Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Silika merupakan unsur kedua terbesar pada lapisan kerak bumi setelah oksigen. Senyawa ini terkandung dalam berbagai senyawa dan campuran, mulai dari jaringan perakaran tanaman dalam tanah sampai bahan tambang. Ketersediaan silika di bumi tidak jarang yang berbentuk sebagai limbah. Sebagai contoh adalah banyaknya kandungan silika pada abu sekam padi, fly ash batubara, bagasse, dan limbah geotermal. Limbah berupa abu sekam padi bersifat abrasif, sulit terdegradasi, dan rendah nutrisi. Limbah geotermal, di antaranya adalah limbah suatu pembangkit listrik tenaga panas bumi, berbentuk limbah padat berupa lumpur. Akumulasi limbah ini dapat menggangu ekosistem dan mengurangi estetika lingkungan sekitar. Selain itu, lumpur yang kaya silika tersebut dapat mengganggu proses produksi karena menyebabkan penyumbatan dan pengerakan pada pipa-pipa peralatan produksi. Berbagai permasalahan yang timbul akibat adanya limbah kaya silika mendorong dilakukannya pemanfaatan limbah tersebut. Pemanfaatan limbah kaya silika selain berfungsi mengurangi dampak negatifnya terhadap lingkungan juga dapat meningkatkan nilai ekonomis limbah tersebut. Silika dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan karet, pasta gigi, adsorben, dan peralatan elektronik. Silika juga potensial untuk dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan katalisator padat. Saat ini kebutuhan katalisator padat sebagai bahan pendukung
1
Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
berbagai proses kimia sangat diminati. Hal ini terutama terkait dengan kemudahan dalam proses pemisahan. Oleh karena itu studi mendalam tentang pemanfaatan silika sebagai bahan pembuatan katalisator padat sangat diperlukan. Proses kimia dengan bantuan katalisator padat yang saat ini sedang banyak dilakukan studi dan dikembangkan adalah proses pembuatan biodiesel. Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar yang diharapkan dapat mensubstitusi bahan bakar minyak. Biodiesel merupakan bahan bakar yang dihasilkan dari minyak nabati maupun hewani. Beberapa sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel antara lain kelapa sawit, kedelai, biji bunga matahari, dan jarak pagar. Beberapa sumber daya alam tersebut merupakan sumber daya alam yang dapat dikembangkan di Indonesia. Ketersediaan sumber daya alam terbarukan di Indonesia yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel ini sangat mendukung untuk pengembangan biodiesel dalam usaha mengatasi ketersediaan sumber energi khususnya di Indonesia. Biodiesel dibuat melalui suatu proses kimia yang disebut transesterifikasi dimana senyawa trigliserida yang terkandung dalam bahan baku direaksikan dengan senyawa basa seperti alkohol dengan bantuan katalis. Proses ini menghasilkan dua produk yaitu gliserol dan metil ester. Metil ester inilah yang merupakan senyawa biodiesel. Proses produksi biodiesel dengan proses transesterifikasi membutuhkan suatu katalis dengan tujuan mempercepat reaksi. Jenis katalis yang digunakan dapat berupa katalis homogen (katalis yang berfasa sama dengan fasa reaksi) atau
2
Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
katalis heterogen (katalis yang berfasa berbeda dengan fasa reaksi). Katalis homogen dapat mengkonversi trigliserida menjadi metil ester (biodiesel) dengan yield yang tinggi, waktu yang singkat, dan berbiaya murah. Permasalahan yang timbul dari penggunaan katalis homogen ini adalah proses pemisahan katalis dari campuran produk hasil reaksi yang cukup sulit. Setelah reaksi katalis harus dipisahkan dari campuran produk dan dinetralkan. Proses pencucian dan penetralan ini biasanya menggunakan air hangat dalam jumlah yang besar. Penggunaan air dalam jumlah yang besar ini berakibat menimbulkan limbah dalam jumlah yang besar. Sulitnya pemisahan katalis homogen dari produk setelah reaksi mendorong penggunaan katalis heterogen dalam proses produksi biodiesel dengan transesterifikasi. Katalis heterogen memiliki kelebihan yaitu dapat dipisahkan dari campuran produk hasil reaksi dengan mudah dan dapat mencegah penyabunan sehingga tidak diperlukan proses pencucian dan penetralan. Kemudahan penggunaan katalis heterogen ini dapat mereduksi limbah cair yang dihasilkan. Katalis heterogen ini memiliki kekurangan yaitu efisiensinya yang lebih rendah daripada katalis homogen, sehingga perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi katalisis katalis heterogen ini. Studi tentang penggunaan katalis heterogen dalam proses produksi biodiesel telah dilakukan sejak 1 dekade terakhir. Berbagai tipe material katalis telah diteliti dengan tujuan mendapatkan katalis dengan efisiensi katalisis yang tinggi. Salah satu contoh katalis heterogen yang saat ini sedang dikembangkan adalah katalis natrium silikat. Katalis natrium silikat merupakan katalis basa
