pengemban untuk mendispersikan logam
aktif dan digunakan untuk proses katalitik. Pengemban γ-Al2O3 juga memiliki situs
asam untuk inisiasi mekanisme reaksi ion karbonium pada reaksi perengkahan
selama proses hydrotreating. Pengemban γ-Al2O3 memiliki sifat stabilitas mekanik
dan termal sangat baik serta sangat luas penggunaannya dalam dunia katalis. γAl2O3 memiliki luas permukaan yang besar (50 – 300 m2g-1) serta volume pori
sekitar 0,6 cm3g-1. Ukuran pori γ-Al2O3 dapat dimasuki oleh molekul organik besar
seperti trigliserida menuju situs aktif dalam pori. Struktur 3D trigliserida yang
tersusun atas komponen asam lemak palmitat dan asam oleat ditunjukkan pada
gambar II.6 (Nasikin, et al., 2009; Chorkendorff dan Niemantsverdriet, 2007).
6
30 – 45 Å
5,3 – 7,4 Å
o
Gambar 3.molekul
Struktur molekul
3D trigliserida
terdiri dari
asam
oleatoleat
dan asam
Gambar II.6 Struktur
3D trigliserida
tersusun
dari
asam
dan asam
palmitat
K.palmitat
Gambar
II.7 Mekanisme
HDOmelalui
2-etilkatalis
fenolMoS
melalui
Gambar
4. Mekanisme
HDO 2-etil fenol
2
katalis MoS2
Katalis yang digunakan untuk proses hydrotreating baik digunakan pada
konsentrasi untuk logam aktif Mo dan promotor Co dalam pengemban alumina
sebesar 8-15%(b/b) untuk logam aktif Mo dan 1-4%(b/b) untuk promotor Co
(Nasikin, et al., 2009). Katalis CoMo/γ-Al2O3 memiliki aktivitas katalitik
hidrodeoksigenasi yang tinggi setelah diaktivasi dengan metode presulfidasi.
7
Reaksi hidrodeoksigenasi melalui katalis pada spesies aktif MoS2 terhadap 2-etil
fenol disajikan pada Gambar II.7. Oksigen dalam molekul substrat menempati situs
aktif pada katalis MoS2. Gugus S-H terdapat pada bagian ujung rantai ataupun
gugus S-H terbentuk setelah gas H2 bereaksi dengan katalis. Donasi proton terjadi
dari sulfur menuju molekul substrat dan membentuk karbokation. Senyawa hasil
deoksigenasi terbentuk dan oksigen terikat dengan Mo di dalam katalis yang
kemudian membentuk senyawa H2O (Romero, et al., 2010).
II.1.4 Hydrotreating
Hydrotreating merupakan proses pemberian gas hidrogen terhadap minyak
bumi maupun minyak dari tumbuhan yang bertujuan untuk menghilangkan atom –
atom heterogen (sulfur, nitrogen, oksigen) serta penjenuhan ikatan rangkap antar
atom karbon dengan menggunakan katalis hydrotreating (Chorkendorff dan
Niemantsverdriet, 2007). Proses hydrotreating trigliserida minyak dari tumbuhan
melalui katalis hydrotreating dengan kehadiran gas hidrogen melibatkan reaksi
yang kompleks terdiri atas deCO2, deCO, HDO, reaksi adisi, cracking, isomerisasi,
dan siklisasi ditunjukkan pada Gambar II.6. Reaksi dekarboksilasi, dekarbonilasi,
serta HDO menunjukkan proses penghilangan atom oksigen atau disebut dengan
reaksi deoksigenasi (Veriansyah, et al., 2011). Senyawa hidrokarbon n-alkana
diperoleh melalui konversi trigliserida melibatkan reaksi hidrogenasi ikatan
rangkap pada rantai alkil asam lemak, hidrogenolisis trigliserida jenuh menjadi
asam lemak dan selanjutnya mengalami reaksi HDO, deCO2, dan deCO pada asam
lemak (Peng, 2012).
8
Adisi
Trigliserida
Asam lemak bebas
Trigliserida jenuh
Dekarbonilasi
n : nomor ganjil
x,y,z : nomor ikatan rangkap
= : ikatan rangkap 2
- : ikatan tunggal
Aromatik
Siklisasi
Isomerisasi
Perengkahan
Isomerisasisi
Gambar II.8 Reaksi yang terlibat pada proses hydrotreating
Pada reaksi HDO terjadi eliminasi atom oksigen yang kemudian
membentuk molekul H2O sebagai produk samping. Produk alkana yang diperoleh
memiliki jumlah atom karbon yang sama (Cn) terhadap jumlah atom C pada rantai
asam lemak. Reaksi deCO merupakan reaksi penghilangan atom oksigen pada asam
lemak dan membentuk molekul H2O dan CO sebagai produk samping sedangkan
reaksi deCO2 adalah reaksi yang terjadi proses pelepasan atom oksigen yang
kemudian membentuk molekul CO2. Produk alkana yang diperoleh pada reaksi
deCO dan deCO2 memiliki atom karbon kurang satu (Cn-1) terhadap atom C pada
rantai asam lemak. Reaksi HDO serta reaksi deCO2 dan deCO terjadi pada
permukaan katalis CoMo berpengemban γ-Al2O3 (Kordulis, et al., 2016). Produk
hidrokarbon alkana hasil reaksi deoksigenasi dapat berlanjut mengalami reaksi
perengkahan, reaksi isomerisasi, maupun reaksi siklisasi (Mortensen, et al., 2011).