Topik Utama

Potensi zeolit untuk pembuatan bahan kimia

dari bahan hayati 4

Proses Konversi Biomassa Menjadi Bahan Bakar dan

Bahan Kimia 13

Simulasi Aspen HYSYS untuk Proses Produksi

Biodiesel dari Limbah Minyak Goreng

menggunakan Reaktor Membran 17

Studi Kasus

Pengenalan Concentrating Solar Power Plant

(Pembangkit Listrik Tenaga Panas Matahari) 24

Iklan

PEBE 25

Cognoscente 30

HYGEIA (Sabun mandi cair pertama di dunia

dengan Propolis 100% Indonesia) 31

2

Editor

Zulfan Adi Putra

Universiti Teknologi Petronas, Tronoh

Editor Utama

Asep Bayu Dani Nandiyanto

Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung

Editor

Muhammad Roil Bilad

Universiti Teknologi Petronas, Tronoh

Editor

Oki Muraza

King Fahd University of Petroleum and Minerals,

Dhahran

Editor

Riezqa Andika

Yeungnam University, Gyeongsan

Editor

Teguh Kurniawan

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Serang

Editor

3

Editorial

Biomassa merupakan sumber bahan baku yang sangat

melimpah di negara kita, Indonesia. Sejak zaman dahulu,

biomassa telah digunakan sebagai sumber energi lewat

kayu bakar. Seiring dengan perkembangan zaman dan

teknologi, biomassa, khususnya selulosa, telah diproses

dengan berbagai macam teknologi (hidrolisis, fermentasi,

termokimia). Produknya tidak hanya berupa bahan bakar

cair seperti bioetanol, gasoline, dan diesel, tetapi juga

berbagai macam senyawa kimia seperti furfural, levulinic

acid, adipic acid, succinic acid, dan lain sebagainya.

Senada dengan biomassa sebagai sumber bahan baku

terbarukan, Majalah Teknik Kimia Indonesia Edisi

Desember 2016 kali ini memuat artikel tentang katalis

zeolit yang juga digunakan di dalam proses-proses

konversi biomassa, gambaran umum proses pengolahan

biomassa, pembangkit listrik tenaga surya, dan desain

proses limbah minyak penggorengan menjadi biodiesel

dengan membran reaktor berkatalis.

Artikel-artikel lainnya tentang biomassa dan

pengolahannya dapat dilihat di website Teknik Kimia

Indonesia.

Selamat membaca!

Zulfan Adi Putra

Editor Utama

4

Topik Utama

Potensi zeolit untuk pembuatan bahan kimia dari bahan hayati

Pendahuluan

Zeolit berasal dari bahasa Yunani yaitu zeo bermakna

mendidih dan lithos berarti batu. Zeolit pertama kali dite

mukan oleh Cronstedt seorang peneliti batuan mineral

(mineralogist) asal Swedia pada tahun 1756 di daerah

Islandia dan Laplan bagian sebelah utara Swedia.

Cronstedt memperkenalkan istilah zeolit berdasarkan

pengamatan terhadap zeolit yang dapat mengeluarkan

gelembung busa pada saat dipanaskan [1]. Zeolit

merupakan batuan berpori berupa saluran dan sangkar

berukuran sangat kecil 0.3-1 nm sehingga mampu

menyimpan air dan molekul-molekul lainnya dalam

jumlah relatif besar. Pada saat zeolit dipanaskan air akan

keluar dari pori yang tampak sebagai gelembung busa

seperti pada Gambar 1 berikut ini.

Zeolit tersusun atas rangkaian senyawa alumina-silikat

yang terhubungkan melalui atom oksigen secara

berulang membentuk saluran-saluran dan sangkar

mikropori yang berisi logam kation seperti natrium

(Na+), kalium (K+), kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+)

sebagai kompensasi dari kelebihan muatan elektron pada

atom aluminum dalam kerangka zeolit.

Kation-kation tersebut dapat dengan mudah

dipertukarkan dengan kation lain, sehingga zeolit

seringkali dipakai untukmengurangi tingkat kesadahan

air. Kation-kation seperti Ca2+ dan Mg2+ yang

terkandung di dalam air sadah dapat bertukar tempat

dengan kation di dalam pori zeolit. Oleh sebab itu, zeolit

juga dipakai sebagai bahan dalam pembuatan deterjen

untuk mengurangi tingkat kesadahan air dan dipakai juga

untuk menjerap logam-logam kation dalam limbah

perairan dan limbah nuklir seperti sesium (Cs).

Zeolit dibangun dari elemen dasar silikon (S) dan

aluminum (Al) yang berikatan dengan empat atom

oksigen membentuk struktur tetrahedral TO4

yang juga

disebut sebagai unit bangun primer (UBP) (Gambar2).

Huruf T mewakili atom S atau Al. Unit bangun primer

akan bergabung dengan unit bangun primer lainnya

membentuk unit bangun sekunder (UBS). International

Zeolite Association (IZA) mengumumkan ada 23 jenis

UBS yang berhasil diidentifikasi hingga saat ini. UBS

akan bergabung dengan UBS lainnya membentuk unit

bangun komposit (UBK). Selanjutnya, UBK bergabung

membentuk kerangka zeolit. Sejauh ini, IZA

mempublikasikan ada sebanyak 288 kerangka zeolit

sebagai contoh sodalit (SOD), klinoptilolit (CLI),

mordenit (MOR), beta (BEA) dan akan terus bertambah

di masa depan[3].

5

Berikut ini, ilustrasi pembentukan salah satu kerangka zeolit tipe sodalit (SOD) diketengahkan untuk memberikan gambaran lebih jelas bagaimana kerangka zeolit terbentuk dari UBP, UBS, dan UBK.

6

Zeolit memiliki keunikan dalam memilih molekul mana

yang bisa masuk ke dalam pori dan molekul mana yang

bisa keluar dari dalam mikropori tergantung ukuran

molekul dan bentuk molekul. Kemampuan khasini

disebutdengan sifat selektif terhadap bentuk molekul (shape

selectivity).Oleh sebab itu, zeolit banyak dipakai dalam

pemisahan atau penyaringan molekul dengan ukuran dan

atau bentuk molekul yang berbeda (molecular sieve).

Sebagai contoh, mordenit dipakai untuk pemurnian gas

oksigen dari udara dengan menahan nitrogen dalam pori

zeolit dan meloloskan oksigen sehingga kadar oksigen

meningkat setelah melalui mordenit. sifat selektif terhadap

bentuk molekul juga sangat penting dalam menentukan

jenis produk yang dihasilkan dalam suatu reaksi dengan

menggunakan katalis zeolit.

Berdasarkan asal pembentukannya zeolit terbagi dua, yaitu

zeolit alam dan zeolit sintetis. Nusantaramerupakan daerah

vulkanik dari barat sampai ke timur membuat Indonesia

kaya dengan zeolit alam.

Daerah yang terkenal dengan tambang zeolitnya

diantaranya Lampung,Tasikmalaya, Bayah, Sukabumi,

Cilacap, Wonosari, Pacitan, Klaten, dan Malang[4-

7].Zeolit alam yang ditemukan di daerah-daerah

tersebut umumnya bertipe klinoptilolit (HEU) dan

mordenit (MOR) selain ditemukan juga fasa-fasa

zeolit lain sebagai pengotor [8].Penelitian untuk

mensintesis zeolit di laboratorium dilakukan secara

intensif pada tahun 1950-an.Zeolit sintetis memiliki

keunggulan dalam kemurnian fasa zeolit, volume

mikropori yang lebih tinggi, serta kemudahan dalam

mengontrol ukuran dan geometri kristal pada saat

pembuatannya. Salah satu contoh zeolit sintetik yang

sukses dipakai secara komersial di industri adala

ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil–5) yang dipatenkan

oleh Mobil oil company. Harga zeolit sintetik jauh

lebih mahal daripada zeolit alam yang tersedia

melimpah ruah (Gambar 8). Sebagai gambaran kasar,

harga zeolit tipeZSM-5 dari ACS Material per 200 g

sekitar 200 USD pada saat inisementara zeolit alam

bisa diperoleh dengan harga hanya Rp.5000,- per

kilogramnya (tahun 2016).

7

Zeolit memiliki manfaat yang luas mencakup berbagai

bidang kegiatan manusia misalnya konstruksi, pertanian,

industri, lingkungan, dan kesehatan. Meskipun zeolit

baru diidentifikasi kurang dari 300 tahun yang lalu,

pemanfaatan zeolit telah dilakukan sejak ribuan tahun

silam sebagai salah satu material untuk bahan bangunan.

