PEMBUATAN BIOGASOLINE DARI PALM OIL METIL ESTER MELALUI REAKSI PERENGKAHAN DENGAN INISIATOR METIL ETIL KETON PEROKSIDA DAN KATALIS ASAM SULFAT

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

PEMBUATAN BIOGASOLINE DARI PALM OIL METIL ESTER MELALUI REAKSI PERENGKAHAN DENGAN INISIATOR METIL ETIL KETON PEROKSIDA DAN KATALIS ASAM SULFAT M. Nasikin dan M.M. Dewayani Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus UI Depok, Depok 16424 Tel. 7863515, 7863516 Email : [email protected]

Abstrak Peningkatan kebutuhan gasoline mengakibatkan semakin berkurangnya minyak bumi yang cadangannya semakin menipis. Karena itu, dibutuhkan sumber alternatif untuk menghasilkan gasoline, salah satunya adalah minyak sawit karena minyak sawit mengadung trigliserida yang merupakan senyawa hidrokarbon serupa dengan minyak bumi. Pada penelitian ini biogasoline disintesis dengan cara perengkahan metil ester hasil transesterifikasi minyak sawit. Perengkahan dilakukan dengan menggunakan insiator metil etil keton peroksida (MEKP) dan katalis asam sulfat (H2SO4). Kondisi operasi berada pada tekanan atmosfer serta suhu antara 100 sampai 200oC dan pada berbagai perbandingan katalis/metil ester . Untuk mengetahui terjadinya perengkahan dilakukan analisis densitas, viskositas, berat molekul, bilangan oktana dan analisis FTIR. Kondisi operasi terbaik untuk perengkahan metil ester pada penelitian ini berada pada komposisi katalis-metil ester 1:50 dan suhu reaksi 150oC yang menghasilkan berat molekul terendah pada 219.69 gr/mol dari berat molekul awal metil ester 284.3 gr/mol dan bilangan oktana tertinggi, yaitu sebesar 89.28. Abstract The increasing demand for gasoline needs an alternative sources since the crude oil is depleting.One of possibility is the use of palm oil which contains hydrocarbon similar to crude oil. In this research, biogasoline is synthesised through the cracking of methyl ester from palm oil’s transesterification. The cracking reaction is done with methyl ethyl ketone peroxide initiator and the use of sulphate acid as a catalyst. The operation condition is held at atmospheric pressure, at temperature 100~200oC and at several ratio of catalyst/methyl ester. Analysis of density, viscosity, molecular weight, octane number and FTIR are conducted to observe the cracking phenomena . The best operation condition for cracking methyl ester in this research is at composition catalyst-methyl ester ratio of 1:50 and a temperature 150oC to produce the lowest molecular weight at 219.69 gr/ mol from molecular weight of methyl ester at 284.3 gr/mol and the highest octane number at 89.28.

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

1

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

1. Pendahuluan

(BM

Gasoline (bensin) dihasilkan dari

±

=

114).

pengembangan

Oleh

karena

itu,

penelitian

sintesis

menggunakan

turunan

perengkahan minyak bumi dimana dewasa

biogasoline

ini persediaannya semakin menipis. Untuk

trigliserida yang memiliki berat molekul

mengatasi masalah ini, maka diperlukan

lebih rendah.(4)

sumber alternatif lain untuk menghasilkan bahan bakar kendaraan bermotor Sumber

bahan

bakar

Sedangkan

peneliti

yang

lain,

melaporkan bahwa sintesis bensin dari alternatif

minyak

sawit

menghasilkan

senyawa

tersebut adalah minyak sawit. Indonesia

hidrokarbon dengan jenis yang sangat

merupakan negara keduapenghasil minyak

banyak dan konversi yang sangat rendah.

kelapa sawit terbesar di dunia setelah

(5)

Malaysia.(1)

Metil ester mengandung metil oleat

Dalam minyak,

industri

bensin

perengkahan

penyulingan

dihasilkan katalitik

dari dengan

dan metil linoleat yang memiliki ikatan rangkap.

Karena olefin lebih

mengalami

perengkahan

maka

mudah ikatan

menggunakan katalis asam. Mengingat

rangkap pada metil ester inilah yang

minyak

senyawa

nantinya akan lebih mudah mengalami

hidrokarbon seperti halnya minyak bumi,

perengkahan menjadi senyawa yang lebih

maka

terhadap

pendek. Inisiator peroksida akan membuat

minyak sawit apalagi yang telah berbentuk

metil oleat dan metil linoleat menjadi

metil ester dapat menghasilkan bensin.

radikal

Pada proses perengkahan, adanya inisiator

mempermudah reaksi perengkahan dengan

dapat

asam sulfat.

sawit

mengandung

perengkahan

mempercepat

katalitik

terjadinya

reaksi.

