659 PENINGKATAN RASIO KATALIS H-ZEOLIT/K UNTUK PRODUKSI BIODIESEL BERAZASKAN CRUDE PALM OIL Eka Kurniasih, Pardi Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe Email : echakurniasih@yahoo.com ABSTRAK Katalis H-zeolit/K adalah salah satu jenis katalis heterogen yang saat ini diperkirakan mampu menggeseer keberadaan katalis homogen seperti NaOH, KOH, dalam industri biodiesel. Penggunaan katalis heterogen dinilai lebih efektif karena tidak menghasilkan produk samping berupa sabun diakhir proses. Kondisi ini akan mempersingkat waktu produksi karena tahapan separasi produk samping dapat diabaikan. Dalam penelitian ini, digunakan katalis H-Zeolit/K untuk memproduksi biodiesel berazaskan crude palm oil (CPO). Rasio katalis H-zeolite/K divariasikan dari 2,5%-15% (b/b). Crude palm Oil sebelum digunakan sebagai bahan baku, diubah menjadi crude ester melalui reaksi esterifikasi untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas (ALB). Melalui tahap esterifikasi ALB yang terkandung dalam CPO dapat diturunkan hingga 59%. Selanjutnya crude ester yang terbentuk ditingkatkan kandungan esternya melalui reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen H-zeolit/K. Parameter uji terhadap keaktifan katalis H-zeolit/K adalah kandungan ester dalam produk biodiesel yang dihasilkan. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa pada rasio katalis H-zeolit/K 2,5% (b/b) diperoleh kandungan ester tertinggi sebesar 82,9983%. Kata Kunci : Biodiesel, Crude ester, Crude Palm Oil, H-zeolit/K, Katalis ABSTRACT H-zeolite/K Catalyst is one type of heterogeneous catalyst which is currently expected can replace the represence of homogeneous catalysts such as NaOH, KOH in biodiesel industry. The use of heterogeneous catalysts is more effective because it does not produce by products such as soaps at the end of the process. This condition will give shorten production time because the separation phase of by products can be ignored. This research used H- zeolite catalyst/k to produce biodiesel based crude palm oil (CPO). The ratio of H-zeolite catalyst/k varied from 2.5% -15% (w/w). Crude palm oil before it is used as a raw material, is converted into crude ester by the esterification reaction to reduce free fatty acids (FFA) content. Through the esterification stage, FFA contained in CPO can be reduced up to 59%. Furthermore the crude ester which is form, enhanced its ester content by transesterification reaction using heterogeneous catalysts H-zeolit/K. The parameter test of H-zeolite catalyst activies was the ester content in the product of biodiesel. The result showed that the ratio of H-zeolite catalyst /K 2.5% (w/w) obtained the highest ester content of 82.9983%. Key Words : Biodiesel, Crude ester, crude Palm Oil, H-zeolit/K, Catalyst PENDAHULUAN Pada saat menerima hak paten atas mesin ciptaannya di Pekan Raya Paris di tahun 1912, Rudolf Christian Karl Diesel telah menyampaikan pemikirannya yang merupakan prediksi atas penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar masa depan sebagai pengganti minyak bumi dan produk batubara. Bergesernya penggunaan bahan bakar fuel saat ini
660 menuju biofuel menjadi suatu fenomena yang tidak dapat disangkal lagi dan telah diprediksi beberapa tahun yang lampau. Ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis, diiringi dengan peningkatan konsumsi energi terutama dari sektor industri dan otomotif mengharuskan peningkatan percepatan pengembangan biofuel skala industri. Biodiesel adalah salah satu jenis biofuel selain bioetanol dan biogas yang berpotensi menggantikan keberadaan solar. Saat ini penggunaan biodiesel masih pada taraf blending dengan solar dari minyak bumi. Pemerintah telah mengeluarkan PP No.5 Tahun 2006 mengenai kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai bahan bakar pengganti minyak. (Yuliani, 2012). Biodiesel dari minyak sawit mentah (crude palm oil) merupakan harapan baru untuk menjawab sebagian kebutuhan energi di tanah air. Mengingat bahwa