Pada saat ini, zeolit dimanfaatkan sebagai katalis,

penyangga katalis, penyaring skala molekuler, penukar

ion, pupuk, pengolahan limbah cair dan penghilang bau

tak sedap. Zeolit sintetis banyak digunakan di industri

terutama sebagai agen penjerap dan katalis. Zeolit

mampu berfungsi sebagai katalis karena memiliki pusat

asam Brønsted H+ dan asam Lewis yang terletak di

sekitar atom aluminum seperti yang disajikan pada

gambar 7 berikut.

Mengingat luasnya aplikasi zeolit, pemanfaatan dan

potensi zeolit pada tulisan ini dibatasi hanya untuk

katalis dan penyangga katalis(support). Pada uraian

berikut ini akan dibahas secara ringkas pemanfaatan

zeolit saat ini di industri pengilangan minyak dan

petrokimia serta potensi pemanfaatan zeolit untuk

produksi berbagai bahan kimia dengan bahan baku

biomassa.

Aplikasi zeolit

Saat ini, zeolit memegang peranan penting dalam

sintesis aneka produk bahan kimia berbasis bahan fosil

seperti minyak bumi, batubara dan gas alam.Zeolit

banyak digunakan sebagai katalis di industri

pengilangan minyak dan petrokimia[10].

Zeolit yang diperdagangkan bernilai USD 1.8 milyar pada

tahun 2004 dengan konsumsi terbesar (95%) sebagai katalis

perengkahan minyak bumi (fluid catalytic cracking, FCC).

Pada proses perengkahan minyak bumi tersebut digunakan

zeolit Y (FAU). Produk utama dari proses FCCadalah

senyawa alkana, alkena, sikloalkana rantai pendek yang

berguna untuk bahan bakar kendaraan dan bahan baku

industri petrokimia.Contoh terkenal lainnya adalah katalis

komersial zeolit tipe mordenit (MOR)untuk reaksi

isomerisasi senyawa alkana rantai lurus dengan produk iso-

alkana yang berguna untuk menaikan bilangan oktan, bahan

baku untuk methyl tert butyhl ether (MTBE) sebagai anti

ketuk pada bahan bakar dan senyawa pengganti chloro

floro carbon (CFC) yang berbahaya bagi lapisan ozon.

Di industri petrokimia, zeolit dipakai sebagai katalis

maupunpenyangga katalis dalam produksi senyawa

aromatik seperti benzena, toluena, dan xilena dan olefin

seperti etilena dan propilena. Senyawa olefin rantai pendek

merupakan bahan baku penting untuk produksi beraneka

ragam jenis plastik. Zeolit yang telah komersial dipakai di

industri adalah ZSM-5(MFI) dengan menggunakan bahan

baku sepertielpiji, alkana, nafta[11, 12].Penelitian dan

pengembangan katalis zeolit untuk memproduksi bahan

olefin dengan target produk berupa propilen dari nafta terus

dilakukan mengingat kebutuhan propilen di masa depan

akan terus naik. Saat ini, produksi olefin dari nafta

dilakukan tanpa menggunakan katalis berlangsung pada

temperatur tinggi sekitar 800-1000oC. Dengan

menggunakan katalis zeolit seperti ZSM-5, temperatur

reaksi bisa diturunkan menjadi kurang dari 650oC dengan

perolehan produk propilen atau etilen relatif tinggi.

8

Potensi zeolit dalam penyediaan bahan kimia dari

biomassa

Zeolit dengan keasaman, pori yang seragam,

kemampuan selektif terhadapbentuk molekul seperti apa

yang bisa masuk ke dalam pori dan bentuk produk

molekul yang mana yang bisa keluar dari pori berpotensi

menjadikatalis untuk produksi bahan kimia dari bahan-

bahan hayati seperti minyak nabati, sukrosa, selulosa,

getah dari kayu,dll. Berikut ini akan diberikan sedikit

gambaran mengenai potensi zeolit untuk katalis dalam

sintesisbahan bakar, bahan petrokimia, bahan pangan,

dan bahan kimia adi dari bahan baku hayati.

3.1 Bahan bakardan petrokimia

Biodiesel merupakan bahan bakar terbarukan pengganti

solar dengan bahan baku minyak nabati(trigliserida) dan

alkohol melalui reaksi transesterifikasi menggunakan

katalis basa seperti NaOH dan KOH (Gambar 9). Logam

alkali dan alkali tanahdapat diimpregnasi ke dalam

struktur zeolit alam untuk reaksi pembuatan biodisel.

Sebagai contoh, katalis K2O –mordenit alam dilaporkan

untuk reaksi pembuatan biodiesel dengan bahan baku

minyak sawit [4]. Minyak jelantah dengan kandungan

asam lemak bebas (free fatty acids) yang tinggi juga

merupakan bahan baku yang potensi untuk menjadi

bahan biodiesel dengan menggunakan zeolit tipe H-Y

yang memiliki asam Brønstedmelalui jalur reaksi

esterifikasi (Gambar 8) [13].

Bahan bakar pesawat terbang, bensin, solar, bisa

dihasilkan dari biomassa seperti limbah pertanian dan

perkebunan melalui pengolahan produk dari jalur proses

Fischer-Tropsch (FT) (Gambar 10). Produk FT dengan

bantuan katalis platina yang diembankan pada zeolit

seperti zeolit beta berpotensi menghasilkan bahan bakar

pesawat terbang melalui proses perengkahan dengan

menggunakan hidrogen (hydrocracking) [14, 15]. Zeolit

dengan kemampuan selektif terhadap bentuk molekul

serta ukuran pori yang sesuai dengan ukuran molekul

hidrokarbon rantai pendek mampu menghasilkan

senyawa hidrokarbon setara bensin seperti pada katalis

Fe/ZSM-5 dan Co/ZSM-5 [16].

9

3.2 Bahan pangan

Salah satu turunan produk biomassa melalui jalur

gasifikasi adalah metanol dan dimetil eter. Proses lanjuta

n dapat dilakukan untuk mengubah metanol dan eter

menjadi produk olefin dengan menggunakan zeolit

seperti SAPO-34 or SSZ-13, MOR, EU [8, 17]. Gas

olefin diolah untuk menjadi polimer seperti plastik

polietilen dan polipropilen.

Bahan baku minyak nabati potensial untuk diolah

menjadi produk petrokimia dengan memanfaatkan

katalis zeolit selain sebagai bahan bakar seperti

pembahasan di bagian 3.1. Mesoporous H-beta dan

ferierit berpotensi sebagai katalis dalam pengolahan

asam lemak rantai lurus menjadi asam lemak bercabang

(mono-branched-chain unsaturated fatty acids). Produk

asam lemak bercabang memiliki titik leleh rendah

sehingga banyak digunakan untuk industri kosemetik

dan pelumas[18].

Bahan selulosa dan hemiselulosa yang terkandung di

dalam biomassa dapat diubah menjadi glukosa dan

xylosa melalui reaksi hidrolisis dengan bantuan katalis

zeolit karena memiliki asam Brønsted. Selanjutnya,

glukosa diisomerisasi menjadi fruktosa dengan katalis

Sn-zeolit [19]. Fruktosa dapat diubah menjadi

hidroksimetilfurfural (HMF) dengan proses dehidrasi

pada katalis zeolit. Senyawa HMF merupakan bahan

untuk pembuatan aditif bahan bakar dan pelarut organik.

Zeolit ZSM-5 dapat digunakan untuk reaksi katalitik

dehidrasi langsung glukosa menjadi5-hidroksimetil

furfural (Gambar 12 )[20].

Indonesia memiliki sumber sukrosa dari berbagai tanaman

seperti tebu, aren, kelapa, lontar, nipah dll. Gula sukrosa

dapat diubah menjadi gula inversi seperti fruktosa dan

glukosa yang banyak digunakan pada pemanis makanan

seperti selai, sirup dan pemanis kue. Sukrosa dapat

dihidrolisis dengan bantuan katalis H-Y faujasit

(FAU)menjadi gula inversi fruktosa dan glukosa pada

temperatur rendah dengan kelebihan lainnya dapat

mengurangi pembentukan warna [21]. Keunggulan katalis

zeolit dapat diregenerasi dan dapat dipisahan dari

produk/reaktan lebih mudah daripada katalis homogen.

3.3 Bahan kimia adi (fine chemicals)

Tusam(Pinus merkusii) merupakan pohon penghasil getah

sumber gondorukem dan terpentin (Gambar 14). Terpentin

memiliki kandungan utama senyawa α-pinena. Badan

usaha milik negara (BUMN) melalui Perusahaan Umum

Perhutani mengelola Pabrik Derivat, Gondorukem dan Terp

entin (PDGT). Katalis yang digunakan dalam sintesis

produk turunan terpentin tersebut adalah asam fosfat.

