6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Biomassa Sebelum mengenal bahan bakar fosil, manusia sudah menggunakan biomassa sebagaisumberenergi.Biomassamengacupadamaterialyangberasaldarimakhluk hidup,tidaktermasukmaterialyangberhubungandengangeologi.Biomassadapat dikonversisecaralangsungatautidaklangsungmenjadibahanbakarhayatiyang dapatberupapadatan,cairanataugas.Sumberutamadaribiomassauntuk menghasilkanenergiadalahberbagaibiomassajenistumbuhandankayu-kayuan, biomassadaribuah-buahandanbijidanlain-lain.Melaluiproduk-produktersebut, energimataharisecaralangsungatautidaklangsungdipindahkanolehsuatuproses fotosintesissehinggamemungkinkantumbuhan-tumbuhantersebutmenghasilkan suatubiomassa.Prosespembakaranuntukmenghasilkanenergipanasmerupakan caratradisionaldalammenggunakanbiomassa,yangtelahdilakukanmanusia bersamaandenganditemukannyaapi.Biomassatersediadalamjumlahyang melimpahdanmurah,sertadimanfaatkandenganmengkonversikannyamenjadi produk-produkyangkayaenergimelaluiproses-prosestertentu(Zinoviev,et.al, 2007). Indonesiadengankekayaanalamnyayangmelimpah,mempunyaipotensi untukmenjadilumbungbioenergidunia.Potensiyangbenar-benartidakdapat diabaikanadalahtersedianyalahanyangluasuntukmembudidayakantanaman-7 tanamanyangpotensialsebagaisumberbahanbakubioenergi.Indonesiabahkan merupakannegarapenghasilminyaknabatiterbesardidunia,bahanbakuminyak nabatimeliputiasamlemakdarikelapasawit,jarakpagar,kelapa,sirsak,srikaya, kapuk, dan alga. (www.chem-is-try.org). Saatiniduniamenghadapikenyataanakanmenipisnyapersediaanenergi, khususnyaenergisebagaibahanbakar.Karenabahanbakaryangselamaini digunakanmerupakanbahanbakarfosilyangtidakdapatdiperbaharuidan penggunaannyasebagaibahanbakarseringkalimenghasilkansenyawa-senyawa beracundanmencemarilingkungan.Makaperludicarisuatuenergialternatifyang dapat diperbaharui dan aman terhadap lingkungan, yaitu biofuel. 2.2.Biofuel Biofueldigunakanuntukmenyatakanbahanbakaryangdihasilkandari biomassa, dapat berupa metil ester asam lemak atau alkana cair yang termasuk dalam kelompokbiodiesel,maupunetanol(bioetanol).Biodieselmerupakanbahanbakar yangmemilikisifatmenyerupaiminyakdiesel/solar.Bahanbakariniramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengandiesel/solar,yaitubebassulfur,bilanganasap(smokenumber)yangrendah, memilikicetanenumberyanglebihtinggi,pembakaranlebihsempurna,memiliki sifatpelumasanterhadappistonmesindandapatterurai(biodegradable)sehingga tidak menghasilkan racun (non toxic) (www.chem-is-try.org). 8 Biodiesel(FAME)merupakansuatuasamlemakmetilesteryangdihasilkan dari minyak nabati dan lemak hewan melalui reaksi transesterifikasi. Teknologi yang telahbanyakdigunakanuntukmemproduksibiodieseladalahtransesterifikasi trigliseridadariasamlemakdenganmetanol,menghasilkanmetilesterasamlemak (biodiesel)(Zinoviev,et.al,2007).Transesterifikasimerupakanreaksiantara trigliserida(minyak)denganalkohol(etanolataumetanol)denganadanyakatalis (NatriumHidroksidaatauKaliumHidroksida)menghasilkansuatumetilatauetil ester. R'OH +R"O ROR"OH +R'O RO Gambar 2.1. Reaksi Transesterifikasi Reaksitersebutmeghasilkanproduksamping,yaitugliserol.Sehinggaharga biodieselakanbergantungpadapenjualangliserol,danpeningkatanproduksi biodieselakanmenyebabkanhargadarigliserolmenjadirendah.Akibatnyauntuk