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.