Senyawa turunan termaksud adalahgliserol ester, α-pinena,

β-pinena, d-limonena, α-terpineol, cineol dan diterpen. Iso

merisasi α-pinena (Gambar 14) dan oksidanya sangat

penting dalam industri bahan kimia adi karena

menghasilkan produk bernilai jual tinggi seperti camphene,

limonena, campholenic aldehyde (CPA) yang digunakan

luas sebagai perasa dan pewangi dalam produk pembersih,

kosmetik, parfum, aditif makanan, dan farmasi[22].

Isomerisasi terpen dapat dilakukan dengan menggunakan

katalis tipe H-Beta, MCM-22 dan zeolit USY [23].

10

Tanaman serai wangi (Java citronella) mengandung

senyawa penting sitronela. Senyawa ini dapat

dikonversi menjadi isopulegol melalui reaksi siklikasi.

Isopulegol merupakan produk antara untuk mensintesis

mentol yang merupakan bahan baku dalam pembuatan

parfum dan pewangi. Produksi tahunan mentol dunia

mencapai 20,000 ton (2007) membuat mentol menjadi

produk aroma yang sangat penting di dunia. Mentol

digunakan di industri farmasi, pasta gigi, permen karet,

kosmetika dan industri konfeksi. Reaksi siklikasi

sitronelal dengan menggunakan zirkonia-beta

menghasilkan produk isopulegol[25].

Zeolit dengan pori besar seperti zeolit H-beta dengan

konsentrasi asam Brønsted yang tinggi akan

memberikan laju reaksi siklikasi yang paling tinggi

sedangkan pori berukuran kecil dan konsentrasi asam

Brønsted yang rendah memberikan altivitas yang rendah

[26-28].

Penutup

Zeolit merupakan katalis penting dalam produksi bahan

bakar dan petrokimia berbasis bahan fosil. Pada masa

yang akan datang, zeolit diperkirakan akan tetap

memegang peran pentingsebagai katalis dalam

penyediaan bahan bakar, bahan petrokimia, bahan

pangan, dan bahan kimia adi dengan menggunakan

bahan hayati yang tersedia melimpah di Indonesia. Oleh

sebab itu, penelitian untuk mempelajari tipe zeolit yang

tepat untuk berbagai reaksi dengan beragam bahan baku

hayatilokal sangat penting untuk terus digalakkan.

Pengaturan ukuran pori zeolit dan keasaman yang sesuai

dapat memberikan katalis dengan aktivitas, selektivitas,

dan stabilitas yang tinggi sesuai dengan reaksi yang dike

hendaki.

11

[8] G. Nasser, T. Kurniawan, K. Miyake, A. Galadima,

Y. Hirota, N. Nishiyama, O. Muraza, Dimethyl eth

er to olefins over dealuminated mordenite (MOR) z

eolites derived from natural minerals, Journal of Na

tural Gas Science and Engineering 28 (2016) 566-5

71.

[9] http://www.acsmaterial.com/zsm-5-series-zeolite-po

wder-945.html, (2016).

[10] A. Primo, H. Garcia, Zeolites as catalysts in oil refi

ning, Chemical Society Reviews 43 (2014) 7548-75

61.

[11] D. Kubička, O. Kikhtyanin, Opportunities for zeolit

es in biomass upgrading—Lessons from the refinin

g and petrochemical industry, Catalysis Today 243

(2015) 10-22.

[12] W. Vermeiren, J.P. Gilson, Impact of Zeolites on th

e Petroleum and Petrochemical Industry, Topics in

Catalysis 52 (2009) 1131-1161.

[13] A. Brito, M.E. Borges, N. Otero, Zeolite Y as a Het

erogeneous Catalyst in Biodiesel Fuel Production fr

om Used Vegetable Oil, Energy & Fuels 21 (2007)

3280-3283.

[14] T. Hanaoka, T. Miyazawa, K. Shimura, S. Hirata, J

et fuel synthesis in hydrocracking of Fischer–Trops

ch product over Pt-loaded zeolite catalysts prepared

using microemulsions, Fuel Processing Technology

129 (2015) 139-146.

[15] T. Hanaoka, T. Miyazawa, K. Shimura, S. Hirata, J

et fuel synthesis from Fischer–Tropsch product und

er mild hydrocracking conditions using Pt-loaded c

atalysts, Chemical Engineering Journal 263 (2015)

178-185.

[16] H. Jahangiri, J. Bennett, P. Mahjoubi, K. Wilson, S.

Gu, A review of advanced catalyst development for

Fischer-Tropsch synthesis of hydrocarbons from bi

omass derived syn-gas, Catalysis Science & Techn

ology 4 (2014) 2210-2229.

Daftar pustaka

[1] C. Colella, Applications of Natural Zeolites, Handbo

ok of Porous Solids, Wiley-VCH Verlag GmbH200

8, pp. 1156-1189.

[2] http://www.zeolite-collection.eu/History/History.htm

l, (2016).

[3] IZA, http://www.iza-online.org/natural/, 2016.

[4] R.I. Kusuma, J.P. Hadinoto, A. Ayucitra, F.E. Soetar

edjo, S. Ismadji, Natural zeolite from Pacitan Indon

esia, as catalyst support for transesterification of pa

lm oil, Applied Clay Science 74 (2013) 121-126.

[5] W. Trisunaryanti, R. Shiba, M. Miura, M. Nomura,

N. Nishiyama, M. Matsukata, Characterization and

Modification of Indonesian Natural Zeolites and Th

eir Properties for Hydrocracking of a Paraffin, Jour

nal of The Japan Petroleum Institute 39 (1996) 20-2

5.

[6] E. Agustina, P. Theresia, The Effect of Acid Dealum

ination of Indonesian Zeolite on its Physical, Chem

ical and Catalytic Properties, in: H.G.K.H.P. J. Wei

tkamp, W. Hölderich (Eds.) Studies in Surface Scie

nce and Catalysis, Elsevier1994, pp. 1021-1026.

[7] T. Las, H. Zamroni, Penggunaan Zeolit Dalam Bidan

g Industri dan Lingkungan, Jurnal Zeolit Indonesia

1 (2002) 27-34.

12

[17] M. ghavipour, R.M. Behbahani, R.B. Rostami, A.S. Le

mraski, Methanol/dimethyl ether to light olefins over S

APO-34: Comprehensive comparison of the products d

istribution and catalyst performance, Journal of Natura

l Gas Science and Engineering 21 (2014) 532-539.

[18] T. Ennaert, J. Van Aelst, J. Dijkmans, R. De Clercq, W.

Schutyser, M. Dusselier, D. Verboekend, B.F. Sels, Po

tential and challenges of zeolite chemistry in the cataly

tic conversion of biomass, Chemical Society Reviews

45 (2016) 584-611.

[19] G. Li, E.A. Pidko, E.J.M. Hensen, Synergy between Le

wis acid sites and hydroxyl groups for the isomerizatio

n of glucose to fructose over Sn-containing zeolites: a t

heoretical perspective, Catalysis Science & Technolog

y 4 (2014) 2241-2250.

[20] M. Moreno-Recio, J. Santamaría-González, P. Maireles-

Torres, Brönsted and Lewis acid ZSM-5 zeolites for th

e catalytic dehydration of glucose into 5-hydroxymeth

ylfurfural, Chemical Engineering Journal 303 (2016) 2

2-30.

[21] C. Moreau, R. Durand, F. Aliès, M. Cotillon, T. Frutz,

M.-A. Théoleyre, Hydrolysis of sucrose in the presenc

e of H-form zeolites, Industrial Crops and Products 11

(2000) 237-242.

[22] M.J. Climent, A. Corma, S. Iborra, Zeolites as Catalysts

for the Synthesis of Fine Chemicals, Zeolites and Cata

lysis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA2010, p

p. 775-826.

[23] X. Ma, D. Zhou, X. Chu, D. Li, J. Wang, W. Song, Q.

Xia, Highly selective isomerization of biomass β-pine

ne over hierarchically acidic MCM-22 catalyst, Micro

porous and Mesoporous Materials 237 (2017) 180-188.

[24] http://pgtgarahan.com/?PRODUKSI/TERPENTIN, 201

6.

[25] Z. Yongzhong, N. Yuntong, S. Jaenicke, G.-K. Chuah,

Cyclisation of citronellal over zirconium zeolite beta

— a highly diastereoselective catalyst to (±)-isopuleg

ol, Journal of Catalysis 229 (2005) 404-413.

[26] P. Mäki-Arvela, N. Kumar, V. Nieminen, R. Sjöholm, T

. Salmi, D.Y. Murzin, Cyclization of citronellal over z

eolites and mesoporous materials for production of iso

pulegol, Journal of Catalysis 225 (2004) 155-169.

[27] J. Plößer, M. Lucas, P. Claus, Highly selective m

enthol synthesis by one-pot transformation of cit

ronellal using Ru/H-BEA catalysts, Journal of C

atalysis 320 (2014) 189-197.

