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 : mnasikin@che.ui.edu 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 (H 2 SO 4 ). Kondisi operasi berada pada tekanan atmosfer serta suhu antara 100 sampai 200 o C 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 150 o C 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 150 o C 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. 1
1. Pendahuluan Gasoline (bensin) dihasilkan dari perengkahan minyak bumi dimana dewasa ini persediaannya semakin menipis. Untuk mengatasi masalah ini, maka diperlukan sumber alternatif lain untuk menghasilkan bahan bakar kendaraan bermotor Sumber bahan bakar alternatif tersebut adalah minyak sawit. Indonesia merupakan negara keduapenghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia setelah Malaysia.(1) Dalam industri penyulingan minyak, bensin dihasilkan dari perengkahan katalitik dengan menggunakan katalis asam. Mengingat minyak sawit mengandung senyawa hidrokarbon seperti halnya minyak bumi, maka perengkahan katalitik terhadap minyak sawit apalagi yang telah berbentuk metil ester dapat menghasilkan bensin. Pada proses perengkahan, adanya inisiator dapat mempercepat terjadinya reaksi. Dengan adanya inisiator peroksida, katalis yang memiliki kekuatan asam relatif rendah dapat mengakibatkan terjadinya perangkahan senyawa hidrokarbon.(2,3) Pada penelitian sebelumnya, sintesis biogasoline menggunakan bahan baku trigliserida dapat menurunkan berat molekul dari 848.9 gr/mol menjadi 697 gr/mol yang masih terlalu besar bila dibandingkan dengan berat molekul bensin (BM = ± 114). Oleh karena itu, pengembangan penelitian sintesis biogasoline menggunakan turunan trigliserida yang memiliki berat molekul lebih rendah.(4) Sedangkan peneliti yang lain, melaporkan bahwa sintesis bensin dari minyak sawit menghasilkan senyawa hidrokarbon dengan jenis yang sangat banyak dan konversi yang sangat rendah. (5) Metil ester mengandung metil oleat dan metil linoleat yang memiliki ikatan rangkap. Karena olefin lebih mudah mengalami perengkahan maka ikatan rangkap pada metil ester inilah yang nantinya akan lebih mudah mengalami perengkahan menjadi senyawa yang lebih pendek. Inisiator peroksida akan membuat metil oleat dan metil linoleat menjadi radikal bebas yang kemudian akan mempermudah reaksi perengkahan dengan asam sulfat. 2. Penelitian 2.1 Transesterifikasi Reaksi transesterifikasi minyak sawit ini menggunakan metanol dan katalis basa (NaOH) yang menghasilkan metil ester dan gliserin. Metil ester yang terbentuk dipisahkan dari gliserin. 2.2. Perengkahan Katalitik Metil Ester 2
Metil ester direaksikan dengan katalis asam sulfat pekat dan inisiator metil etil keton peroksida (MEKP). Reaksi berlangsung dalam reaktor batch pada suhu 100-200 o C dan tekanan 1 atm. 2.4. Analisis Hasil Reaksi Metode ASTM dipakai untuk mengalisis hasil reaksi yaitu analisis : viskositas, titik didih, berat molekul, bilangan oktana (ASTM D-2699 dan D- 2700 termodifikasi) dan FTIR. perengkahan hanya dengan katalis asam sulfat. Perbandingan hasil reaksi keduanya dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Peranan Inisiator pada Perengkahan Metil Ester (ME) ME Tanpa Dengan Inisiator Inisiator BM (gr/mol) 284.3 256.45 247.69 Bil. Oktana 86.12 86.54 88.74 3. Hasil Penelitian dan Pembahasan 3.1. Transesterifikasi Transesterifikasi minyak sawit menghasilkan metil ester seperti terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Transesterifikasi Minyak sawit 450 gr Metil Ester 350 gr Dari Tabel 1 terlihat bahwa konversi minyak goreng menjadi metil ester adalah sebesar 77.77%. Sebagian dari minyak sawit berubah menjadi gliserin dan sabun akibat reaksi saponifikasi yang dipicu adanya asam lemak hasil hidrolisis karena adanya air pada minyak sawit 3.2. Berat Molekul dan Bilangan Oktana Sebelum reaksi perengkahan menggunakan inisiator, dilakukan Dari Tabel 2 terlihat bahwa perengkahan dengan menggunakan katalis asam sulfat dan inisiator MEKP menghasilkan berat molekul yang lebih rendah dan bilangan oktana yang lebih besar dibandingkan dengan perengkahan tanpa menggunakan inisiator. Hal ini mengindikasikan bahwa inisiator mempercepat terjadinya perengkahan. Seperti reaksi pada umumnya, inisiator pada reaksi ini diindikasikan membentuk radikal bebas yang selanjutnya dapat mempercepat terjadinya reaksi. Kenaikan bilangan oktana mengindikasikan juga terjadi isomerisasi /alkilasi yang menyebabkan biogasoline memiliki struktur bercabang inisiator berperan positif pada reaksi tersebut. Gambar 1 menunjukkan perubahan berat molekul bensin sebagai fungsi 3