bebas

yang

kemudian

akan

Dengan adanya inisiator peroksida, katalis yang memiliki kekuatan asam relatif

2. Penelitian

rendah dapat mengakibatkan terjadinya

2.1 Transesterifikasi

perangkahan senyawa hidrokarbon.(2,3) Pada

penelitian

Reaksi

transesterifikasi

minyak

sebelumnya,

sawit ini menggunakan metanol dan katalis

sintesis biogasoline menggunakan bahan

basa (NaOH) yang menghasilkan metil

baku trigliserida dapat menurunkan berat

ester dan gliserin. Metil ester yang

molekul dari 848.9 gr/mol menjadi 697

terbentuk dipisahkan dari gliserin.

gr/mol yang masih terlalu besar bila dibandingkan dengan berat molekul bensin

2.2. Perengkahan Katalitik Metil Ester

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

2

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

Metil

ester

direaksikan

dengan

perengkahan hanya dengan katalis asam

katalis asam sulfat pekat dan inisiator metil

sulfat. Perbandingan hasil reaksi keduanya

etil keton peroksida (MEKP). Reaksi

dapat dilihat pada Tabel 2.

berlangsung dalam reaktor batch pada suhu 100-200oC dan tekanan 1 atm.

Tabel 2. Peranan Inisiator pada Perengkahan Metil Ester (ME)

2.4. Analisis Hasil Reaksi Metode

ASTM

dipakai

Tanpa

Dengan

Inisiator

Inisiator

284.3

256.45

247.69

86.12

86.54

88.74

untuk

ME

mengalisis hasil reaksi yaitu analisis : BM

viskositas, titik didih, berat molekul,

(gr/mol)

bilangan oktana (ASTM D-2699 dan D-

Bil.

2700 termodifikasi) dan FTIR.

Oktana

Dari

3. Hasil Penelitian dan Pembahasan

2

terlihat

bahwa

perengkahan dengan menggunakan katalis

3.1. Transesterifikasi Transesterifikasi

Tabel

minyak

sawit

asam

sulfat

dan

inisiator

MEKP

menghasilkan metil ester seperti terlihat

menghasilkan berat molekul yang lebih

pada Tabel 1.

rendah dan bilangan oktana yang lebih besar dibandingkan dengan perengkahan

Tabel 1. Hasil Transesterifikasi

tanpa menggunakan inisiator. Hal ini

Minyak sawit

450 gr

mengindikasikan

Metil Ester

350 gr

mempercepat

bahwa

terjadinya

inisiator perengkahan.

Seperti reaksi pada umumnya, inisiator Dari Tabel 1 terlihat bahwa konversi

pada reaksi ini diindikasikan membentuk

minyak goreng menjadi metil ester adalah

radikal bebas yang selanjutnya dapat

sebesar 77.77%.

mempercepat terjadinya reaksi.

Sebagian dari minyak

Kenaikan

sawit berubah menjadi gliserin dan sabun

bilangan

oktana

akibat reaksi saponifikasi yang dipicu

mengindikasikan juga terjadi isomerisasi

adanya asam lemak hasil hidrolisis karena

/alkilasi yang menyebabkan biogasoline

adanya air pada minyak sawit

memiliki

struktur

bercabang

inisiator

berperan positif pada reaksi tersebut. Gambar 1 menunjukkan perubahan

3.2. Berat Molekul dan Bilangan Oktana Sebelum menggunakan

reaksi inisiator,

perengkahan

berat

molekul

bensin

sebagai

fungsi

dilakukan

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

3

Perancangan Produk ISSN 1410-9891 Bilangan Oktana

dengan perbandingan metil ester/katalis dan suhu reaksi.

Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa BM

290 270

bilangan oktana bensin hasil perengkahan

250 230 210 100 120 140 160 180 200

memiliki

75:1

50:1

yang

lebih

tinggi

dibandingkan dengan bilangan oktana metil ester pada semua kondisi operasi.

Suhu Reaksi (C) 100:1

nilai

Hal ini mengindikasikan adanya metil ester

perubahan struktur molekul metil ester Gambar 1. Pengaruh Suhu terhadap BM

Berat molekul bensin ini berada antara 219-247 gr/mol, hal ini menandakan

karena isomerisasi atau alkilasi sehingga membentuk konfigurasi produk reaksi dari normal menjadi bercabang.

bahwa pada metil ester terjadi reaksi perengkahan

menghasilkan

senyawa

Bilangan dicapai

pada

oktana

paling

perbandingan

tinggi metil

dengan rantai molekul yang lebih pendek

ester/katalis 50:1 dan pada suhu 150oC.

dari BM metil ester semula sebesar 284.