[28] P. Mertens, F. Verpoort, A.-N. Parvulescu, D. De

Vos, Pt/H-beta zeolites as productive bifunction

al catalysts for the one-step citronellal-to-menth

ol conversion, Journal of Catalysis 243 (2006) 7

-13.

Profil penulis

Teguh Kurniawan adalah dosen di Jurusan Teknik

Kimia Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

(UNTIRTA) sejak tahun 2006. Saat ini, Teguh sedang

menempuh pendidikan doktor di “Chemical

Engineering King Fahd University of Petroleum &

Minerals (KFUPM)” dengan topik riset modifikasi

zeolit alam untuk aplikasi katalis dalam konversi

hidrokarbon yang dilakukan di “The Center of

Research Excellence in Nanotechnology (CENT-

KFUPM)”.

13

Topik Utama

Proses Konversi Biomassa Menjadi

Bahan Bakar dan Bahan Kimia

dalam merengkah dinding cangkang selulosa yang keras

dan kompleks. Penelitian modern masih dilakukan untuk

menemukan metode biokonversi murah. Tantangan

kunci lainnya adalah pada peningkatan efisiensi dalam

mengkonversi gula dan pengembangan proses

pemurnian produk yang efisien.

Terdapat dua jalur utama biorefinery: hidrolisis yang

bertujuan membebaskan monosakarida dari polisakarida

lignoselulosa, dan proses termokimia yang

mendegredasi secara lebih ekstensif komponen-

komponen polisakarida dan lignin. Kedua mekanisme

tersebut akan diulas secara sederhana dalam artikel ini.

Proses Hidrolisis

Selulosa dihidrolisis oleh air melalui serangan

elektrofilik atom hidrogen pada molekul H2O pada

oksigen glikosidik. Reaksi ini sangat lambat akibat sifat

kebal (recalcitrant) selulosa, tapi dapat dipercepat pada

suhu dan tekanan tinggi, dikatalis dengan asam atau

enzim (seperti selulase). Dengan asumsi bahan baku

mulai dari hemiselulosa, dua proses hidrolisis selulosa

utama dikatalis oleh asam atau enzim.

Hidrolisis asam encer pada lignoselulosa sudah lama

digunakan dalam skala besar, sejak perang dunia

pertama. Sedangkan teknologi yang memanfaatkan asam

pekat popular sekitar tahun 1937-1960. Hidrolisis asam

menjadi kurang popular akibat bahan bakar fosil yang

murah sehingga tidak kompetitif.

Muhammad Roil Bilad

Universiti Teknologi PETRONAS

Ketahanan energi adalah salah satu program utama

pemerintah Indonesia yang diarahkan melalui

pengembangan energi terbarukan (bio-energi).

Teknologi bio-energi berhubungan erat dengan proses

yang memanfaatan bahan alam (hayati) sebagai bahan

baku. Proses ini ditujukan untuk untuk mengkonversi

biomasa non-pangan menjadi bio-fuel dan bio-produk

yang kompetitif.

Biomasa berbasis selulosa (bagian tumbuhan berserat

dan tak dapat dikonsumsi manusia) sangat berlimpah

dan berpotensi sebagai bahan baku untuk biofuel dan

bio-produk. Rute pemrosesan selolusa menjadi energi

dan bio-produk juga telah lama diteliti: konversi

biokimia dan termokimia. Konversi biokimia mengacu

pada perengkahan biomassa agar karbohidrat dapat

diproses menjadi gula, yang kemudian dapat dikonversi

menjadi biofuel dan bioproduk menggunakan

mikroorganisme dan/atau katalis inorganik. Konversi

termokimia menggunakan reaksi pada suhu tinggi.

Beberapa produk akhir bahan bakar dan bioproduk

potensial adalah: (1) bensin terbarukan, (2) etanol dan

alkohol lainnya, (3) produk kimia terbarukan dan (4)

biodiesel.

Tantangan utama dalam konversi biokimia meliputi

t i n g g i n y a b i a y a d a n r u m i t n y a p r o s e s

14

Prosedur hidrolisis dengan asam pekat memerlukan

waktu 10-12 jam dan konsentrasi asam yang pekat

memungkinkan penggunaan berbagai bahan baku,

termasuk limbah padat domestik. Masalah utama proses

ini adalah mahalnya harga asam pekat, sehingga

mengharuskan daur ulang asam dengan memisahkannya

dari gula (produk). Meskipun 80-97% asam dapat didaur

ulang dengan teknik penukar ion, biaya modal dan

operasinya masih jauh lebih tinggi dibandingkan dengan

metode asam encer.

Proses hidrolisis enzimatik melibatkan perlakuan awal

dalam hidrolisis hemiselulosa membentuk selulosa yang

lebih mudah dicerna (meskipun telah banyak riset untuk

hidrolisis langsung hemiselulosa tanpa perlakuan awal).

Enzim selulase kemudian digunakan menghidrolisis

selulosa menjadi glukosa secara selektif. Ini terjadi pada

kondisi jauh lebih moderat (30-70 °C) dibandingkan

hidrolisis asam encer, sehingga potensi degradasi lanjut

produk gula secara signifikan menurun. Proses ini juga

menawarkan potensi perolehan tertinggi glukosa dari

selulosa. Selulase dapat diperoleh dari berbagai

mikroorganisme, termasuk bakteri dan ragi. Namun, ragi

aerobik biasanya sumber yang lebih menarik.

Selulase adalah campuran berbagai enzim dengan fungsi

khusus dalam hidrolisis selulosa. Misalnya, endo-1,4-b-

D-glukanase bertindak secara internal pada zona amorf

selulosa untuk memotong ikatan gliosidik, menurunkan

tingkat polimerisasi; sedangkan selobiohidrolase

mendegradasi rantai selulosa dari ujung tereduksi atau

tak-tereduksi dan dapat memotong zona kristalin dengan

melepaskan selobiosa.

Sebagian besar hidrolisis berkatalis asam encer

memerlukan perlakuan awal (tahap pertama) pada suhu

menengah (140-160 °C) untuk melepas pentosa. Pada

tahap kedua, suhu dinaikkan ke 200-240 ° C untuk

memfasilitasi hidrolisis selulosa dan memperoleh gula

berkarbon enam. Perolehan optimum proses dua tahap

ini adalah 89% untuk manosa, 82% galaktosa, namun

hanya 50% untuk glukosa dengan konversi glukosa ke

etanol sebesar 90% (nilai teoritis). Untuk reaktor aliran

sumbat, perolehan ini sudah dianggap mencapai nilai

teoritis. Kemungkinan besar, sifat kristalin selulosa yang

menghambat perolehan. Laju hidrolisis selulosa amorf

jauh lebih besar dibandingkan yang kristal. Hidrolisis

selulosa kristalin dapat mendegradasi gula yang

diperoleh dari selulosa amorf menjadi produk lain

seperti hidrometil furfural dan asam levulinat. Hidrolisis

bolak-balik (counter-current) yang menggunakan

perlakuan kukus (steam) dapat meningkatkan perolehan

glukosa menjadi 84%, dan meningkatkan perolehan

fermentasi etanol ke 95%. Alternatif lain melibatkan

penggunaan belerang dioksida atau asam sulfat.

Hidrolisis dengan asam pekat melibatkan perlakuakn

awal asam untuk membebaskan gula hemiselulosa,

sementara tahap selanjutnya mempersyaratkan biomasa

kering yang diikuti penambahan asam sulfat pekat (70-

90%). Asam pekat megkonversi selulosa ke keadaan

amorf sepenuhnya. Setelah terdekristalisasi, akan

terbentuk gelatin yang homogen dengan asam. Pada

kondisi ini selulosa sangat mudah dihidrolisis. Oleh

karenanya, pengenceran dengan air pada suhu sedang

menghasilkan hidrolisis sempurna ke glukosa, jauh lebih

baik dibandingkan dengan perlakuan asam encer.

15

oksigen pada ±25% umpan. Ketika udara digunakan

untuk menyediakan oksigen, gas yang dihasilkan disebut

gas producer. Penggunaan udara hanya efektif untuk

gasifikasi jika menargetkan produksi listrik. Proses

katalitik yang diperlukan untuk sintesis biofuel dan

bahan kimia memerlukan gas yang lebih bersih. Oleh

karena itu, oksigen atau kukuslah yang digunakan. Dan,

gas yang dihasilkan disebut gas sintesis (atau syngas).

