Template Disertasi V1.0

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam satu atau dua dekade terakhir, banyak penelitian diarahkan untuk
produksi bahan bakar kendaraan bermotor dari bahan alam yang terbarukan,
khususnya minyak nabati. Komposisi kimia
minyak nabati adalah campuran
trigliserida yang terdiri dari residu asam lemak jenuh dan tak jenuh yang terikat ke
rantai gliserol. Proses konversi minyak nabati menjadi bahan bakar motor baik
sebagai biodiesel maupun biogasolin telah diketahui. Biodiesel diproduksi melalui
transesterifikasi
trigliserida
dengan
alkohol
dengan
adanya
katalis
(Demirbas et al., 2008). Biogasolin diproduksi melalui pirolisis biodiesel atau
perengkahan langsung trigliserida (Doronin et al., 2013).
Tanaman nyamplung atau Calophyllum inophyllum adalah salah satu
sumber minyak nabati. Tanaman ini termasuk dalam famili Clusiaceae berasal dari
benua Afrika dan terdistribusi ke sepanjang pantai pasifik termasuk ke sepanjang
pantai di Indonesia, kebanyakan dimanfaatkan kayunya padahal bijinya
mengandung minyak 40 - 60% berat. (Anonim 2008). Kandungan minyak biji
nyamplung sekitar 90% adalah total trigliserida (Sylvie et al., 2005; Prabhakar,
1990). Dalam penelitian ini minyak biji nyamplung digunakan sebagai umpan
untuk reaksi pembentukan biodiesel dan biogasolin.
Selain biodiesel, biogasolin merupakan satu energi terbarukan yang menjadi
pilihan di masa depan. Biogasolin merupakan bensin yang memiliki kandungan
senyawa olefin rantai pendek. Berbeda dengan biodisel yang dapat diperoleh
melalui katalisis homogen dan heterogen, biogasolin tidak dapat dihasilkan dengan
katalisis homogen, sehingga harus disintesis menggunakan katalisis heterogen.
Perengkahan melalui proses katalitik adalah metode yang paling menjanjikan
untuk produksi biogasolin. Beberapa indikator kinerja penting perengkahan
katalitik yaitu
dipengaruhi
aktivitas dan selektivitas katalis sedangkan kinerja katalis
oleh
keasaman,
diameter
1
pori
dan
morfologi
permukaan
2
(Busto et al., 2012). Untuk memperoleh katalis yang mempunyai aktivitas dan
selektivitas perengkahan katalitik yang baik diperlukan keasaman dan diameter
pori yang besar.
Penggunaan katalis mesopori diperlukan agar reaksi katalisis berlangsung
efisien. Mobil Composition of Matter (MCM-41) merupakan bahan yang kaya
silika yang memiliki struktur pori teratur dengan distribusi ukuran pori seragam dan
besar. MCM-41 juga merupakan material pengemban dengan luas permukaan
tinggi, sehingga berpotensi sebagai bahan pengemban logam untuk katalis.
Modifikasi MCM-41 dengan cara pengembanan oleh logam M menjadi M-MCM41, dimaksudkan untuk menaikkan keasaman MCM-41.
Sebagai contoh
pengembanan Pd pada MCM-41 (Ruiz et al., 2007) menghasilkan diameter
mesopori MCM-41 menjadi lebih kecil dan keasaman yang lebih tinggi, sehingga
aktivitas katalitik pembakaran metana lebih baik dibanding penggunaan katalis
yang diemban oleh Ce dan La. Pengembanan logam Al dan Pd pada MCM-41
merupakan upaya peningkatan diamater pori, keasaman MCM-41, dan terjadinya
kenaikan stabilitas termal. Pemilihan logam teremban Al dan Pd, didasarkan atas
banyaknya studi yang menggunakan logam tersebut untuk diembankan ke dalam
MCM-41 (Ruiz et al., 2007; Carmo et al., 2009; Iwanami et al., 2010; Weng
et al., 2012) namun kemampuan katalis tersebut diujikan pada reaksi oksidasi,
belum banyak yang diujikan untuk reaksi hidrorengkah.
Penelitian ini mempelajari transesterifikasi trigliserida dari minyak biji
nyamplung
menjadi
biodiesel
dan
mempelajari
hidrorengkah biodiesel
menjadi biogasolin. Mengingat ukuran molekul trigliserida relatif besar, maka
untuk menghasilkan produk biodiesel maupun biogasolin diperlukan peningkatkan
diameter pori dan keasaman katalis dengan pengembanan logam Al pada MCM-41
dan Pd pada Al-MCM-41. Dalam penelitian ini sumber trigliserida yang digunakan
adalah minyak biji nyamplung. Transesterifikasi biomassa menjadi biodiesel
atau FAMEs (free fatty acid methyl esthers) dilakukan oleh katalis Al-MCM-41
yang merupakan katalisis heterogen, dan katalitik hidrorengkah biodiesel menjadi
biogasolin juga dilakukan dengan katalis Al-MCM-41 dan Pd/Al-MCM-41.
3
Kombinasi pengembanan
logam biasam (Al dan Pd) pada MCM-41 untuk
katalitik hidrorengkah diharapkan dapat memutus rantai karbon C18 biodiesel.
1.2
Keaslian Penelitian
Berdasarkan penelusuran pustaka dari berbagai sumber yang telah
dilakukan, dapat dikemukakan bahwa,
i.