menutupibiayaproduksimakahargajualbiodieselhasiltransesterifikasimenjadi lebih tinggi. Selainmelaluiprosestransesterifikasi,biodieseldapatjugadihasilkandari minyak nabatimelalui proses cracking, atau lebih tepatnya hydrocracking. Cracking atau perengkahan adalah suatu cara untuk memecah rantai molekul hidrokarbon yang 9 besarmenjadimolekulyanglebihkecil.Pemecahaninimenggunakansuhudan tekanan yang tinggi tanpa adanya katalis, atau suhu dan tekanan yang rendah dengan menggunakankatalis.Keunikandarireaksiiniadalahmolekulhidrokarbon dihancurkan secara acak untuk menghasilkan campuran hidrokarbon yang lebih kecil (www.chemguide.co.uk). Untukmengantipremium,alternatifnyaadalahgasohol(gasoline-alkohol) yangmerupakancampuranantarabensindanbioetanol.Bioetanolbersumberdari karbohidratyangpotensialsebagaibahanbakusepertijagung,ubikayu,ubijalar, sagu, dan tebu. Dari beberapa bahan baku tersebut, diketahui bahwa tanaman jagung merupakanpakanunggulanuntukbahanutamabioetanolkarenaselaindarisegi ekonomistergolongmurah,jumlahhasilbioetanolyangdihasilkanjagungternyata lebih besar diantara tanaman lain (www.chem-is-try.org).Setelahbahanbakudiatasmelaluiprosesfermentasi,dihasilkanlahetanol. Dandarietanoldapatdibuatetanol99,5%ataufuelgradeethanolyangbisa digunakanuntukcampurangasohol.Didalametanol,terdapat35%oksigenyang dapat meningkatkan efisiensi pembakaran mesin dan juga meningkatkan angka oktan seperti zat aditif Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE) dan Tetra Ethyl Lead (TEL). Selainitu,etanoljugabisateruraisehinggadapatmengurangiemisigasbuang berbahaya (www.chem-is-try.org). Kelemahandaribioalkoholdiantaranyaketerbatasandalampenggunaannya yang masih diarahkan hanya pada bidang transportasi juga masalah korosi yang kerap 10 kalitimbulpadareaktor.Selainitu,produksidalamskalabesartentumemerlukan pembangunan pabrik khusus untuk memproduksi bioalkohol. Bioalkanaadalahalkanarantailurusyangdihasilkandaribiomassamelalui proses hidrogenasi. Alkana yang dihasilkan dapat bermacam-macam bergantung pada sumberyangdigunakandanprosesyangdilakukan.Bahanbakuyangdigunakan dalamproduksibioalkanasamasepertiyangdigunakandalamproduksibiodisel, hanya saja proses yang dilakukan dan produk yang dihasilkannya berbeda. Alternatif lain untuk mengkonversi trigliserida dari minyak nabati atau lemak hewanyangbiasadigunakanuntukmenghasilkanbiodieselselaindengancara transesterifikasi yang biasa dilakukan, adalah dengan proses hidrogenasi katalitik.Persamaan reaksi hidrogenasi trigliserida dengan menggunakan katalis adalah sebagai berikut : 11 Gambar 2.2. Reaksi Konversi Trigliserida Menjadi Alkana Propilyangmenghubungkantriesterakandihidrogenasimenjadipropana, sedangkanrantaikarbonyangmembentukgliseridaakandihidrogenasimenjadi alkana yang sesuai dengan jumlah karbon yang terkandung di dalamnya. Keuntungandariproseshidrogenasitrigliseridadenganmenggunakankatalis ini,dapatmenghasilkanberbagaijenisalkanacairyangdapatdimanfaatkansebagai sumberbahanbakar,maupununtukaplikasiyanglain.Alkanacairyangdihasilkan akanbergantungdarijenistrigliseridayangdigunakansebagaibahanbaku.Tidak adanyaproduksampingsepertigliserolmenyebabkanhargapasardaribiodieselini tidakbergantungpadaproduksamping.Selainitu,untukjalurreaksireduksi,tidak H2 katalis H2 3 H2 O C R O HC C H2 O R C O C H2 O R C O R