Rumus umum untuk gasifikasi dengan umpan oksigen

untuk karbohidrat adalah:

C6H

120

6 + 3/2 O

2 → 6 CO + 3 H

2 + 3 H

2O

Banyak produk (seperti diesel Fischer-Tropsch, alkhol,

olefin, asam asetat, dan lain-lain) dapat disintesis dari

gas ini. Jenis produk yang tepat bergantung pada rasio

CO ke H2 dalam syngas. Jumlah hidrogen (dan juga

karbon dioksida) yang diproduksi dapat ditingkatkan

dengan reaksi shift gas air (pada suhu 300 °C dan 15-25

bar) yang melibatkan pencampuran kukus dengan

syngas.

Jika syngas dapat dimurnikan dan kontaminan seperti tar

dan komponen anorganik dapat disisihkan, mekanisme

katalisis sintesis kimia selanjutnya sama dengan proses

petrokimia (dari bahan bakar fosil). Misalnya, produksi

biometanol dari syngas dengan mudah dilakukan dengan

kondisi ideal rasio H2:CO pada 3:1, via katalis Cu/Zn

pada 220-300 °C dan 50-100 bar.

Berbagai komponen dalam bahan baku menyebabkan

masalah pada gasifikasi dan tahapan konversi lanjut

produk yang dihasilkan. Umumnya diperlukan biomassa

Banyak faktor yang turut mempengaruhi baik perolehan

gula maupun laju hidrolisis. Pada biomassa: kristalinitas

selolosa dan derajat polimerisasi, kandungan

hemiselulosa setil, dan ukuran partikel besar semuanya

menghambat hidrolisis enzimatik. Ini semua adalah

pertimbangan yang dilakukan dalam memilih teknik

perlakuan awal. Polimer lignin juga menghambat

hidrolisis, tidak hanya akibat jumlahnya, namun juga

komposisinya dan asosiasinya dengan polisakarida.

Produk hidrolisis selulase, seperti glukosa dan selobiosa,

dapat juga menghambat aktifitas selulase.Oleh

karenanya, mereka harus disisihkan agar kebutuhan

enzim tidak meningkat. Konsentrasi substrat tinggi dapat

mengkatkan perolehan dan laju. Namun, jika rasio

substrat ke selulase terlalu tinggi, penghambatan

mungkin saja terjadi. Hidrolisis juga dapat dipercepat

dengan penambahan surfaktan, enzim lain (seperti

pektinase) dan dengan menggunakan campuran enzim

dari berbagai mikroorganisme.

Proses Termokimia

Gasifikasi biomassa memerlukan oksigen melalui

penambahan udara, oksigen atau kukus (berbeda dengan

pirolisis yang jumlah oksigennya dibatasi kuat). Proses

gasifikasi cenderung menghasilkan rentang produk lebih

kecil dari pada pirolisis dan mengarah ke produksi gas

(seperti hidrogen, karbon monoksida, metana, etilen,

dan lain-lain) atau gas yang dibentuk-ulang

(reformable). Suhu, dan khususnya desain gasifer yang

digunakan, mempengaruhi distribusi produk ini. Gas-gas

ini, dapat digunakan secara langsung untuk energi atau

dikonversi lanjut menjadi bahan kimia yang berguna

intuk industri dan transportasi.

Gasifikasi efektif terjadi pada suhu (>1000 °C) dengan

jumlah oksigen lebih layak dibandingkan pirolisis.

Karena pembentukan gas dari gasifikasi bersifat

endotermik, suhu dipertahankan dengan pembakaran

16

yang kering, jika tidak sebagian syngas akan digunakan

untuk pengeringan bahan baku. Biaya meninggi jika

kadar air mencapai 50%, sehingga tidak cocok untuk

gasifikasi. Katalis untuk sintesis metanol juga dapat

diracuni oleh belerang jika bahan baku mengandung

belerang. Katalis juga berkurang keaktifannya oleh abu

sehingga komposisi abu merupakan faktor penting dalam

desain gasifikasi. Gasifier unggun fluida yang beroperasi

dibawah 1000 °C, dapat mengurangi masalh abu, namun

sebaliknya memproduksi banyak tar dan metana dalam

syngas. Pembentukan tar juga merupakan masalah pelik

dalam gasifikasi. Salah satu cara mengatasi produksi tar

adalah dengan pemilihan katalis yang tepat. Katalis

dolomite dan nikel diperkirakan berpotensi mengatasi

permasalahan tar. Para peneliti berpendapat bahwa kunci

sukses gasifikasi biomassa adalah pada penemuan

katalis yang tepat.

Pirolisis dan torefaksi adalah dua pendekatan untuk

mengatasi permasalahn gasifikasi dengan mengkonversi

biomassa ke keadaan tertentu yang memudahkan

gasifikasi. Pirolisis memproduksi bio-oil dan biochar.

Torefaksi adalah pirolisis lambat pada suhu rendah (250-

300 °C) memfasilitasi pemanfaatan biomassa secara

lebih efektif dalam gasifier.

Muhammad Roil Bilad kini

bekerja sebagai asistan

professor di Universiti

Teknologi PETRONAS

(UTP) Malaysia sejak Mei

2016. Sebelum itu, dia

bekerja sebagai peneliti di beberapa

universitas: Nanyang Technological University

Singapura (2015-2016), Masdar Institute of Science and

Technology Uni Emirat Arab (2013-2015) dan KU

Leuven Belgia (2012-2013). Dia menyelesaikan meraih

gelar PhD-nya di KU Leuven Belgia, M.sc dari UTP dan

Sarjana Tenik dari Institut Teknologi Bandung.

Penelitian MR Bilad berkutat pada teknologi membran,

mulai dari sintesis, teknik karakterisasi, studi tentang

penyumbatan (fouling) dan penanggulangannya,

termasuk juga desain modul dan desain proses. Aplikasi

utama yang ditargetkan adalah untuk pengolahan air dan

air limbah, termasuk untuk desalinasi air laut. Sejak

bergabung dengan UTP, MR Bilad sedang berusaha

membangun riset dibidang yang sama. Dari hasil

risetnya, MR Bilad telah mempublikasikan 37 jurnal

ilmiah, 3 paten dan lebih dari 25 kali mempresentasikan

risetnya di konferensi internasional. MR Bilad bisa

dihubungi melaui email: mroil.bilad@utp.edu.my.

17

Topik Utama

Simulasi Aspen HYSYS untuk Proses Produksi

Biodiesel dari Limbah Minyak Goreng menggunakan

Reaktor Membran

Teknologi yang umumnya digunakan untuk

memproduksi biodiesel antara lain mikro emulsi [7],

pirolisis [8] dan transesterifikasi [9]. Di antara ketiga

metode itu, transesterifikasi adalah metode yang paling

umum digunakan. Bahan baku yang biasa digunakan

sangat bervariasi, di antaranya minyak sayur, minyak

zaitun, limbah minyak, lemak hewan dan minyak

mikroalga. Katalis yang umumnya digunakan dalam

metode ini adalah katalis basa homogen. Katalis jenis ini

memiliki kemampuan katalisator dan ketersediaan yang

tinggi. Sayangnya, katalis basa sangat sensitif terhadap

kandungan asam lemak bebas yang terdapat pada limbah

minyak goreng. Penggunaan katalis basa dapat

menyebabkan terbentuknya sabun yang akan

mengurangi yield biodiesel dan mempersulit proses

pemurnian [10]. Oleh karena itu, metode ini

membutuhkan banyak air dalam proses pemurnian

biodiesel. Di sisi lain, katalis asam homogen

membutuhkan waktu tinggal yang jauh lebih lama. Oleh

karena itu, penelitian ini akan membahas mengenai

proses produksi biodiesel dari limbah minyak goreng

menggunakan katalis asam heterogen dan reaktor

m e m b r a n . M e t o d e i n i d i g u k a n a n u n t u k

mengintensifikasi proses reaksi dan pemisahan dalam

satu reaktor. Biodiesel yang dihasilkan dalam reaksi

transesterifikasi akan dikeluarkan untuk menggeser

kesetimbangan ke arah produk. Metode ini juga akan

mengurangi kebutuhan air dalam proses pemurnian

p r o d u k . D a l a m a r t i k e l i n i a k a n

Yuanita Budiman

Universiti Teknologi PETRONAS

Seiring dengan pertumbuhan populasi dunia yang sangat

cepat, kebutuhan akan sumber energi terbarukan

semakin meningkat. Pada saat yang bersamaan, jumlah

limbah yang dihasilkan juga semakin meningkat. Oleh

karena itu, diperlukan suatu cara untuk menyelesaikan

kedua masalah ini. Saat ini, ada banyak penelitian

mengenai sumber-sumber energi terbarukan yang lebih

bersih dari energi fosil. Salah satunya adalah biodiesel.

Biodiesel dapat digunakan secara langsung [1] maupun

dicampur dengan diesel konvensional [2]. Biodiesel juga

terbukti mampu bekerja dalam mesin diesel biasa tanpa

adanya modifikasi khusus [3, 4].