Indonesia tercatat sebagai negara produsen kelapa sawit terbesar kedua di dunia setelah Malaysia. Produksi minyak kelapa sawit Indonesia saat ini mencapai 6,5 juta ton per tahun dan tahun 2012 meningkat hingga 15 juta ton per tahun karena pengembangan lahan. Perkebunan kelapa sawit Indonesia tersebar disepanjang pulau Sumatera dan Kalimantan. Terdapat beberapa titik sentral perkebunan kelapa sawit di pulau Sumatera, yaitu Aceh, Riau dan Jambi. Di Propinsi Aceh terdapat 132 pabrik pengolahan kelapa sawit dengan lokasi pabrik tersebar luas diseluruh propinsi Aceh. (http:acehinvestment.com). Tingginya biaya produksi biodiesel dari minyak nabati lainnya justru menjadi keunggulan bagi pengembangan crude palm oil (CPO) sebagai bahan bakar alternatif. Karena bila dibandingkan dengan jenis minyak nabati lain sebagai penghasil bahan bakar alternatif, penggunaan CPO sebagai bahan baku akan jauh lebih murah. (Zuhdi, 2005). Sintesa biodiesel selama ini lebih banyak menggunakan katalis homogen, seperti asam dan basa. Penggunaan katalis homogen ini menimbulkan permasalahan pada produk yang dihasilkan, antara lain masih mengandung katalis, yang mengharuskan adanya proses separasi untuk memurnikan produk biodiesel. (Buchori, 2009). Selain itu penggunaan katalis basa juga dapat menimbulkan reaksi samping yaitu reaksi penyabunan sehingga mempengaruhi proses pembuatan biodiesel. Meninjau kondisi tersebut, maka dalam perkembangannya berbagai penelitian dikembangkan untuk menemukan katalis yang bersifat heterogen untuk menggeser kecenderungan penggunaan katalis konvensional (katalis homogen). Telah diketahui bahwa zeolit dapat dimanfaatkan sebagai katalis heterogen dalam sintesa biodiesel. Hanya saja belum dimanfaatkan secara optimal. Sumber daya alam zeolit yang terdapat di Nanggroe Aceh Darussalam sangat besar sehingga menjamin kontinuitas ketersediaan bahan baku, disamping kelebihan yang dimiliki oleh zeolite bila dibandingkan dengan katalis heterogen lainnya. Zeolit adalah senyawa mineral yang memiliki struktur berongga dan biasanya diisi oleh air dan kation yang dapat dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh karena itu, zeolite dapat digunakan sebagai katalisator, penukar ion, absorber dan penyaring. Daya kerja zeolit dapat ditingkatkan dengan cara mengaktifasi zeolit terlebih dahulu (Susilowati, 2012). Zeolit sebelum digunakan sebagai katalis terlebih dahulu diaktivasi menggunakan HCl 6 M, kemudian diimpregnasi menggunakan senyawa KI. Kinerja katalis zeolit diukur berdasarkan perolehan kandungan ester dalam produk biodiesel. Dalam penelitian ini
661 dilakukan variasi rasio katalis H-zeolit/K untuk mengetahui rasio katalis yang optimal memberikan perolehan kandungan ester. 1. Crude Palm Oil (CPO) Dalam penelitian ini, biodiesel diproduksi berazaskan CPO, hal ini berkaitan dengan kontinuitas bahan baku. Hingga saat ini, kektor industri minyak kelapa sawit (Crude Palm Oil/CPO) Indonesia terus tumbuh pesat dari tahun ke tahun. Produksi CPO meningkat menjadi 21,0 juta ton pada 2010 dari tahun sebelumnya 19,4 juta ton. Pada 2011 ini produksi diperkirakan akan naik 4,7% menjadi sekitar 22,0 juta ton. Sementara itu, total ekspor juga meningkat, pada 2010 tercatat sekitar 15,65 juta ton, kemudian diperkirakan akan melonjak menjadi 18,0 juta ton pada 2011. Sampai saat ini Indonesia masih menempati posisi teratas sebagai negara produsen CPO terbesar dunia, dengan produksi sebesar 21,8 juta ton pada 2010. Dari total produksi tersebut diperkirakan hanya sekitar 25% sekitar 5,45 juta ton yang dikonsumsi oleh pasar domestik. Peningkatan produksi CPO didukung oleh total luas areal perkebunan kelapa sawit yang terus bertambah yaitu menjadi 7,9 juta hektar pada 2011 dari 7,5 juta hektar pada 2010. (Indonesian Newsletter, 2011). Biomassa yang dapat dikembangkan menjadi biodiesel terdiri dari berbagai jenis tanaman yang mencapai sekitar 54 jenis tanaman yang dapat dikonsumsi maupun yang tidak dapat dikonsumsi, seperti jarak pagar (Jatropha curcas), kelapa sawit (Elais guineensis), kelapa (Cocos nucifera), karet (Hevea brasiliensis) dan lain-lain. Diantara berbagai jenis tanaman tersebut, kelapa sawit merupakan tanaman yang telah dibudidayakan secara intensif di Indonesia, khususnya dalam produksi crude palm oil (CPO). Saat ini CPO digunakan sebagai bahan baku pembuatan minyak goreng dalam negeri ataupun komoditas ekspor. Kelapa sawit sebagai tanaman penghasil CPO merupakan tanaman perkebunan yang terdapat hampir di seluruh wilayah Indonesia. Sumatera saat ini merupakan wilayah yang mempunyai lahan kelapa sawit terbesar di Indonesia, khususnya Aceh, Sumatera Utara, Riau dan Lampung. Oleh karena itu, bila ditinjau dari ketersediaan bahan baku, maka kelapa sawit merupakan bahan yang paling potensial untuk dipergunakan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. (Sugiyono, 2012) Dalam daging buah diperoleh kadar crude palm oil (CPO) sekitar 43 persen, yang tersusun atas berbagai jenis asam lemak. Berikut ini adalah kandungan asam lemak yang terdapat dalam crude palm oil (CPO). Tabel 2.1 Komposisi Crude Palm Oil (CPO) Jenis Asam Lemak Persentase (%) Asam Kaprilat - Asam Kaproat - Asam Laurat (C 12 ) - Asam Miristat (C 14 ) 1,10 2,50 Asam Palmitat (C 16 ) 40,0 46,0 Asam Stearat (C 18 ) 3,60 4,70 Asam Oleat 39,0 45,0 Asam Linoleat 7,0 11,0 (Sumber : Ketaren, 1986)
662 Kadar asam lemak bebas dalam crude palm oil (CPO) dipengaruhi oleh tingkat kematangan (ripe) dari buah kelapa sawit. Semakin lewat matang buah kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan baku, semakin tinggi pula kadar asam lemak bebas. Kenaikan kadar ALB juga turut dipercepat oleh faktor panas, H 2 O, keasaman dan biokatalis. (Ketaren, 1986) METODE PENELITIAN Aktivasi Zeolite Pada penelitian ini, zeolit yang akan digunakan diaktivasi terlebih dahulu menggunakan HCl 6 M yang bertujuan untuk menghilangkan partikel-partikel pengotor yang mempengaruhi kinerja zeolit sebagai katalis. Selanjutnya H-zeolit diimpregnasi menggunakan senyawa KI 2,5% selama 2 jam pada temperatur 90 o C. Tujuan impregnasi adalah menempelkan inti aktif K pada H-zeolite untuk membentuk H-zeolit/K yang siap digunakan sebagai katalis dalam produksi biodiesel. Produksi Crude Ester Crude palm oil (CPO) yang digunakan sebagai bahan baku sebelumnya diubah menjadi crude ester sebelum diumpankan sebagai bahan baku dalam pembuatan biodiesel. Pengubahan CPO menjadi crude ester dilakukan melalui reaksi esterifikasi menggunakan katalis asam H 2 SO 4 15% (b/v). reaksi berlangsung selama 2 jam pada temperatur 65 o C.(Kurniasih, 2012) Hasil dan Pembahasan Esterifikasi Penelitian ini melibatkan dua tahap reaksi yaitu esterifikasi dan transesterifikasi. Tujuan dilakukannya reaksi esterifikasi adalah untuk menurunkan kandungan asam lemak bebas (ALB) yang terkandung dalam CPO. Melalui reaksi esterifikasi akan terbentuk air sebagai hasil samping reaksi sehingga kadar air terikat dalam bahan baku menjadi berkurang. Kadar air yang tinggi akan menyebabkan kualitas biodiesel menjadi menurun. CPO yang digunakan memiliki bilangan asam sekitar 40, setelah dilakukan reaksi esterifikasi turun menjadi 16,4%, hal ini menunjukkan terjadinya penurunan kandungan ALB yang signifikan, berkisar 59%. Kinerja Katalis H-Zeolit/K Penelitian untuk mendapatkan level katalis H-zeolite dilakukan pada rasio 2,5%; 5%; 7,5%; 10%; 12,5%; 15% (b/b) terhadap berat bahan baku (crude ester) yang digunakan. Rasio mol bahan baku yang digunakan adalah 6:1 (metanol:crude ester). Bahan baku crude ester diperoleh dari reaksi esterifikasi. Selanjutnya dilakukan reaksi transesterifikasi menggunakan katalis heterogen H-zeolit/K untuk meningkatkan kandungan ester dalam produk. Dari hasil penelitian diketahui bahwa, rasio katalis H-zeolit/K 2,5% (b/b) memberikan konversi terbaik dalam perolehan biodiesel. Kondisi ini menunjukkan bahwa peningkatan rasio katalis H-zeolit/K tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap peningkatan kandungan ester.