Pada refinery minyak bumi, katalitik

Reaksi perengkahan semakin cepat

isomerisasi/alkilasi meningkatkan bilangan

terjadi pada suhu reaksi yang lebih tinggi

oktana terjadi pada suhu 110-170oC agar

sampai suhu sekitar 160oC dan pada

tidak terjadi reaksi samping.(3)

perbandingan metil ester/katalis sampai

3.4. Analisis FTIR

50:1.

Pada analisis FTIR metil ester,

3.3. Bilangan Oktana

ikatan-ikatan yang mendominasi adalah

Gambar 2 menunjukkan perubahan

ikatan ⎯CH pada CH3 pada panjang

bilangan oktana bensin pada beberapa

gelombang 2854 cm-1, ⎯CH pada CH2

kondisi reaksi.

pada 2927cm-1, ⎯CH pada C=C pada 3005 cm-1, ⎯CO pada 1741 cm-1, serta RC(CH3)3 pada 1170.80 cm-1.

90

ON

89

Pada umumnya ikatan-ikatan yang

88

ada pada bensin sama dengan ikatan-ikatan

87 86 100

120

140

160

180

200

75:1

50:1

terdapat

pada

metil

ester,

perbedaannya terletak pada absorbansi

Suhu Reaksi (C) 100:1

yang

metil ester

ikatan-ikatan

tersebut.

Perbedaan

Gambar 2. Pengaruh Suhu terhadap

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

4

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

absorbansi

ikatan-ikatan

Sedangkan ikatan ⎯CH pada CH2

tersebut

ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

akan semakin berkurang seiring dengan semakin rendahnya perbandingan metil

Tabel 3. Absorbansi FTIR Metil Ester dan

ester/katalis dan semakin tingginya suhu

Bensin

reaksi. Ikatan ⎯CH pada CH2 berkurang

Absorbansi/Kondisi Reaksi Jenis Ikatan

75:1

50:1,

1000C

1200C

1500C

5.58

3.14

3

1.35

1.07

1.18

1.05

1.05

ME -CH pada CH2 -CH pada CH3

karena ketika terjadi perengkahan, ikatan

100:1

tersebut akan membentuk ikatan C=C. Hal ini juga ditunjukkan pada absorbansi ikatannya yang semakin rendah pada perbandingan

metil

ester/katalis

yang

semakin rendah dan suhu reaksi yang

-CH pada C=C RC(CH3)3

0.19

0.19

0.25

0.34

semakin tinggi karena reaksinya yang

0.27

0.33

0.23

0.45

semakin hebat dan semakin cepat. Pada ikatan RC(CH3)3, absorbansi yang

telah

paling

tinggi

terletak

pada

Perubahan nilai absorbansi yang

perbandingan metil ester/katalis 50:1 dan

3

suhu 150oC. Hal yang sama terjadi pada

dipaparkan

menunjukkan

telah

pada

Tabel

terjadi

perubahan

grafik

pengaruh perbandingan metil

ester/katalis dan suhu reaksi terhadap

struktur pada metil ester. Pada reaksi perengakahan, adanya

bilangan oktana.

pemutusan akan menambah jumlah ikatan

4. Kesimpulan

⎯CH pada C=C karena perengkahan

1. Katalis asam sulfat dan inisiator MEKP

olefin akan menghasilkan dua senyawa olefin.

Begitu

pun

halnya

dengan

absorbansi ⎯CH pada C=C pada bensin akan

bertambah

besar

dibandingkan

dengan metil ester seiring dengan semakin rendahnya perbandingan metil ester/katalis dan semakin tingginya suhu reaksi. Hal yang sama terjadi pada suhu yang semakin tinggi menyebabkan reaksi perengkahan

dapat

merengkah

dan

meng-

alkilasi/isomerisasi metil ester, yang terlihat dari perubahan berat molekul, bilangan oktana. 2. Struktur metil ester menjadi senyawa dengan rantai molekul yang lebih pendek dan cabang yang lebih banyak yang diindikasikan dengan bertambah nya bilangan oktana.

yang terjadi lebih cepat.

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

5

Perancangan Produk ISSN 1410-9891

DAFTAR PUSTAKA 1. Departemen

Pertanian

Perkembangan

RI

,

Perkelapasawitan

Indonesia, 2004 2. Speight, J.G., The Chemistry and Technology

of

Petroleum,

Marcel

Dekker, Inc.,New York, 1991. 3. Hartley, C.W.S, The Oil and Palm, John Wiley, NY, 1981 4.

M.Nasikin dan S Chitra, Proseding Seminar Nasional Fundamental dan Aplikasi

Teknik

Kimia,

Surabaya

Desember 2004, KR.16 5. H.Lorien, A Catalyst for Change, Asian Innovation Award, PenangMalaysia, 2001

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

6