US paten hingga bulan Mei 2015, belum dilaporkan pengaruh modifikasi
logam Pd (paladium) yang diemban dalam Al-MCM-41, terhadap sifat
katalis, karakter dan aktivitasnya pada reaksi katalitik hidrorengkah
terhadap minyak biji nyamplung .
ii.
Reaksi katalisis yang hendak dilakukan adalah reaksi 2 tahap, yaitu reaksi
transesterifikasi dari minyak biji nyamplung hingga terbentuk produk yaitu
senyawa FAMEs menggunakan katalis Al-MCM-41, yang dilanjutkannya
dengan reaksi katalitik hidrorengkah FAMEs menggunakan katalis AlMCM-41, Pd(1)/Al-MCM-41 dan Pd(2)/Al-MCM-41.
1.3
Manfaat Penelitian
Penelitian ini sangat penting untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan
teknologi, khususnya dalam bidang katalis, terutama untuk reaksi hidrorengkah
senyawa metil ester asam lemak dari tanaman nyamplung. Tanaman yang banyak
tumbuh di Indonesia dan belum banyak dieksploitasi produknya, merupakan bahan
penting dalam industri kimia dan ketersediaan energi alternatif.
Peningkatan produksi bahan kimia melalui peningkatan aktivitas katalis
akan memberikan nilai ekonomi yang signifikan, terutama dalam percepatan waktu
produksi, yang juga akan membawa dampak pada penggunaan energi terbarukan.
Dalam penelitian ini akan diperoleh senyawa FAMEs atau lebih dikenal sebagai
biodiesel dari minyak biji nyamplung dan senyawa biogasolin yang merupakan
hasil reaksi katalitik hidrorengkah. Dengan adanya riset ini, minimal akan didapat
konsep baru dalam meningkatkan kecepatan reaksi, dimana konsep ini akan dapat
4
memberikan sumbangan kepada ilmu dasar kimia, khususnya bidang katalis dan
katalisis.
1.4
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan:
1. Modifikasi katalis MCM-41 dengan NaAlO2, kemudian modifikasi katalis
Al-MCM-41 oleh PdCl2, dengan mengetahui perubahan intensitas bidang
(100) diameter
pori dan luas permukaan, serta peningkatan sifat
keasaman.
2. Karakterisasi katalis yang meliputi XRD untuk mengetahui kisi bidang
kristal, SEM/TEM untuk mengetahui morfologi katalis secara mikroskopis,
adsorpsi Nitrogen untuk mengetahui luas permukaan, volume pori, diameter
pori serta uji keasaman menggunakan adsorpsi piridin dengan perhitungan
intensitas adsorpsi dari spektra FTIR.
3. Uji aktivitas katalis pada reaksi katalitik hidrorengkah senyawa metil ester
asam lemak / biodisel yang diperoleh dari minyak biji nyamplung menjadi
senyawa karbon rantai pendek, dengan konversi terbaik pada kondisi suhu,
konsentrasi katalis yang berbeda, dengan analisis GC-MS.
4. Uji kinerja senyawa FAMEs hasil reaksi transesterifikasi yang divariasikan
dengan solar produk Pertamina pada mesin pembangkit listrik/generator set
(mesin genset).
Secara umum, penelitian ini dibagi menjadi tiga tahapan yaitu sintesis
katalis, karakterisasi yang berhubungan dengan struktur dan sifat katalis, serta
aplikasi katalis terhadap minyak biji nyamplung. Tujuan utama adalah modifikasi
MCM-41 dengan logam Al dan Pd sebagai logam pengemban, hingga terbentuk
katalis logam ganda. Karakterisasi katalis yang dilakukan ialah analisis struktur
material (XRD, SAXRD dan adsorpsi nitrogen), morfologinya dengan menggunakan
SEM/TEM dan untuk komposisi material dilakukan dengan menggunakan ICP dan
XPS sedangkan
aktivitas katalitik pada reaksi transesterifikasi dari senyawa
trigliserida yang berasal dari minyak biji nyamplung menjadi FAMEs, serta reaksi
5
hidrorengkah senyawa FAMEs menjadi fraksi hidrokarbon dan alkohol, ester
menggunakan GC-MS.
Unjuk kerja katalis menggunakan katalis dengan jumlah paladium yang
berbeda terhadap reaksi hidrorengkah telah dilakukan dan memberi harapan
terhadap pembentukan fraksi hidrokarbon yang lebih baik dibanding pembentukan
fraksi alkohol dan ester. Kondisi reaksi dipelajari meliputi temperatur, konsentrasi,
laju alir. Temperatur reaksi hidrorengkah dilakukan pada sifat fisikokimia senyawa
FAMEs yaitu pada titik didih atau titik tuangnya, laju alir dibuat tetap. Pada tahap
akhir yaitu kondensasi hasil hidrorengkah ditangkap dengan pelarut nonpolar.
Katalis yaitu Al-MCM-41, Pd(1)Al-MCM-41 dan Pd(2)Al-MCM-41, dimana Pd(1)
dan Pd(2) menyatakan jumlah Pd yang teremban pada Al-MCM-41 dikaji aktivitas
katalitik
terhadap reaksi hidrorengkah senyawa FAMEs, yang diketahui dari
jumlah hidrokarbon atau alkohol, ester yang terbentuk, dan terbaca dari
kromatogram GC-MS. Kajian terhadap implikasi senyawa biodiesel yang di
padukan dengan solar pertamina dengan perbandingan 0, 10, 20, 30, 40 serta
100% pada mesin diesel generator set.