663 Gambar 1. Grafik Hubungan Rasio Zeolit Terhadap Perolehan Kandungan Ester Gambar 2. Katalis H-Zeolit/K Hal ini dimungkinkan pada penggunaan rasio katalis H-zeolit/K diatas 2,5% (b/v) terjadi kejenuhan kondisi katalis karena terbatasnya jumlah reaktan (kandungan asam lemak) yang akan diubah menjadi ester. Sehingga terjadi pembatasan rantai asam lemak yan tersedia untuk dikonversi menjadi ester, yang mengakibatkan peningkatan level rasio katalis H- zeolit/k hingga 15% (b/v) tidak memberikan pengaruh bagi peningkatan konversi metil ester dalam produk biodiesel. Produk biodiesel yang dihasilkan, diseparasi dengan memisahkan gliserol dan katalis heterogen dengan teknik dekantasi dan filtrasi. Proses separasi berjalan dengan lebih mudah dan efisien karena tahap pencucian dengan air dilewati karena penggunaan katalis heterogen tidak menyebabkan terjadinya pembentukan produk samping berupa sabun, seperti yang terjadi pada penggunaan katalis homogen. Gambar 3. Kromatografi Gas Produk Biodiesel Katalis H-zeolit/K 2,5% (b/v)
664 SIMPULAN Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa katalis H-zeolit/K memberikan pengaruh optimal pada rasio 2,5% (b/v) dengan perolehan kandungan ester sebesar 82,9983%. Katalis H-zeolit/K yang disintesa melalui metode aktivasi dan impregnasi dengan senyawa KI memberikan performa yang baik sebgai katalis biodiesel walaupun penggunaannya belum seoptimal katalis homogen, tetapi secara kebutuhan produksi penggunaan katalis heterogen dinilai sangat ekonomis. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementrian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang telah mendanai kegiatan ini selama 1 periode (tahun pelaksanaan 2016). Ucapan terima kasih kepada Unit Penelitian dan Pengabdian Masyrakat (UP2M) Politeknik Negeri Lhokseumawe yang telah menjadi jembatan dalam pengembangan ilmu dan teknologi, serta kepada Pusat Penelitian Kelapa Sawit-PPKS Medan atas kerjasamanya. DAFTAR PUSTAKA Buchori,L dan Widayat, 2009, Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas dengan Proses Catalytic Cracking, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia, Bandung. http://2012.acehinvestment.com/perusahaan-pmdn.html (diakses 14 Maret 2013). Indonesian Comercial News Letter. Juni 2011. Industri Palm Oil Di Indonesia. http://www.datacon.co.id/sawit-2011profilindustri.html (diakses 18 Juni 2012). Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak Dan Lemak Pangan. Universitas Indonesia Press. Jakarta Kurniasih, Eka., Pardi., Raudah, Indrawati. 2012. Optimasi proses pembuatan biodiesel dari crude palm oil (CPO) menggunakan response surface methodology. Laporan Penelitian Politeknik Negeri Lhokseumwe Sugiyono, Agus. Peluang Pemanfaatan Biodiesel Dari Kelapa Sawit Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pengganti Minyak Solar Di Indonesia. http://www.oocities.org/markal_bppt/publish/biofbbm/bisugi.pdf (diakses 25 Juni 2012) Susilowati, 2006, Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk dengan Katalis Zeolit, Jurnal Teknik Kimia, Vol.1, No.1, hal 10-14. Yuliani, Fitri., Mira Primasari, Orchidea Rachmaniah dan M.Rachimullah. 2012. Pengaruh Katalis Asam (H 2 SO 4 ) dan Suhu Reaksi Pada Reaksi Esterifikasi Minyak Biji Karet (Hevea brasillensis) menjadi biodiesel. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya. Zuhdi, MF., Aguk dan Bibit S Rahayu. 2005. Proses Pembuatan dan Karakteristik Biodiesel Dari Crude Palm Oil (CPO) Serta Teknik Blending Dengan Minyak Solar. Fakultas Teknologi Kelautan. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya