Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Crude Palm Oil dan Metanol dengan Proses Transesterifikasi Kapasitas ton/tahun Pendahuluan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Balakang Pendirian Pabrik Perkembangan di negara Indonesia untuk saat ini sangatlah meningkat baik kualitas maupun kuantitas sehingga kebutuhan akan bahan baku, bahan pembantu, maupun tenaga kerja semakin meningkat seiring berjalannya waktu. Indonesia adalah salah satu dari negara berkembang di dunia. Dan Indonesia adalah salah satu dari negara penghasil minyak bumi. Karena terbatasnya jumlah kilang yang dimiki untuk memproduksi bahan bakar minyak (BBM), Indonesia harus mengimpor BBM guna mencukupi kebutuhan domestik yang meningkat dengan pesat dari tahun ke tahun, baik digunakan untuk kebutuhan transportasi, industri, pembangkit listrik, dan sebagainya. Hal ini menyebabkan kebutuhan akan bahan bakar akan jauh semakin meningkat. Sedangkan untuk cadangan minyak bumi yang dimiliki Indonesia semakin terbatas karena merupakan produk yang tidak dapat diperbaharui. Namun, besarnya ketergantungan akan bahan bakar yang dibutuhkan ini tidak diimbangi dengan strategi pemerintah untuk menjamin ketersediaan bahan bakar yang dibutuhkan demi keberlangsungan aktivitas ekonomi dalam negeri. Tingkat konsumsi BBM dari tahun ke tahun semakin meningkat, BBM yang tersubsidi di Indonesia mengalami kenaikan hingga 10% per tahunnya. Dengan tidak adanya program penghemat energi, maka cadangan minyak di Indonesia hanya dapat hingga 20 tahun, yang artinya pada tahun 2036 cadangan minyak di Indonesia akan habis. Pemerintah pada saat ini masih tidak mampu memenuhi seluruh kebutuhan bahan bakar dari pasokan lokal. Pada kondisi kehidupan yang bergantung pada BBM impor yang semakin besar, pemakaian energi yang boros akan berdampak ke berbagai masalah yang akan menghambat pertumbuhan ekonomi di Indonesia. Melihat kondisi tersebut, pemerintah juga menetapkan rencana mengurangi 1

2 2 ketergantungan Indonesia pada BBM, dengan adanya Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti BBM. Walaupun kebijakan tersebut menekankan bahwa penggunaan batu bara dan gas sebagai pengganti BBM, kebijakan tersebut juga menetapkan sumber daya yang dapat diperbaharui seperti bahan bakar nabati (BBN) sebagai alternatif pengganti BBM. Usaha-usaha untuk mencari dan mengembangkan sumber bahan bakar alternatif terus dilakukan. Biodiesel adalah salah satu solusi sebagai alternatif bahan bakar untuk mesin diesel. Biodiesel merupakan bahan bakar monoalkil ester dari rantai panjang asam lemak yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui yakni minyak sayur atau minyak hewan. Biodiesel merupakan bahan bakar yang paling dekat untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama di dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaru yang dapat menggantikan diesel petroleum di mesin sekarang ini. Bahan baku pembuatan biodiesel antara lain Crude Palm Oil (CPO), kedelai, bunga matahari, minyak kelapa, jarak pagar dan berbgai jenis tumbuhan lainnnya. Pada kesempatan kalli ini, bahan baku utama yang akan digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah CPO dan Metanol. CPO sendiri diperoleh dari PTPN XIII. Sedangkan untuk metanol di dapatkan dari PT. Kaltim Metanol Indonesia yang berlokasikan di Bontang, Kalimantan Timur. Sehingga dengan adanya bahan baku CPO dan metanol yang mencukupi, sangat memungkinkan untuk didirikannya pabrik biodiesel di Indonesia. 1.2 Penentuan Kapasitas Pabrik Untuk bisa menentukan kapasitas suatu industri di haruskan untuk memperhatikan dari segi teknis, finansial dan ekonomis. Selain itu bisa juga dilihat dari sejauh mana kapasitas tersebut dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri yang semakin meningkat. Menentukan suatu kapasitas pabrik dapat mempertimbangkan faktor-faktor yang signifikan, yakni sebagai berikut:

