BAB I PENDAHULUAN. Tabel 1.1 Konsumsi bahan bakar minyak tahun 2005 (juta liter) (Wahyudi, 2006)

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penggunaan bahan bakar di Indonesia setiap tahun meningkat namun tidak diimbangi dengan peningkatan jumlah produksi bahan bakar tersebut. Hal ini menyebabkan jumlah bahan bakar impor mengalami kenaikan di Indonesia. Menurut Ketua Assosiasi Perusahaan Migas Nasional (ASPERMIGAS), Indonesia sudah tidak dapat mengimpor minyak 5 tahun lagi karena berkurangnya suplay energi dunia. Padahal untuk saat ini Indonesia masih mengandalkan sebanyak 2/3 dari kebutuhan minyak melalui import. Tabel 1.1 Konsumsi bahan bakar minyak tahun 2005 (juta liter) (Wahyudi, 2006) Sektor Minyak Tanah Premium Solar Diesel Minyak bakar Transportasi Industri Pembangkit listrik Rumah Tangga Total Melihat fakta yang terjadi di Indonesia sebenarnya Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (EBTKE) sudah melakukan beberapa kegiatan untuk mengatasi krisis bahan bakar dan energi yang akan terjadi dalam waktu dekat. Dirjen EBTKE berupaya meningkatkan pemakaian energi terbarukan dimana pada tahun

2 2 diharapkan pemakaian EBT sebanyak 25 persen, oleh karena itu diperlukan beberapa sosialisasi kepada masyarakat akan pentingnya penggunaan energi terbarukan ini karena selain telah menipisnya sumber bahan bakar fosil, EBT juga ramah lingkungan dan dapat diperbaharui (renewable). Ramya dkk. (2012) mengatakan penggunaan energi fosil dalam waktu yang panjang untuk memenuhi mayoritas kebutuhan energi mempunyai pengaruh negatif terhadap lingkungan. Jumlah gas berbahaya seperti NOx dan SOx, oksidan fotokimia, debu, partikulat dan lain-lain di atmosfir menjadi sangat tinggi dan membahayakan. Menurut Setiadji dkk. (2003) ada beberapa hal yang perlu diperhatikan di dalam mencari energi alternatif, yaitu ramah terhadap lingkungan, harga relatif murah, efisien dan berasal dari sumber energi terbarukan (renewable). Salah satu energi alternatif yang memenuhi persyaratan tersebut adalah minyak nabati yang telah banyak dikembangkan menjadi bahan bakar diesel oleh peneliti, seperti Rudolf Diesel tahun 1900 yang menjalankan mesin dieselnya menggunakan minyak kacang tanah, Bruwer et.al tahun 1980 yang menjalankan mesin traktor pertanian menggunakan minyak biji bunga matahari dan Tsagli tahun 1992 menggunakan minyak nabati sebagai pengganti diesel dan kerosin. Penggunaan minyak nabati dalam skala industri akan membutuhkan jumlah yang tidak sedikit sehingga akan menyebabkan terjadinya perebutan kebutuhan antara bahan pangan dengan kebutuhan bahan bakar. Penggunaan dalam waktu yang lama dikhawatirkan akan terjadi kenaikan harga yang signifikan terhadap bahan bakar tersebut. Beberapa tumbuhan penghasil lemak yang ada di Indonesia antara lain adalah minyak kelapa, sawit dan jarak. Untuk minyak kelapa dan sawit diperlukan untuk memenuhi kebutuhan pangan (edible oil). Salah satu bahan bakar yang dapat diperbaharui yang tidak digunakan untuk memenuhi kebutuhan pangan adalah bahan bakar dari jatropha curcas oil (minyak jarak). Peneliti yang telah meneliti penggunaan jatropha curcas sebagai bahan bakar alternatif seperti Dising, J dkk (2012), Agustian, E dkk (2012), Raswan, A dan Ghozali, M (2011), Parawira, W (2010) dan masih banyak lagi peneliti sebelumnya 2