dengan perbandingan metil ester/katalis dan suhu reaksi. 290 270 BM 250 230 210 100 120 140 160 180 200 Suhu Reaksi (C) 100:1 75:1 50:1 metil ester Gambar 1. Pengaruh Suhu terhadap BM Berat molekul bensin ini berada antara 219-247 gr/mol, hal ini menandakan bahwa pada metil ester terjadi reaksi perengkahan menghasilkan senyawa dengan rantai molekul yang lebih pendek dari BM metil ester semula sebesar 284. Reaksi perengkahan semakin cepat terjadi pada suhu reaksi yang lebih tinggi sampai suhu sekitar 160 o C dan pada perbandingan metil ester/katalis sampai 50:1. 3.3. Bilangan Oktana Gambar 2 menunjukkan perubahan bilangan oktana bensin pada beberapa kondisi reaksi. Bilangan Oktana Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa bilangan oktana bensin hasil perengkahan memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan bilangan oktana metil ester pada semua kondisi operasi. Hal ini mengindikasikan adanya perubahan struktur molekul metil ester karena isomerisasi atau alkilasi sehingga membentuk konfigurasi produk reaksi dari normal menjadi bercabang. Bilangan oktana paling tinggi dicapai pada perbandingan metil ester/katalis 50:1 dan pada suhu 150 o C. Pada refinery minyak bumi, katalitik isomerisasi/alkilasi meningkatkan bilangan oktana terjadi pada suhu 110-170 o C agar tidak terjadi reaksi samping.(3) 3.4. Analisis FTIR Pada analisis FTIR metil ester, ikatan-ikatan yang mendominasi adalah ikatan CH pada CH 3 pada panjang gelombang 2854 cm -1, CH pada CH 2 pada 2927cm -1, CH pada C=C pada 3005 cm -1, CO pada 1741 cm -1, serta ON 90 89 88 87 86 100 120 140 160 180 200 Suhu Reaksi (C) 100:1 75:1 50:1 metil ester RC(CH 3 ) 3 pada 1170.80 cm -1. Pada umumnya ikatan-ikatan yang ada pada bensin sama dengan ikatan-ikatan yang terdapat pada metil ester, perbedaannya terletak pada absorbansi ikatan-ikatan tersebut. Perbedaan Gambar 2. Pengaruh Suhu terhadap 4
absorbansi ikatan-ikatan tersebut ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Tabel 3. Absorbansi FTIR Metil Ester dan Bensin Absorbansi/Kondisi Reaksi Jenis Ikatan 100:1 75:1 50:1, ME 100 0 C 120 0 C 150 0 C -CH pada 5.58 3.14 3 1.35 CH 2 -CH pada 1.07 1.18 1.05 1.05 CH 3 -CH pada 0.19 0.19 0.25 0.34 C=C RC(CH 3 ) 3 0.27 0.33 0.23 0.45 Perubahan nilai absorbansi yang telah dipaparkan pada Tabel 3 menunjukkan telah terjadi perubahan struktur pada metil ester. Pada reaksi perengakahan, adanya pemutusan akan menambah jumlah ikatan CH pada C=C karena perengkahan 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 yang terjadi lebih cepat. Sedangkan ikatan CH pada CH 2 akan semakin berkurang seiring dengan semakin rendahnya perbandingan metil ester/katalis dan semakin tingginya suhu reaksi. Ikatan CH pada CH 2 berkurang karena ketika terjadi perengkahan, ikatan 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 semakin tinggi karena reaksinya yang semakin hebat dan semakin cepat. Pada ikatan RC(CH 3 ) 3, absorbansi yang paling tinggi terletak pada perbandingan metil ester/katalis 50:1 dan suhu 150 o C. Hal yang sama terjadi pada grafik pengaruh perbandingan metil ester/katalis dan suhu reaksi terhadap bilangan oktana. 4. Kesimpulan 1. Katalis asam sulfat dan inisiator MEKP dapat merengkah dan mengalkilasi/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. 5
DAFTAR PUSTAKA 1. Departemen Pertanian RI, Perkembangan 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, Penang- Malaysia, 2001 6