3 Prediksi Kebutuhan Biodiesel Kebutuhan akan biodiesel setiap tahunnya di Indonesia semakin meningkat. Hal ini bisa dilihat dari kebutuhan impor biodiesel dari tahun 2009 hingga 2014 yang mengalami kenaikan. Kebijakan ini dilakukan karena pabrik di Indonesia yang memproduksi biodiesel masih kurang. Harga biodiesel lebih tinggi dari bahan bakar diesel. Sampai saat ini, terdapat tujuh produsen biodiesel di Amerika Serikat. Biodiesel murni (100%) terjual dengan harga $1.5 sampai $2 per galon sebelum kenaikan pajak. Pajak bahan bakar akan bertambah $0.5 per galon. Sedangkan untuk data statistik perdagangan Luar Negeri Indonesia dapat dilihat kebutuhan biodiesel di Indonesia dari tahun 2009 sampai 2014 pada Tabel 1.1: Tabel 1.1 Kebutuhan Impor Biodiesel di Indonesia: Tahun Kapasitas (Ton/tahun) (BPS, ) Ketersediaan Bahan Baku Untuk mendirikan suatu pabrik, dapat mempertimbangkan ketersediaan bahan baku. Hal ini bertujuan untuk memudahkan kinerja pabrik sehingga proses produksi dapat berjalan dengan baik. Bahan baku utama disini adalah CPO dan Metanol. Kebutuhan CPO dipenuhi

4 4 oleh PTPN XIII dan metanol dipenuhi oleh PT. Kaltim Metanol Indonesia. Untuk itu pabrik biodiesel layak didirikan di Indonesia, terutama di Kalimantan Kapasitas Pabrik Biodiesel Di Indonesia ada beberapa pabrik yang telah memproduksi biodiesel, diantaranya dapat dilihat pada Tabel 1.2: Tabel 1.2 Daftar Pabrik Produsen Biodiesel di Indonesia: No. Nama Produsen Kapasitas (ton/tahun) 1 PT Energi Alternatif 2 PT Eterna Buana Chemical Industries 3 PT Indo Biofuel Energi 4 PT Anugrah Inti Gemanusa 5 PT Wilmar Bioenergi Indonesia 6 PT Wilamr Nabati Indonesia 7 PT Sumi Asih Oleo Chemical 8 PT Eterindo Nugraha 9 PT Parmex Biofuel 10 PT Pelita Agung Asri Industri 11 PT Musim Mas I 12 PT Musim Mas II 13 PT Multikimia Inti Pelangi 14 PT Cemerlang Energi Perkasa

5 5 No. Nama Produsen Kapasitas (ton/tahun) 15 PT Kenzie Mega Politan 16 PT Ganesha Energi 17 PT Damai Sejahtera Sentosa Coding 18 PT Bioenergi Pratama Jaya 19 PT Nusantara Bio Energi (Sumber Dari Tabel 1.2 dapat dilihat kapasitas pabrik biodiesel yang sudah berproduksi berkisar antara ton/tahun. Dengan pertimbangan kebutuhan dalam negeri yang semakin meningkat dan kapasitas minimal pabrik yang sudah ada maka dalam prarancangan ini dipilih kapasitas ton/tahun 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Pemilihan lokasi suatu pabrik sangatlah penting dalam perancangan pabrik, karena merupakan faktor penentu keberhasilan pabrik yang akan didirikan. Hal ini merupakan perhitungan berdasarkan teknis pengoperasian pabrik dan dari segi ekonomis dari perusahaan tersebut. Pemilihan lokasi pabrik yang tepat dapat memberikan keuntungan yanng maksimal. Lokasi pengoperasian pabrik dapat ditentukan oleh beberapa faktor utama, sedangkan lokasi pabrik dapat ditentukan oleh faktor pendukung lainnya. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor diatas, maka rencana pendirian pabrik di Indonesia, Bontang, Kalimantan Timur, dengan mempertimbangkan faktor-faktor sebagai berikut: Letak Sumber Bahan Baku Letak dan lokasi bahan baku pembuatan biodiesel sangatlah berpengaruh dalam kelangsungan hidup suatu pabrik. Bahan baku

6 6 pembuatan biodiesel adalah CPO dan diperoleh dari PTPN XIII. Sedangkan metanol dari PT Kaltim Metanol Indonesia di Bontang, Kalimantan Timur. Walaupun Kalimantan bukan penghasil sawit terbesar, namun kebutuhan akan bahan baku yang dekat ini mampu menekan biaya pengangkutan serta transportasi bahan baku menuju ke tempat pengolahan Pemasaran Produk Lokasi pemasaran produk dapat mempengaruhi biaya harga produk. Pendirian lokasi pabrik yang berdekatan dengan pasar utama adalah bertujuan untuk mempermudah pemasaran produk agar segera sampai ke tempat konsumen Transportasi Pengaruh faktor transportasi terhadap lokasi pabrik meliputi pengangkutan bahan baku, bahan bakar, bahan pendukung dan produk yang dihasilkan. Fasilitas transportasi yang memadai seperti jalan raya sebagai transportasi darat dan pelabuhan sebagai sarana transportasi laut dapat mempermudah dalam transportasi bahan baku dan pemasaran produk Tenaga Kerja Tenaga kerja merupakan faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan lokasi pabrik. Perekrutan tenaga kerja memprioritaskan lulusan pendidikan yang cukup maju, sehingga bisa memperoleh tenaga kerja di sekitar lokasi pabrik dan dapat menjamin terlaksananya pendirian pabrik produksi biodiesel di Indonesia Utilitas Fasilitas utilitas sendiri meliputi penyediaan air dan listrik. Di daerah Bontang ini terletak di sungai, sehingga penyediaan air di dapatkan dari

7 7 air sungai. Kebutuhan listrik dapat memanfaatkan listrik PLN maupun swasta yang sudah masuk ke wilayah ini Faktor Pendukung dalam Pemilihan Lokasi Pabrik a. Harga Tanah dan Gedung Kalimantan bukan daerah metropolis, sehingga harga tanah dan bangunan masih dapat dijangkau. b. Perluasan Pabrik Kalimantan merupakan daerah yang belum padat penduduk, sehingga daerahnya banyak yang kosong, dan memungkinkan untuk perluasan area pabrik dengan banyak lahan yang dapat dimanfaatkan. c. Ketersediaan Air yang cukup Air untuk proses dalam pabrik, dapat menggunakan air sungai yang mempunyai debit relatif besar dalam tiap tahunnya dengan diolah terlebih dahulu. d. Tanah dan Iklim Tanah yang cukup datar dan iklim yang cukup stabil karena daerah Bontang ini termasuk daerah katulistiwa dengan suhu rata-rata 26-28ºC. e. Keadaan tanah untuk rencana pembangunan dan pondasi f. Perumahan penduduk atau bangunan lain. 1.4 Tinjauan Pustaka Macam-macam Proses Biodiesel merupakan senyawa mono-alkil ester dari asam lemak rantai panjang yang diturunkan dari lipida yang bisa diperbaharui. Ada beberapa jenis proses pembuatan biodiesel, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Transesterifikasi Proses transesterifikasi bertujuan untuk menurunkan viskositas (kekentalan) minyak, sehingga mendekati nilai viskositas solar.

8 8 R1 R2 R3 Nilai viskositas yang tinggi akan menyulitkan pemompaan bahan bakar dari tangki ke ruang bahan bakar mesin dan menyebabkan pembakaran kurang sempurna dan menimbulkan endapan pada nosel (Hambali dan Erliza, 2007). Metode transesterifikasi merupakan metode yang umum digunakan untuk proses biodiesel metode ini bisa menghasilkan biodiesel hingga rendemen 95% dari bahan baku minyak tumbuhan. Metode transesterifikasi pada dasarnya terdiri atas 4 tahapan. Pertama, pencampuran katalis alkalin (NaOH atau KOH) dengan alkohol (metanol atau etanol). Kedua, pencampuran alkohol dan katalis dengan minyak pada suhu 60 C dengan kecepatan pengadukan konstan. Ketiga, setelah reaksi berhenti, campuran didiamkan hingga terjadi pemisahan antara metil ester dan gliserol. Metil ester yang dihasilkan pada tahap ini sering disebut crude biodiesel, karena masih mengandung zat pengotor, seperti metanol, sisa katalis alkalin, gliserol dan sabun. Keempat, metil ester yang dihasilkan pada tahap ketiga dicampur menggunakan air untuk memisahkan zat-zat pengotor dan kemudian dilanjutkan dengan drying untuk menguapkan air yang terkandung dalam biodiesel (Hambali dan Erliza, 2007). Berikut disajikan reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol untuk menghasilkan biodiesel (Hambali dan Erliza, 2007): O C OCH2 O Katalis HOCH2 O C OCH + 3CH3OH HOCH + 3R C OCH3 O HOCH2 C OCH2...(1) Trigliserida Metanol Gliserol Biodiesel

9 9 2. Esterifikasi Bahan baku yang digunakan adalah minyak mentah yang memiliki kadar asam lemak bebas (FFA) (Free Fatty Acid) tinggi (>5%), seperti minyak jelantah, PFAD (Palm Fatty Acid Distillate), dan minyak jarak. Proses esterifikasi bertujuan untuk menurunkan kadar FFA hingga dibawah 5%, agar pada saat proses transesterifikasi dilakukan berjalan efisien. Umumnya, proses esterifikasi menggunakan katalis asam. Asam-asam pekat seperti asam sulfat (sulphuric acid) dan asam klorida (chloride acid). Pada tahap ini akan diperoleh campuran metil ester kasar dan metanol sisa yang kemudian dipisahkan. Proses esterifikasi dilanjutkan dengan proses transesterifikasi terhadap produk pertama dengan menggunakan katalis alkalin. Pada tahap selanjutnya sama dengan tahap pada proses transesterifikasi (Hambali dan Erliza, 2007). O Katalis O Asam R C OH + CH 3 OH R C OCH 3 + H 2 O...(2) Asam Lemak Metanol Metil Ester Air Kegunaan Produk 1. Biodiesel a. Biodisel berfungsi sebagai bahan bakar alternatif pengganti minyak bumi khusus untuk mesin disel otomotif dan industri b. Menanggulangi pencemaran lingkungan akibat pembakaran bahan bakar fosil. 2. Gliserol a. Kosmetik Dalam dunia fashion, kosmetik bukanlah hal yang tabu. Kegunaan dari gliserol sendiri sebagai humectant, lubricant,

10 10 solvent, body agent, dan emolient dalam kosmetik. Dan biasanya digunakan untuk lotion, skin cream, sabun, detergen, shampo dan hair conditioner. b. Peledak Digunakan sebaga bahan dasar peledak dalam perusahaan nitrogliserin. c. Industri Makanan dan Minuman Digunakan sebagai solvent, conditioner, freeze, preventer, coating, emulsifer dan juga dalam industri minuman anggur. d. Industri Logam Sebagai pickling, quenching, stripping, electroplating, galvanizing, soffering dan lain sebagainya. e. Dental Cream Sebagai humectant Sifat fisika dan sifat kimia bahan baku dan produk 1. Bahan baku a. CPO 1) Sifat fisis: Rumus molekul : RCOOCH Berat molekul : 847,28g/gmol Wujud (30 C, 1atm) : cair Warna : kuning jingga Densitas : 890,275 kg/m³ Viskositas : 26,4 cp Titik didih : 300 C Kemurnian : 100% (Perry, 1997) 2) Sifat kimia: Esterifikasi