3
Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
heterogen yang efektif dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak biji kedelai (Guo dkk., 2010; Xiu dan Guo, 2010) dimana mereka menggunakan natrium silikat komersial dalam proses pembuatan biodiesel tersebut. Natrium silikat dalam penelitian ini akan digunakan sebagai katalis dalam proses transesterifikasi minyak jagung menjadi biodiesel. Katalis natrium silikat merupakan senyawa yang terbentuk melalui reaksi antara natrium hidroksida dengan silika sesuai Persamaan (1). 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O
(1)
Silika yang diperlukan dalam pembuatan katalis natrium silikat tersebut dapat diperoleh dari berbagai sumber. Saat ini sedang diteliti dan dikembangkan proses pemurnian silika dari limbah geotermal. Studi tentang pemurnian silika dari limbah geotermal ini dilakukan karena cadangan energi geotermal di Indonesia cukup besar sehingga potensi untuk penggunaan energi geotermal dalam memenuhi kebutuhan listrik nasional juga cukup besar. Sementara itu, pembangkit listrik tenaga panas bumi ini menghasilkan limbah padat berupa lumpur yang memiliki kandungan silika cukup besar. Jika energi panas bumi berhasil dikembangkan maka akan banyak dibangun pembangkit-pembangkit listrik tenaga panas bumi yang tentunya limbah lumpur yang dihasilkan juga akan semakin besar. Pemanfaatan limbah pembangkit listrik tenaga panas bumi diantaranya dengan proses recovery silika untuk digunakan sebagai bahan pembuatan katalis natrium silikat untuk proses pembuatan biodiesel diharapkan dapat mengurangi pencemaran lingkungan dan menghasilkan katalis dengan kemampuan yang baik.
4
Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
1.2 Keaslian Penelitian Penelitian tentang penggunaan natrium silikat sebagai katalis dalam proses pembuatan biodiesel sebelumnya telah dilakukan oleh Yun-Duo Long dkk (2011). Penelitian tersebut meneliti recycle times penggunaan katalis natrium silikat untuk mendapatkan yield produk yang diinginkan. Bahan yang digunakan ialah rapeseed oil dan katalis yang digunakan adalah natrium silikat komersial. Penelitian yang dilakukan kali ini menggunakan minyak jagung sebagai bahan baku, sedangkan katalis yang digunakan adalah natrium silikat yang dibuat dari silika gel dan NaOH. Penelitian ini mempelajari proses deaktivasi katalis natrium silikat dalam reaksi pembentukan biodiesel dari minyak jagung. Penelitian sejenis yang telah dilakukan sebelum pelaksanaan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh suhu dan laju kenaikan suhu kalsinasi terhadap karakteristik natrium silikat yang dibuat dari silika gel dan NaOH sebagai katalisator basa padat.
1.3 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat mengetahui performa natrium silikat sebagai katalisator basa padat. Dengan diketahuinya performa natrium silikat tersebut diharapkan dapat berimplikasi pada usaha penggantian penggunaan natrium silikat komersial dengan natrium silikat yang dibuat dari limbah kaya silika sebagai sumber silika, seperti lumpur limbah pembangkit listrik tenaga panas bumi. Peningkatan nilai manfaat limbah pembangkit listrik tenaga panas
5
Deaktivasi Katalis Natrium Silikat untuk Reaksi Transesterifikasi Pembentukan Biodiesel dari Minyak Jagung ______________________________________________________________________
bumi ini sebagai bahan baku pembuatan katalis natrium silikat dapat membantu mengatasi pencemaran lingkungan. Penelitian tentang deaktivasi katalis natrium silikat dalam proses pembuatan biodiesel dari minyak jagung dengan metode transesterifikasi ini juga diharapkan dapat bermanfaat untuk penelitian-penelitian berikutnya. Penelitianpenelitian yang dilakukan sebagai kelanjutan dari penelitian ini diharapkan dapat mempelajari usaha-usaha untuk meminimalkan laju deaktivasi katalis sehingga pemakaian katalis dapat semakin efektif dan layak untuk diterapkan dalam skala industri.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Mempelajari proses penurunan aktivitas katalis natrium silikat pada reaksi transesterifikasi pembentukan biodiesel dan menganalisis faktor-faktor penyebabnya. b. Mempelajari pengaruh proses pengeringan katalis terhadap peningkatan aktivitas katalis natrium silikat dalam setiap siklus pemakaian katalis untuk reaksi transesterifikasi. c. Menentukan model matematis persamaan laju reaksi transesterifikasi pembentukan biodiesel dengan katalis natrium silikat beserta persamaan laju deaktivasi katalis.
6