Selain masalah kebutuhan sumber energi, masalah

mengenai polusi juga perlu diperhatikan. Salah satu cara

untuk mengurangi polusi adalah dengan mengubah

limbah menjadi sesuatu yang lebih bernilai (recycle).

Salah satu limbah yang terus bertambah seiring dengan

bertambahnya populasi manusia adalah limbah minyak

goreng. Jumlahnya yang banyak [1, 2, 5] dan harganya

yang relatif murah [6] membuatnya menarik untuk

dijadikan bahan baku pembuatan biodiesel.

18

Namun, katalis enzim bersifat sensitif terhadap

methanol, memiliki kemampuan katalisator yang rendah

dan harga yang mahal [10]. Katalis basa heterogen juga

sensitif terhadap asam lemak bebas dan akan

membentuk sabun jika kandungan asam lemak bebas

melebihi 2 wt% [10]. Oleh karena itu, dalam penelitian

ini, katalis asam heterogen akan digunakan karena

sifatnya yang tidak sensitif terhadap kandungan asam

lemak bebas. Dari berbagai macam katalis asam

heterogen, katalis WAl dipilih dalam penilitian ini

karena efektifitasnya. Komintarachat dan Chuepeng [15]

menemukan bahwa 1 wt% katalis WAl dan

perbandingan massa metanol/minyak 0.3 dapat

menghasilkan 97.5 wt% yield FAME pada kondisi

operasi 383 K selama 2 jam reaksi. Dalam

penelitiannya, mereka menggunakan limbah minyak

goreng dengan kandungan asam lemak bebas sebesar 15

wt%.

Reaksi esterifikasi dan transesterifikasi sangat umum

digunakan untuk memproduksi biodiesel. Kedua reaksi

ini dalam dilihat pada Gambar 1. Produk dari reaksi ini

adalah biodiesel (methyl esters) dengan hasil samping

gliserol. Pengotor yang kemungkinan terkandung dalam

produk antara lain sisa katalis asam heterogen yang

terbawa atau sabun jika katalis basa yang digunakan

[10]. Limbah yang dihasilkan dari produksi biodiesel

adalah air yang berasal dari reaksi esterifikasi maupun

proses pemurnian biodiesel.

Komintarachat and Chuepeng [15] telah mempelajari

dampak katalis WAl, perbandingan berat metanol

terhadap minyak, suhu dan waktu tinggal terhadap yield

biodiesel. Berdasarkan penelitian mereka, yield biodiesel

dapat dirumuskan menjadi:

dibahas analisa potensi penggunan katalis asam

heterogen dan reaktor membran secara teknis dan

ekonomis.

Deskripsi Proses

Proses transesterifikasi dapat dilakukan di dalam

berbagai reaktor, antara lain batch, plug flow, fixed bed

atau CSTR. Penggunaan reaktor batch dalam proses

produksi biodiesel tidak direkomendasikan karena

kerumitan mode operasinya [11]. Sedangkan reaktor-

reaktor lain memiliki kesulitan untuk memproduksi

biodiesel dengan yield yang tinggi [11,12]. Sementara

reaktor membran terbukti lebih ramah lingkungan

karena dapat mengurangi produksi limbah air [13].

Reaktor membran juga mampu mengintensifikasi proses

dan mengeluarkan produk secara selektif selama reaksi

berjalan, sehingga dapat meningkatkan kemurnian

produk [11]. Membran umumnya diklasifikasikan dalam

tiga kelompok; anorganik, organik dan kombinasi. Di

antara ketiga kelompok itu, membran anorganik, seperti

metal, keramik dan zeolit, dipercaya paling sesuai

digunakan dalam produksi biodiesel karena

kemampuannya bertahan dalam suhu dan tingkat

keasaman yang ekstrim [11]. Barredo-Damas et al. [14]

menyebutkan bahwa selain kemampuannya bertahan

dalam kondisi ekstrim, harga membran keramik terus

mengalami penurunan dalam beberapa tahun terakhir.

Katalis adalah salah satu faktor terpenting dalam

produksi biodiesel karena dampaknya terhadap laju

reaksi, kondisi operasi dan yield. Lam et al. [10]

menyebutkan bahwa katalis heterogen dan enzim adalah

katalis yang paling sesuai untuk reaksi transesterifikasi

menggunakan bahan baku berkualitas rendah. Hal ini

dikarenakan sifatnya yang tidak sensitif terhadap asam

lemak bebas dan proses pemisahannya yang relatif lebih

mudah.

19

lemak bebas pada skenario utama adalah 15 wt%.

Triolein and trilinolein adalah komponen utama

dalam limbah minyak goreng. Tabel 1

menunjukkan komposisi limbah minyak goreng

yang digunakan pada skenario utama [10] .

Metode evaluasi proses tahap awal digunakan

dalam penelitian ini untuk merancang proses dan

mengevaluasinya [17]. Limbah minyak goreng

dan metanol dipompa dan dipanaskan untuk

mencapai suhu 383.1 K dan 11.51 bar sebelum

dialirkan menuju reaktor. Reaktor membran

disimulasikan menggunakan conversion reactor

dan component splitter dengan me-recycle aliran

r e t e n t a t e .

FAME Yield (wt%) =

7.1609 T − 1326.6326 t − 12.5697 C2

− 0.0186 T2 − 3.9446 t2 −321.9353 R2

+ 0.0712 CT + 3.5161 Tt + 0.5940 TR

Dimana T, t, C and R masing-masing melambangkan

suhu (K), waktu tinggal (jam), jumlah katalis WAl

(wt%) dan perbandingan massa methanol dan minyak.

Simulasi Proses

Flowsheet proses produksi biodiesel menggunakan reakt

or membran dikembangkan dalam software Aspen HYS

YS versi 8.8 dengan fluid package NRTL. Komposisi as

am lemak bebas diambil dari Wen et al. [16], sedangkan

komposisi trigliserida diasumsikan. Kandungan asam

Gambar 1. Reaksi untuk memproduksi biodiesel, (a) transesterifikasi trigliserida, (b) esterifikasi asam

lemak bebas.

20

Berdasarkan diskusi di atas, efektifitas pemisahan yang

dilakukan membran dapat dilihat pada Tabel 2. Nilai-

nilai ini digunakan pada skenario utama dan akan

divariasikan dalam analisa sensitivity.

Permeate yang mengandung biodiesel dikeluarkan dari

reaktor, sementara retentate di-recycle kembali ke

reaktor. Permeate kemudian didinginkan sampai

mencapai suhu ruangan dan langsung terpisah menjadi

fasa FAME dan fasa gliserol [12]. Metanol dalam fasa

FAME dipisahkan menggunakan kolom distilasi dan di-

recycle kembali ke tanki penyimpanan metanol. Produk

dari kolom distilasi pertama kemudian dialirkan

menuju kolom distilasi kedua untuk memurnikan

FAME dari limbah yang masih tercampur,

Conversion reactor dijalankan dengan 96.54%

konversi trigliserida dan 92.34% konversi asam

lemak bebas. Besar konversi ini dihitung dari yield

FAME dengan asumsi reaksi berjalan pada suhu 383

K, katalis WAl sebesat 1 wt% dan perbandingan

metanol/minyak sebesar 0.3 dalam waktu 2 jam.

Membran diasumsikan bekerja dengan memisahkan

komponen-komponen berdasarkan berat molekul.

Metanol dan air seluruhnya melewati membran

sebagai permeate karena berat molekulnya yang

relatif kecil. Di sisi lain, trigliserida tertahan di

dalam reaktor karena berat molekulnya yang relative

besar. Selain itu, berat molekul asam lemak bebas

dan FAME (~ 300 gram/mol) sekitar tiga kali lebih

besar daripada ukuran gliserol.

Tabel 1. Komposisi limbah minyak goreng pada skenario utama.

Komponen Fraksi berat

Tripalmitin 0.074

Tristearin 0.027

Triolein 0.184

Trilinolein 0.478

Trilinolenin 0.051

Other TG 0.036

Palmitic Acid 0.013

Stearic Acid 0.005

Oleic Acid 0.032

Linoleic Acid 0.083

Linolenic Acid 0.009

Other FFA 0.006

H2O 0.003

Tabel 2. Efektivitas pemisahan oleh membran pada skenario utama.

Komponen Permeate Retentate

Triglycerides 0 1

Free fatty acids 0.30 0.70

Fatty acid methyl esters 0.35 0.65

Glycerol 0.90 0.10

Methanol 1 0

Water 1 0

21

Hal ini dikarenakan ketidakpekaan katalis asam

heterogen terhadap kandungan asam lemak bebas [10]

dan tingginya yield FAME dari minyak dengan

kandungan asam lemak bebas yang cukup tinggi

(~15wt%) [15]. Namun, pengaruh perubahan kandungan

asam lemak bebas terhadap yield FAME belum diteliti

lebih lanjut [15]. Dalam penelitian selanjutnya, kondisi

operasi akan divariasikan untuk melihat pengaruhnya

terhadap yield FAME.

Di sisi lain, efektifitas pemisahan oleh membran

berpengaruh cukup signifikan terhadap CAPEX.

Pemisahan oleh membran yang lebih baik akan

mengurangi jumlah aliran recycle dan menyerhanakan

proses pemisahan setelahnya. Hal ini menyebabkan

berkurangnya CAPEX sebesar 10%. Sebaliknya,

pemisahan oleh membran yang kurang efektif

menyebabkan meningkatnya CAPEX sebesar 20%.

termasuk sisa asam lemak bebas yang tidak bereaksi.

Dalam kolom ini, biodiesel diambil dari aliran

distillate. Gambar 2 menunjukkan model HYSYS

untuk proses produksi biodiesel menggunakan

reaktor membran.

Dari skenario utama, capital cost dihitung

menggunakan in-house capital cost estimation tool.

Kemudian dua parameter divariasikan untuk melihat

pengaruhnya terhadap capital cost. Parameter itu

antara lain kandungan asam lemak bebas dan

efektifitas pemisahan oleh membran. Kandungan

asam lemak bebas divariasikan dari 10 wt%, 15 wt%

sampai 20%. Efektifitas pemisahan oleh membran

divariasikan sesuai data pada Tabel 3.

Dampak perubahan dua jenis parameter terhadap

estimated capital cost atau capital expenditures

(CAPEX) ditunjukkan oleh Gambar 3. Gambar

tersebut menujukkan bahwa kandungan asam lemak

bebas tidak mempengaruhi CAPEX.

Gambar 2. Model HYSYS untuk proses produksi biodiesel menggunakan reaktor membran.

22

4. M. M. Gui, K. T. Lee, and S. Bhatia, “Feasibility

of edible oil vs. non-edible oil vs. waste edible oil

as biodiesel feedstock,” Energy, vol. 33, no. 11,

pp. 1646–1653, Nov. 2008.

5. K. Jacobson, R. Gopinath, L. C. Meher, and A. K.

Dalai, “Solid acid catalyzed biodiesel production

from waste cooking oil,” Appl. Catal. B Environ.,

vol. 85, no. 1–2, pp. 86–91, Dec. 2008.

6. Y. Zhang, M. A. Dubé, D. D. McLean, and M.

Kates, “Biodiesel production from waste cooking

oil: 2. Economic assessment and sensitivity

analysis,” Bioresour. Technol., vol. 90, no. 3, pp.

229–240, Dec. 2003.

Referensi

1. A. Demirbas, “Importance of biodiesel as

transportation fuel,” Energy Policy, vol. 35, no.

9, pp. 4661–4670, Sep. 2007.

2. M. S. Graboski and R. L. McCormick,

“Combustion of fat and vegetable oil derived

fuels in diesel engines,” Prog. Energy

Combust. Sci., vol. 24, no. 2, pp. 125–164, Jan.

1998.

3. M. Zabeti, W. M. A. W. Daud, and M. K.

Aroua, “Biodiesel production using alumina-

supported calcium oxide: An optimization

study,” Fuel Process. Technol., vol. 91, no. 2,

pp. 243–248, Feb. 2010.

Gambar 3. Perubahan CAPEX karena variasi kandungan asam lemak bebas di dalam bahan baku dan efektifitas

pemisahan oleh membran.

Tabel 3. Faktor pemisahan oleh membran.

Komponen Faktor pemisahan feed dalam permeate

Skenario 3 Skenario Utama Skenario 4

Triglicerida 0 0 0

Asam lemak bebas 0.20 0.30 0.40

FAME 0.25 0.35 0.45

Gliserol 0.80 0.90 1

Metanol 1 1 1

Air 1 1 1

23

14. S. Barredo-Damas, M. I. Alcaina-Miranda, A.

Bes-Piá, M. I. Iborra-Clar, A. Iborra-Clar, and J.

A. Mendoza-Roca, “Ceramic membrane behavior

in textile wastewater ultrafiltration,” Desalination,

vol. 250, no. 2, pp. 623–628, Jan. 2010.

15. C. Komintarachat and S. Chuepeng, “Solid Acid

Catalyst for Biodiesel Production from Waste

Used Cooking Oils,” Ind. Eng. Chem. Res., vol.

48, no. 20, pp. 9350–9353, Oct. 2009.

16. Z. Wen, X. Yu, S.-T. Tu, J. Yan, and E.

Dahlquist, “Biodiesel production from waste

cooking oil catalyzed by TiO2–MgO mixed

oxides,” Bioresour. Technol., vol. 101, no. 24, pp.

9570–9576, Dec. 2010.

17. Z. A. Putra, “Early Phase Process Evaluation:

Industrial Practices,” Indones. J. Sci. Technol.,

vol. 1, no. 2, pp. 238–248, Sep. 2016.

Y u a n i t a B u d i m a n a d a l a h

s eo rang mahas i swi p rogram

s a r j a n a T e k n i k K i m i a d i

U n i v e r s i t i T e k n o l o g i

PETRONAS. Saat ini penulis

t e n g a h m e r a m p u n g k a n

skripsinya tentang simulasi proses

produksi biodiesel dari limbah minyak goreng

menggunakan reaktor membran.

7. A. S. Ramadhas, S. Jayaraj, and C.

Muraleedharan, “Use of vegetable oils as I.C.

engine fuels—A review,” Renew. Energy, vol. 29,

no. 5, pp. 727–742, Apr. 2004.

8. [8] L. Brennan and P. Owende, “Biofuels

from microalgae—A review of technologies for

production, processing, and extractions of biofuels

and co-products,” Renew. Sustain. Energy Rev.,

vol. 14, no. 2, pp. 557–577, Feb. 2010.

9. [9] M. Zabeti, W. M. A. Wan Daud, and M.

K. Aroua, “Activity of solid catalysts for biodiesel

production: A review,” Fuel Process. Technol.,

vol. 90, no. 6, pp. 770–777, Jun. 2009.

10. [10] M. K. Lam, K. T. Lee, and A. R.

Mohamed, “Homogeneous, heterogeneous and

enzymatic catalysis for transesterification of high

free fatty acid oil (waste cooking oil) to biodiesel:

A review,” Biotechnol. Adv., vol. 28, no. 4, pp.

500–518, Jul. 2010.

11. [11] I. M. Atadashi, M. K. Aroua, A. R. Abdul

Aziz, and N. M. N. Sulaiman, “Membrane

biodiesel production and refining technology: A

critical review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol.

15, no. 9, pp. 5051–5062, Dec. 2011.

12. [12] P. Cao, M. A. Dubé, and A. Y. Tremblay,

“High-purity fatty acid methyl ester production

from canola, soybean, palm, and yellow grease

lipids by means of a membrane reactor,” Biomass

Bioenergy, vol. 32, no. 11, pp. 1028–1036, Nov.

2008.

13. [13] Z. Yaakob, M. Mohammad, M. Alherbawi,

Z. Alam, and K. Sopian, “Overview of the

production of biodiesel from Waste cooking oil,”

Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 18, pp. 184–

193, Feb. 2013.

24

25

Studi Kasus

Pengenalan Concentrating Solar Power Plant

(Pembangkit Listrik Tenaga Panas Matahari)

Dengan kontribusi terhadap kapasitas total listrik global

sebesar 3.6 dan 6.9% berturut-turut. Masa depan dari

pembangkit listrik PV dan tenaga angin juga terlihat

menjanjikan melihat tingkat pertumbuhan tahunan

gabungan (compound annual growth rate-CAGR) pada

2005-2015 sebesar 45.1 dan 22.1% berturut-turut [3].