11 11 Proses esterifikasi bertujuan untuk asam-asam lemak bebas dari trigliserida,menjadi bentuk ester. Reaksi esterifikasi dapat dilakukan melalui reaksi kimia yang disebut interifikasi atau penukaran ester yang didasarkan pada prinsip transesterifikasi Fiedel-Craft. Reaksi minyak sawit (Trigliserida): Safonifikasi hidrolisis dengan alkali sabun (foam) mengganggu jantung Hidrogenasi lemak tak jenuh dihidrolisa menjadi lemak jenuh Komersial minyak dirubah menjadi margarin dan shortening (padat) Interesterifikasi Ester yang beralkohol rendah diperoleh dengan mereaksikan alkohol denagn lemak untuk menggantikan gliserol, digunakan katalis alkali. Dan reaksinya adalah reaksi alkoholis : C 3H 5(COOR) 3 + 3CH 3OH 3CH 3OOCR + C 3H 5(OH) 3...(3) b. Metanol 1) Sifat fisis: Rumus molekul : CH3OH Berat molekul, : 32,04 g/gmol Wujud, cair (30 ºC, 1atm) : cair Kenampakan : tak berwarna Densitas : 792 kg/m 3 Viskositas : 0,5410 cp Titik didih : 64,5 o C Titik beku : -97 o C Suhu kritis : 239 o C (Perry,1997)

12 12 c. NaOH Sifat kimia: Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut: 2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O... (4) Esterifikasi methanol Methanol bereaksi dengan asam organik membentuk ester H(+) CH3OH + HCOOH ===> HCOOCH3 + H2O...(5) Methanol Formic Acid Methyl Formate Water Methanol bereaksi dengan Sodium pada suhu kamar untuk membebaskaan Nitrogen 2 CH3OH + 2 Na ===> 2CH3ONa + H2... (6) Methanol Sodium Sodium Hydrogen Methoxide 1) Sifat Fisis Nama Rumus molekul Berat molekkul Fase Warna : Sodium Hidroxide : NaOH : 40 g/mol : padat : putih padat Titik didih : 1390ºC Titik beku : 318,4ºC Kemurnian : 100% (Yaws, C., 1979) 2) Sifat Kimia Reaksi dengan larutan asam akan membentuk garam dan air: NaOH + HCl NaCl + H2O...(7) 2. Produk a. Biodisel Sifat fisis: Nama : Methyl Ester

13 13 Molekul : R-COOCH3 Berat Molekul : 283,779 g/gmol Wujud : cair Warna : Jernih kekuningan Densitas : 810 kg/m 3 Viskositas : 7,3 cp Titik didih : ( )ºC Titik leleh : 4,5ºC Spesific gravity : 0,87-0,89 Cetane number : Nilai asam : 1 max KOH/g Titik asap : (-11 s/d 16) ºC Titik tuang : (-15 s/d 13) ºC Kemurnian : 100% Flash point : 130ºC b. Gliserol Sifat fisis : Nama : Glycerol Rumus Molekul Berat Molekul Wujud Warna : C3H8O3 : 92,09382 g/gmol : Cair : Jernih kekuningan Densitas : 1,261 g/cm 3 Vskositas : 2,68 cp Titik didih : 290 o C Titik beku : 18 o C Sifat kimia: Glycerol dapat mengalami glycolysis atau gluconeogenesis (tergantung pada kondisi-kondisi fisiologis), Glycerol dikonversi menjadi Intermediate glyceraldehyde 3-phosphate.

14 Tinjauan Proses Secara Umum Proses yang dipilih pada tugas prarancangan pabrik biodisel ini adalah proses transesterifikasi minyak sawit dan metanol karena proses ini berlangsung pada tekanan atmosferik dan temperatur yang lebih rendah dari proses esterifikasi. Selain itu, bahan baku yang digunakan adalah minyak sawit sehingga proses transesterifikasi lebih sesuai. Proses ini menggunakan katalis basa yakni NaOH yang dapat mempercepat reaksi. NaOH dipilih karena dapat menghasilkan konversi yang lebih tinggi dan mudah didapat. Katalis basa sangat kurang korosif daripada katalis asam. Dan reaksi ini berlangsung secara isotermal dengan suhu 60 C pada fase cair dan tekanan 1 atmosfir dan akan menghasilkan konversi sebesar 98%.