3 3 yang telah meneliti penggunaan jatropha curcas sebagai bahan bakar alternatif. Jatropha curcas banyak dibudidayakan di tanah kering, semikering, tanah alkalin dan daerah tropis, serta dapat tumbuh dalam kondisi kering lebih dari 50 tahun. Jatropha curcas membutuhkan minimum 250 mm curah hujan. Kandungan jatropha curcas oil bervariasi dari 30-50% berat biji dan 45-60% dari kernel. Tabel 1.2 Luas lahan yang sesuai untuk tanaman tahunan lahan kering di Indonesia (Anonim, 2007) Pulau Lahan kering Lahan kering Luas semusim (ha) tahunan(ha) lahan kering (ha) Sumatera Jawa Bali dan Nusa Tenggara Kalimantan Sulawesi Maluku dan Papua Indonesia Menurut Ramya dkk. (2012) dalam jurnalnya yang berjudul Liquid Hydrocarbon Fuels from Jatropha Oil Through Catalytic Cracking Technology Using AlMCM-41/ZSM-5 Composite Catalysts mengatakan bahwa ada beberapa metode untuk memproduksi biofuel yaitu transesterifikasi (biodiesel), pirolisis dan perengkahan katalitik. Biodiesel merupakan mono alkil ester dari rantai panjang asam lemak. Biodiesel dapat diproduksi melalui transesterifikasi minyak nabati, tetapi membutuhkan waktu reaksi yang lama dan rasio molar yang tinggi dari methanol sehingga menjadi kurang efektif. Bahkan biodiesel hanya dapat digunakan pada mesin diesel setelah dicampur dengan bahan bakar fosil sebelum digunakan sebagai 3

4 4 bahan bakar. Akibatnya biodiesel menjadi kurang menarik karena membutuhkan campuran dengan diesel dan juga tidak terbakar dengan baik karena terbentuk rekatan di mesin. Menurut Nurjannah dkk. (2012), proses esterifikasi untuk menghasilkan biofuel memiliki kelemahan dimana produk sulit untuk dipisahkan, yaitu biofuel dengan produk sampingnya gliserol. Pada proses transesterifikasi, minyak nabati yang digunakan harus memiliki kandungan asam lemak bebas yang rendah sehingga tidak terjadi penyabunan. Jika dalam proses transesterifikasi terjadi penyabunan maka akan sulit untuk memisahkan produknya. Penyabunan terjadi jika kandungan asam lemak bebas tinggi dan jumlah katalis juga banyak sehingga sulit terjadinya proses pemisahan. Akibatnya proses ini melibatkan 2 kali proses sehingga membutuhkan biaya yang relatif mahal yaitu proses esterifikasi dan proses transesterifikasi. Esterifikasi menggunakan katalis asam mengkonversi asam lemak bebas menjadi biodiesel dan transesterifikasi menggunakan katalis basa mengkonversi trigliserida menjadi biodiesel. Pirolisis yang merupakan metode dekomposisi termal secara langsung dan beroperasi pada suhu yang tinggi ( o C) menghasilkan sebagian besar produk gas berisi bahan bakar hidrokarbon rantai lurus. Operasi pada suhu yang tinggi merupakan salah satu kelemahan dari proses pirolisis ini (Ramya dkk., 2012). Metode ketiga adalah melalui proses perengkahan. Perengkahan merupakan proses pemutusan ikatan C-C pada rantai karbon panjang. Perengkahan (cracking) dapat dibedakan menjadi 3 yaitu termal cracking, steam cracking dan catalytic cracking. Perengkahan termal (termal cracking) merupakan proses perengkahan yang membutuhkan suhu tinggi yaitu di atas 600 o C. Steam cracking merupakan proses perengkahan yang membutuhkan tekanan tinggi yang diperoleh melalui pemanasan pada suhu 800 o C. Catalytic cracking (perengkahan katalitik) merupakan proses perengkahan yang dibantu oleh adanya katalis dan membutuhkan suhu o C selama proses perengkahan berlangsung. Termal cracking dan steam cracking merupakan proses perengkahan yang sama-sama membutuhkan energi tinggi karena 4

5 5 suhu yang diperlukan selama proses perengkahan berlangsung tinggi sedangkan perengkahan katalitik hanya membutuhkan suhu sekitar o C, oleh sebab itu perengkahan katalitik lebih efektif digunakan dibandingkan dengan metode perengkahan yang lain. Selain itu, untuk memperoleh fraksi bahan bakar seperti fraksi bensin dan fraksi diesel dibutuhkan satu kali proses reaksi sehingga waktu reaksi relatif cepat. Biofuel yang diperoleh melalui proses perengkahan katalitik dari minyak nabati yang non edible lebih efektif digunakan dari biofuel lain karena mudah digunakan dalam mesin dan tidak menyebabkan polusi udara karena senyawa tidak mengandung sulfur dan nitrogen serta biaya produksi rendah. Selain itu, perengkahan katalitik juga memiliki kelebihan yang lain yaitu kebutuhan katalisnya yang cukup rendah dan pembakaran bersih. Material berpori merupakan material yang dapat digunakan sebagai katalis dalam perengkahan katalitik. Menurut IUPAC material berpori dapat digolongkan menjadi 3 yaitu material mikropori, mesopori dan makropori. Material mesopori merupakan material yang memiliki ukuran pori 2-50 nm, material mikropori mempunyai ukuran < 2 nm dan material makropori memiliki ukuran pori > 50 nm. Perengkahan katalitik minyak yang memiliki molekul besar membutuhkan katalis dengan pori yang cukup besar agar proses perengkahan katalitik dapat berjalan efektif. Perengkahan katalitik merupakan proses pemutusan ikatan C-C dengan bantuan katalis. Untuk dapat memecah ikatan C-C minyak dibutuhkan katalis yang mempunyai pori besar agar molekul minyak dapat masuk ke dalam pori dari katalis tersebut. Salah satu katalis mesopori yang efektif untuk digunakan adalah MCM-41. MCM-41 merupakan material yang memiliki struktur pori heksagonal seperti model sarang lebah yang seragam, volume pori besar, ukuran pori dapat dimodifikasi dan mempunyai stabilitas yang baik. 5

6 6 Gambar 1.1 Struktur material MCM-41 (Mohamed, 2005) Penggunaan MCM-41 murni dalam perengkahan katalitik kurang efektif untuk langsung diaplikasikan dalam perengkahan katalitik sebagai katalis karena keasamannya rendah. Untuk meningkatkan keasaman material, maka salah satu cara yang dapat dilakukan adalah melakukan penyisipan logam pada kerangka MCM-41 saat sintesis material tersebut. Logam yang efektif untuk digunakan salah satunya adalah logam aluminium sehingga diperoleh material AlMCM-41 yang memiliki situs asam Lewis dan Brǿnsted. Jika ingin meningkatkan situs asam Lewis dapat dilakukan pengembanan logam transisi seperti Ni membentuk Ni/AlMCM-41 dan jika ingin meningkatkan situs asam Brǿnsted dapat dilakukan pengembanan H + pada kerangka material AlMCM-41 membentuk H/AlMCM-41. Penggunaan AlMCM-41 dalam jumlah besar membutuhkan biaya yang besar. Pencampuran AlMCM-41 dengan katalis yang jumlahnya melimpah di Indonesia diharapkan dapat menekan biaya produksi perengkahan katalitik tersebut. Zeolit dan bentonit merupakan katalis yang jumlahnya melimpah di Indonesia dan banyak digunakan di industri. Bentonit memiliki ukuran pori yang lebih besar dibandingkan dengan zeolit sehingga pencampuran katalis mesopori AlMCM-41 dengan bentonit diharapkan dapat meningkatkan efektifitas perengkahan katalitik minyak jarak. Menurut Direktorat Sumber Daya Mineral, cadangan bentonit yang tersebar di Indonesia sangat melimpah yakni berkisar ton. Struktur lempung mempunyai lapisan dapat mengembang sehingga untuk memperbesar ukuran pori 6

7 7 maka lapisan tersebut dapat disisipi dengan gugus bermuatan positif dalam proses pertukaran kation. Struktur bentonit yang memiliki lapisan yang dapat mengembang ini diharapkan dapat lebih unggul dibandingkan dengan zeolit. Bentonit alam belum dapat digunakan sebagai katalis secara langsung karena masih memiliki tingkat keasaman dan ukuran pori yang kecil sehingga perlu dilakukan aktifasi yaitu salah satunya aktifasi asam menggunakan HCl. Bentonit memiliki pori dengan ukuran kecil yang teratur dan memiliki keasaman yang rendah sehingga untuk meningkatkan keasaman dilakukan aktifasi dengan asam. Proses perengkahan katalitik terjadi di dalam reaktor. Proses pemutusan ikatan C-C terjadi di dalam reaktor yang dibantu oleh adanya katalis. Reaktor dimodifikasi dengan cara menambah ukuran panjang dari reaktor yang berada di luar furnace, sehingga diharapkan dapat menghasilkan konversi fraksi ringan yang lebih banyak karena fraksi berat dan minyak yang belum terengkah akan kembali masuk kedalam reaktor karena terdinginkan oleh pemanjangan yang berada di luar furnace dan terjadi perengkahan ulang sebelum keluar menjadi produk. 7

8 8 1.2 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah membuat katalis campuran Ni/AlMCM-41, H/AlMCM-41 dan H/bentonit untuk perengkahan minyak jarak pagar (jatropha curcas oil) menggunakan reaktor termodifikasi untuk menghasilkan biofuel. 1.3 Manfaat Pembuatan katalis H/AlMCM-41, Ni/AlMCM-41 dan H/bentonit untuk perengkahan katalitik minyak jarak pagar (jatropha curcas oil) menggunakan reaktor termodifikasi untuk menghasilkan biofuel diharapkan dapat menjadi salah satu solusi pemecahan masalah krisis energi di masa depan. 8