Walaupun begitu, PV dan tenaga angin merupakan

intermittent energy (tidak terus-menerus ada). Hal ini

berarti PV dan tenaga angin tidak dapat mengalirkan

listrik secara terus-menerus ke jaringan listrik. Oleh

karena itu, energy storage system (ESS) seperti baterai

seringkali digunakan di pembangkit listrik PV dan

tenaga angin. Sampai saat ini, baterai layak dari segi

eknonomi hanya untuk penyimpanan jangka pendek dan

pada skala kecil cost. Jenis lain pemanfaatan energi

matahari untuk produksi listrik adalah concentrating

solar power (CSP). Prinsip kerjanya adalah dengan

mengumpulkan radiasi panas menggunakan cermin

(collector) untuk menghasilkan listrik dengan turbin baik

secara langsung maupun tidak langsung. Dari segi

ekonomi, CSP dengan thermal energy storage (TES)

lebih murah [4] atau paling tidak sama [5] bila

dibandingkan dengan PV dengan baterai. Sebagai

tambahan, CSP dengan TES dapat menyediakan daya

baseload (beban-dasar) atau dispatchable (dapat

dinyalakan atau diistirahatkan, atau dapat diatur

k e l u a r a n d a y a l i s t r i k n y a b e r d a s a r k a n

k e b u t u h a n / k e i n g i n a n )

Riezqa Andika

Yeungnam University

Matahari merupakan sumber utama energi untuk Bumi

dengan rata-rata energi di setiap meter persegi Bumi

setiap tahun kira-kira 342 watt. Total, matahari

mengantarkan 4.4×1016 watt ke Bumi [1]. Jumlah ini

jauh lebih banyak daripada produksi listrik di dunia pada

tahun 2012, yakni 21.56×1012 kWh. Bahkan, jumlah

energi matahari ke Bumi masih jauh di atas estimasi

produksi listrik pada tahun 2040, yakni sebesar

36.45×101 2 kWh [2]. Maka dari i tu, sangat

memungkinkan apabila energi matahari dijadikan

sumber utama produksi listrik di masa depan. Pada

dasarnya, energi matahari terdiri dari radiasi cahaya dan

panas. Radiasi cahaya memiliki dua sifat yang bertolak

belakang yakni dapat diamati sebagai gelombang

elektromagnetik maupun sebagai partikel yang disebut

foton. Foton merupakan partikel terkecil dari cahaya.

Jika foton mengalami kontak dengan material

fotoelektrik yang menyebabkan elektron terlepas dari

atom, maka hal tersebut akan memproduksi arus listrik.

Fenomena ini merupakan prinsip dasar dari teknologi

photovoltaic (PV). Sedangkan radiasi panas

mempengaruhi Bumi dengan beberapa cara diantaranya

adalah bertiupnya angin. Serupa dengan PV, tenaga

angin dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik.

Pada 2015, PV dan tenaga angin merupakan sumber

u t a m a e n e r g i t e r b a r u k a n

26

sumber lainnya) untuk desalinasi air. CSP juga dapat

diaplikasikan untuk multi-effect distillation (MED)

dengan memanfaatkan low-pressure steam dari turbin

[13].

Teknologi CSP sudah beroperasi lebih dari dua dekade.

Hingga saat ini, ada empat tipe CSP, yakni parabolic

trough, solar tower, linear Fresnel, dan solar dish.

Parabolic trough (Gambar 1) merupakan teknologi CSP

yang sudah komersial dan paling dominan. Solar tower

(Gambar 2) saat ini sedang dalam tahap

pengkomersialisasian, sedangkan linear Fresnel

(Gambar 3) dan solar dish (Gambar 4) masih dalam

tahap pengembangan [14]. Perbandingan antara keempat

teknologi ini dapat dilihat di Tabel 1 [15].

yang memungkinkan fleksibilitas dalam merencanakan

sistem penyediaan listrik [6–12]. Maka dari itu, CSP

dengan TES memiliki potensi yang kuat jika

dibandingkan dengan energi terbarukan lainnya untuk

menggantikan batu bara sebagai pembangkit listrik

baseload.

Keuntungan lain teknologi CSP adalah dapat

diaplikasikan secara efektif di berbagai skala. CSP skala

kecil dapat diaplikasikan pada bangunan untuk

menyediakan listrik, panas, dan pendinginan. CSP skala

menengah dapat diaplikasikan di daerah terpencil seperti

tambang. CSP skala besar selain dapat diaplikasikan

untuk pembangkit listrik, dapat juga diaplikasikan untuk

cogeneration (pembangkitan listrik bersama dengan

Gambar 1. Skema proses CSP parabolic trough.

27

Gambar 2. Skema proses CSP solar tower.

Gambar 3. Skema proses CSP linear Fresnel.

28

Gambar 4. Skema proses CSP solar dish.

Tabel 1. Perbandingan teknologi CSP.

Parabolic Trough Solar Tower Linear Fresnel Solar Dish

Kapasitas tipikal (MW) 10-300 10-200 10-200 0.01-0.025

Perusahaan pengembang

Abengoa Solar,

SolarMillennium, Sener

Group, Acciona,

Siemens, NextEra,ACS,

SAMCA, dll

Abengoa Solar,

BrightSource, Energy,

eSolar, SolarReserve,

Torresol

Novatec Solar,

Areva

Temperatur operasi (°C) 350-550 250-565 390 550-750

Efisiensi puncak pembangkit

listrik (%) 14-20 23-35* 18 30

Efisiensi energi matahari ke

listrik tahunan (net) (%) 11-16 7-20 13 12-25

Faktor kapasitas tahunan (%) 25-28 (tanpa TES)

29-43 (TES 7 jam) 55 (TES 10 jam) 22-24 25-28

Hibridisasi Ya dan langsung Ya Ya, langsung

(steam boiler) Belum direncanakan

Stabilitas jaringan Sedang ke tinggi (TES

atau hibridisasi) Tinggi (TES ukuran besar)

Sedang ( dengan

back-up firing) Rendah

Cycle Superheated Rankine Superheated Rankine Saturated Rankine Stirling

Kondisi steam (°C/bar) 380 hingga 540/100 540/100 hingga 160 260/50 Tidak tersedia

Tipe aplikasi On-grid On-grid On-grid On-grid/Off-grid

Catatan: * = batas atas adalah jika tenaga panas matahari menggunakan combined cycle turbine

29

9. Lilliestam, J., Bielicki, J. and Patt, A.

(2012). Comparing carbon capture and storage

(CCS) with concentrating solar power (CSP):

Potentials, costs, risks, and barriers. Energy

Policy, 47, pp.447–455.

10. Trieb, F., Schillings, C., Pregger,

T. and O’Sullivan, M. (2012). Solar electricity

imports from the Middle East and North Africa

to Europe, Energy Policy, 42, pp.341–353.

11. Usaola, J. (2012). Operation of concentrating

solar power plants with storage in spot

electricity markets. IET Renewable Power

Generation, 6, pp.59–66.

12. Viehbahn, P., Lechon, Y. & Trieb, F.

(2011). The potential role of concentrated solar

power (CSP) in Africa and Europe. Energy

Policy, 39, pp.4420–4430.

13. International Energy Agency. (2010).

Technology Roadmap: Concentrating Solar

Power.

14. Energy Technology Systems Analysis

Programme International Energy Agency and

International Renewable Energy Agency.

(2013). Concentrating Solar Power: Technology

Brief.

15. International Renewable Energy Agency.

(2012). Renewable Energy Technologies: Cost

Analysis Series (Volume 1: Power Sector, Issue

2/5) - Concentrating Solar Power.

Referensi

1. National Aeronautics and Space Administration.

(2005). NASA Facts: The Balance of Power in the

Earth-Sun System.

2. U.S. Energy Information Administration. (2016).

International Energy Outlook 2016.

3. U.S. Department of Energy. (2016). 2015

Renewable Energy Data Book.

4. Jorgenson, J., Mehos, M., and Denholm, P.

(2016). Comparing the net cost of CSP-TES to PV

deployed with battery storage. AIP Conference

Proceedings 1734, 080003, pp1–9.

5. Hernández-Moro, J. and Martínez-Duart J.M.

(2013). Analytical model for solar PV and CSP

electricity costs: Present LCOE values and their

future evolution. Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 20, pp.119–132.

6. Pfenninger, S., Gauché, P., Lilliestam, J.,

Damerau, K., Wagner, F., and Patt, A. (2014).

Potential for concentrating solar power to provide

baseload and dispatchable power. Nature Climate

Change, 4, pp.689–692.

7. Fthenakis, V., Mason, J. & Zweibel,

K. (2009). The technical, geographical, and

economic feasibility for solar energy to supply the

energy needs of the US. Energy

Policy, 37, pp.387–399.

8. Izquierdo, S., Montañés, C., Dopazo, C. & Fueyo,

N. (2010). Analysis of CSP plants for the

definition of energy policies: The influence on

electricity cost of solar multiples, capacity factors

and energy storage. Energy Policy, 38, pp.6215–

6221.

30

R i e z q a A n d i k a a d a l a h

s e o r a n g r e s e a r c h a s s i s t a n t

d a n j u g a k a n d i d a t d o k t o r

d i Y e u n g n a m U n i v e r s i t y ,

K o r e a S e l a t a n . S e l a i n i t u ,

p e n u l i s m e r u p a k a n C h i e f

Operating Officer di Cognoscente.

Bidang penelitian yang ditekuni adalah intensifikasi

proses termasuk distilasi, syngas treatment process, dan

concentrating solar power process.

31

Contact person: Bobby F Assiddiq (+62 812 7015 5938)