CH2 CH3+H2O R CH3+CO+H2O CH3 CH2 CH3 (propana) R CH3+CO2 katalis 12 menghasilkanproduksampingberupaCO2maupunCOsehinggadapatmengurangi emisiudara.Produksibioalkanauntukskalaindustri,jugatentusajamemerlukan suatuinfrastruktur,namunadakesesuaianantarainfrastrukturyangdiperlukan denganinfrastrukturyangadapadaindustrikilangminyak,sehinggaberpeluang dapat memanfaatkan industri kilang minyak. Secaraumum,permasalahanyangmendasaribioenergiadalahketersediaan lahan sebagai bahan baku bioenergi dan juga pabrikasi yang memerlukan biaya cukup besar.Kandungansulfuryanghampirtidakadamenjadipoinpositifuntuk digunakannyabioenergi.Siklus-hidupyangstabildaritumbuhanakandapat meminimalisirbahayapemanasanglobal.Perbedaanyangsignifikanantarabiodisel, bioalkohol,danbioalkanaadalahpadabahanbakunya,prosespengolahannya,dan produk yang dihasilkannya. Bioalkana memiliki karakteristik produk yang lebih mirip dengan bahan bakar fosil dibandingkan dengan bioalkohol maupun biodisel. 2.3.Lemak dan Minyak Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak nabati (minyak goreng).Lemakdanminyakadalahbahanbahanyangtidaklarutdalamairyang berasaldaritumbuhtumbuhandanhewan.Lemakdanminyakyangdigunakan dalam makanan sebagian besar adalah trigliserida yang merupakan ester dari gliserol danberbagaiasamlemak.Istilahlemak(fat)biasanyadigunakanuntukcampuran trigliseridayang berbentuk padat pada suhuruangan, sedangkanminyak (oil) berarti campuran trigliserida cair pada suhu ruangan (Buckle, et. al. 2007). 13 Trigliseridadapatberwujudpadatataucair,halinitergantungdarikomposisi asam lemak yang menyusunnya. Sebagian besar minyak nabati berbentuk cair Karena mengandung sejumlahasam lemak tidak jenuh,yaitu asam oleat, linoleat, atau asam linolenatdengantitikcairyangrendah.Lemakhewanipadaumumnyaberbentuk padatpadasuhukamarkarenabanyakmengandungasamlemakjenuh,misalnya asam palmitat dan stearat yang mempunyai titik cair lebih tinggi (Ketaren, 2005).Minyakdapatdigunakansebagaimediumpenggorengbahanpangan.Dalam penggorengan,minyakgorengberfungsisebagaimediumpenghantarpanas, menambah rasa gurih, menambah nilai gizi dan kalori dalam bahan pangan (Ketaren, 2005). Jenisminyakyangumumnyadipakaiuntukmenggorengadalahminyaknabati sepertiminyaksawit,minyakkacangtanahdanminyakwijen.Minyakgorengjenis inimengandungsekitar80%asamlemaktakjenuhjenisasamoleatdanlinoleat, kecualiminyakkelapa.Prosespenyaringanminyakkelapasawitsebanyak2kali (pengambilanlapisanlemakjenuh)menyebabkankandunganasamlemaktakjenuh menjadi lebih tinggi (Sartika, 2009). Minyakkelapasawitberasaldaritanamangolonganpalmyaitukelapasawit (ElaeisguinensisJACQ)danditanamdisebagianbesardaerahdiIndonesiaseperti Jawa Barat (Lebak dan Tangerang), Lampung, Riau, Sumatera Barat, Sumatera Utara dan Aceh (Ketaren, 2005).Minyakkelapasawitadalahminyakyangmempunyaikomposisiyangtetap. Rata-rata komposisi asam lemak minyak kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.1. 14 Tabel 2.1. Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa Sawit Asam LemakMinyak kelapa sawit (%) Asam miristat1,1 2,5 Asam palmitat40 - 46 Asam starat3,6 4,7 Asam oleat39 45 Asam linoleat7 - 11 Sumber: Ketaren, 2005. 2.4.Katalis dan Material Pendukung PadapenelitianinidigunakanNiO/Al2O3sebagaikatalis.DimanaAl2O3 merupakanmaterialpendukungyangmemperluaspermukaankatalis.Katalisialah zat yang mengambil bagian dalam reaksi kimia dan mempercepatnya, tetapi ia sendiri tidakmengalamiperubahankimiayangpermanen.Jadikatalistidakmunculdalam persamaankimiabalanssecarakeseluruhan,tetapikehadirannyasangat mempengaruhihokumlaju,memodifikasidanmempercepatlintasanyangada,atau lazimnya,membuatlintasanyangsamasekalibarubagikelangsunganreaksi (Oxtoby, et. al. 2001). Katalisisdapatdibagikedalamduajenis:homogendanheterogen.Dalam katalisishomogen,katalisadadalamfasayangsamadenganfasareaktan,misalnya katalisfasagasmempercepatreaksifasagas,atauunsureyangdilarutkandalam 15 larutanmempercepatreaksidalamlarutan.Dalamkatalisheterogen,katalisberada dalamfasayangberbeda.Kasusyangpalingpentingialahkerjakatalitikdari permukaan padatan tertentu pada reaksi-reaksifasagas danfasa larutan(Oxtoby,et. al. 2001). Katalispadaumumnyamengandungduakomponenataulebih,yaitumaterial pendukung dan fasa aktif. Material pendukungmerupakan suatu kendaraan bagi fasa aktifyangmemperluaspermukaanfasaaktifuntukdapatdibentukmenjadipartikel kasarsehinggasesuaiuntukdigunakanpadareaktorteknik.Bahanyangbanyak digunakan sebagai material pendukung dengan permukaan yang luas adalah silika gel dan -alumina, yang menghasilkan luas permukaan 100 800 m2/g. Material dengan luaspermukaanyangrendah(~1m2/g)adalah-aluminadanmullite(alumina silika).Baik-aluminamaupun-aluminamerupakanmaterialpendukungdengan luas permukaan yang tinggi (15-300 m2/g) (Moulijn, 1993). Sebagaikatalis,salahsatusifatpentingdalamproseskonversimenghasilkan fraksibensinadalahjumlahsitusasamtotalnya(keasaman).Keasamanmaterial pendukungdapatditingkatkan dengan cara pengembanan logam-logam transisiyang memilikiorbitaldbelumterisipenuh.Logam-logaminisecaralangsungdapat berfungsisebagaikatalistanpadiembankanterlebihdahulupadapengemban,tetapi memilikikelemahan,diantaranyaluaspermukaanyangrelatifkecil,danselama proseskatalitikdapatterjadipenggumpalan.Pengembananlogam-logamtersebut padazeolitakanmendistribusikannyasecarameratapadapermukaanpengemban, sehingga menambah luas permukaan spesifik sistem katalis secara keseluruhan. Jenis 16 logamyangbiasanyadiembankanpadapengembandandigunakansecaraluaspada industriminyakbumiadalahNi-ModanNi-Pdpadapengembanzeolit-Y[5]atau zeolit sintetis. Sistem katalisnya disebut sebagai katalis bifunctional, yaitu melibatkan fungsi logam dan pengembannya sebagai katalis (Trisunaryanti, dkk. 2005). 2.5.Reaktor Batch Reaksihydrocrackingpadapenelitiandilakukandenganmenggunakanreaktor tipebatch.Padasistemini,setelahmengisireaktordengansejumlahreaktan,reaksi dimulaibaikdenganmemulaipemanasanmaupundenganmenambahkankatalis. Reaktanyang belum terkonversi dan produkreaksiterdapat di dalamreaktor selama reaksi.Dengandemikiankomposisicampuranreaksiberubahsebagaifungsidari waktu.Padareaktorbatch,biasanyadigunakanuntukmenghasilkanprodukbernilai tinggidenganjumlahyangsedikit.Reaktortipeinimemilikivolumehingga10m3 dan diisi dengan zat dalam keadaan cair. Dengan adanya pengadukan secara mekanik, dipastikanmenghasilkancampuranyangbaik,bersamaandenganperubahanpanas yangbaikdisekelilingreaktordanjikadiperlukan,denganjugamempertahankan katalisdalamsuspensinya.Untukpencampuranyangbaik,baiktemperaturmaupun komposisi harus merata di seluruh bagian reaktor (Moulijn, 1993). .