## Sintesis Katalis Ni/ZSM-5 untuk Pirolisis Cangkang Sawit Menjadi Bio-Oil

## Fajril  Akbar, Sunarno
Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau Kampus Binawidya Jl.Subrantas Km 12,5 Simpang Baru Pekanbaru 28293 *E-mail : narnounri@yahoo.com

## Abstract
Increasing of the palm plantation every years can be increase the Crude Palm Oil (CPO) product, effecting the increase of the palm solid waste . One of the solid waste is palm kernel shell which used as energy source for boiler that produce palm  ash  wich  as  substant  for  the  synthesis  of  ZSM-5catalyst  (ratio  Si/Al=  30).    The  synthesis  of  Ni/ZSM-5  by impregnation method at temperature 90 0 C, for 6 hours, then calcined by the themperature various of 400 0 C, 500 0 C, and 600 0 C  during  4  hours  with  nitrogen  gas  is  flow,  and  followed  by  oxidation  with  oxygen  gas  and  reduction  with hydrogen gas  flow for 2 hours at themperature 400 0 C have been conducted. The resulting Ni/ZSM-5  was analyzed by BET  method  and  applied  for  pyrolysis  proccess  of  the  palm  kernel  shell  to  produce  bio oil.  The  bio  oil  product  was charactrized  for  dencity,  viscocity  and  flash  point.  The  result  show  that  maximum  surface  area  of  catalyst    for calcination  obtained  at  500ºC  is    67,874  m 2 /g,  and  study  of  pyrolysis  proccess  from  1%  mass  of  palm  kernel  shell produce  of  43%  bio  oil  yield.  The  characterization  result  of  bio-oil  obtained  that  density  is  0.954gr/ml,  viscosity  is 12.65cp, and flash point is 62 o C.
Keywords : BET, Bio-Oil, Ni/ZSM-5, Pyrolysis, Solid Waste

## I.Pendahuluan.
Saat ini industri sawit merupakan salah satu komoditas yang  memegang  peranan  penting  dalam  perekonomian Indonesia.  Hal  ini  dapat  dilihat  dari  luas  perkebunan sawit yang meningkat tiap tahunnya, yaitu dari 7,0 juta hektar  pada  tahun  2008  menjadi  7,3  juta  hektar  pada tahun  2009.  Sedangkan  produksi  minyak  sawit Crude Palm Oil (CPO) terus mengalami peningkatan dari 19,2 juta  ton  pada  tahun  2008  meningkat  menjadi  19,4  juta ton pada tahun 2009 (ICN, 2009).
Dengan semakin meningkatnya produksi CPO maka akan  mengakibatkan  peningkatan  jumlah  limbah  sawit. Untuk itu diperlukan suatu cara agar limbah sawit dapat dimanfaatkan sehingga limbah sawit dapat ditanggulangi.  Sawit  mengandung  lebih  kurang  67% brondolan, 21,5% tandan kosong, 11,1% blowdown dan 0,4%  penguapan  pertandan  buah  segar.  Tiap  brondolan diperoleh  CPO  ( Crude  Palm  Oil )  kasar  43,5%  dan  biji serta  ampas  23,5%.  Didalam  biji  mengandung  biji 10,4%, cangkang sekitar 5,4% dan kernel 5% (Naibaho, 1996).
Limbah padat berupa cangkang dan sabut digunakan sebagai  bahan  bakar  ketel  ( boiler )  untuk  menghasilkan energi  mekanik  dan  panas.  Masalah  yang  kemudian timbul  adalah  sisa  dari  pembakaran  pada  ketel  ( boiler ) berupa  abu  sawit  dengan  jumlah  yang  terus  meningkat sepanjang tahun tahunnya yang sampai sekarang masih belum termanfaatkan.
Abu  sawit  umumnya  dibuang  di landfill atau ditumpuk  begitu  saja  di  dalam  area  industri. Penumpukan  abu  sawit    dapat  menimbulkan  masalah lingkungan.  Karena  abu  sawit  ini  mengandung  banyak silika  maka  dapat  dikonversi  menjadi  silika
terspresipitasi  (Saputra,  2006).  Abu  sawit  asal  Propinsi Riau  berupa  sabut  dan  cangkang  berkadar  silika berturut-turut  61,3  dan  76,2%  berat  (Zahrina,  2003). Sehingga penggunaan abu sawit dapat digunakan dalam pembuatan  katalis  ZSM-5.  Katalis  ZSM-5  merupakan salah  satu  zeolit  sintesis  yang  banyak  digunakan  di industri terutama untuk reaksi perengkahan.
Siswodiharjo  (2006)  telah  melakukan  penelitian reaksi  hidrorengkah  parrafin  menggunakan  katalis Ni/Zeolit,  Mo/Zeolit  dan  NiMo/Zeolit.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  katalis  Ni/Zeolit  memiliki efektivitas katalis yang paling baik.  Katalis Zeolit akan diganti dengan ZSM-5 karena ZSM-5 memiliki aktivitas dan selektivitas serta stabilitas termal yang tinggi. ZSM- 5  juga  menyediakan  permukaan  yang  luas  untuk menebarkan komponen aktif berupa logam.
Untuk memperoleh katalis ZSM-5 yang baik, dibuat suatu  sistem  logam  pengemban  yaitu  dengan  cara menempelkan  komponen  aktif  logam  Ni.  Keuntungan yang  diperoleh  adalah  komponen  aktif  logam  dapat didistribusikan  secara  merata  ke  seluruh  pori-pori pengemban  sehingga  luas  permukaan  katalis  menjadi besar. Katalis Ni/ZSM-5 ini akan diuji kinerjanya dalam proses pirolisis bio-oil. Bio-oil ini  merupakan  salah  satu  energi  alternatif pengganti  bahan  bakar  dari  minyak  bumi  yang mengalami  penurunan  produksi  tiap  tahunnya. Bio-oil sebagai  pengganti  bahan  bakar  minyak  bumi memiliki beberapa  keuntungan  yaitu bio-oil sangat  ramah lingkungan  karena  dapat  mendaur  ulang  limbah, mengurangi  penimbunan,  mencegah  pencemaran  tanah dan air tanah, tidak menghasilkan emisi SOx dan ketika dibakar emisi NOx yang dihasilkan hanya sekitar 15%.
Karena bio-oil memiliki kandungan nitrogen dan sulfur yang sangat sedikit.
Bio-oil adalah  cairan  yang  dapat  larut  dalam  air, bahan  bakar  yang  dapat  dioksigenasi,  mengandung karbon, hidrogen dan oksigen.
Anugra  (2011)  telah  melakukan  penelitian  pirolisis cangkang sawit menjadi bio-oil didapatkan rasio katalis
1%wt  Ni/NZA  dan  suhu  pirolisis  320 0 C    dan  pada kecepatan  pengadukan  300  rpm.  Tujuan  dari  penelitian ini  adalah  untuk  menentukan  pengaruh  variasi  suhu kalsinasi terhadap luas permukaan katalis.

## II. Metodologi.
Sintesis  ZSM-5  mengacu  pada  prosedur  yang  telah dilakukan oleh Misdian  (2009) dengan kondisi suhu 175 o C,  Si/Al  30  selama  18  jam.  Terlebih  dahulu  akan
dilakukan  pembuatan  silika  terpresipitasi  dan  natrium aluminat.
NaOH 6,037 gr (jumlah NaOH disesuaikan dengan rasio molar Na 2 O/Al 2 O 3 = 7,4) Suspensi I : Natrium Aluminat 1,9 gr + aquades 125 ml Suspensi II : Silika terpresipitasi 25 gr + aquades 105 ml Suspensi III Si/Al = 30 Autoclave T = 175 o C, t = 18 jam Pengadukan selama 30 menit Pencucian produk dengan aquades Pengeringan dalam oven pada T = 110 o C selama 6 jam ZSM-5
Gambar 1 . Sintesis Katalis Ni/ZSM-5
Sampel  ZSM-5    direfluks    dengan  larutan Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O  sebanyak  500  ml  pada  suhu  90 o C selama 6 jam, Kemudian disaring dan dicuci. Sampel ini dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C selama 3 jam sehingga  didapat  sampel  Ni/ZSM-5.  Pengembanan logam  sebesar    3%  b/b  terhadap  sampel  ZSM-5. dikalsinasi pada variasi suhu 400, 500 o C dengan  waktu 4  jam  sambil  dialirkan  gas  nitrogen  sebesar ± 400 ml/menit, dilanjutkan dengan oksidasi pada suhu 400 o C menggunakan  gas  oksigen  sebesar ± 400  ml/menit selama  2  jam  dan  reduksi  pada  suhu  400 o C menggunakan  gas  hidrogen  sebesar ± 400  ml/menit selama 2 jam.
Untuk  menguji  aktivitas  kinerja  Ni/ZSM-5  diuji dengan  melakukan  pirolisis  cangkang  sawit  mengacu pada  penelitian  yang  telah  dilakukan  oleh  Anugra (2010).  Cangkang  sawit  yang  telah  dihancurkan ditimbang  sebanyak  50  gram  dengan  ukuran  -40+60 mesh  beserta  500  ml thermal  oil (silinap  280  M) dimasukkan  ke  dalam  reaktor  dan  ditambahkan  1%-wt Ni/ZSM-5  dari  berat  cangkang  sawit    kemudian dilakukan  pirolisis  pada  temperatur  320 0 C    dan  pada kecepatan  pengadukan  300  rpm  hingga  waktu  tertentu. Gas Nitrogen dialirkan ke dalam reaktor dengan laju alir 1,3  mL/detik.  Diulangi  dengan  variasi  suhu  kalsinasi Ni/ZSM-5  lainnya  (Ni/ZSM-5  dengan  suhu  kalsinasi yaitu 400, 500 0 C).

## III. Hasil dan Pembahasan.
a. Analisis Data Suhu Kalsinasi
Gambar 2. Hubungan Suhu Kalsinasi Terhadap Luas Permukaan Katalis
Dari  Gambar  4.1  diketahui  bahwa  pada  suhu kalsinasi  400 0 C  luas  permukaan  katalis  21,300  m 2 /g, suhu kalsinasi 500 0 C dihasilkan luas permukaan 67,874 m 2 /g  dan  pada  suhu  kalsinasi  600 0 C  dihasilkan  luas permukaan  22,959    m 2 /g.  Dari  hasil  yang  diperoleh diketahui  bahwa  suhu  kalsinasi  mempengaruhi  luas permukaan katalis Ni/ZSM-5.
Suhu  kalsinasi  400 0 C  luas  permukaan  katalis  yang diperoleh  kecil  hal  ini  disebabkan  fasa  aktif  yang diembankan belum terbentuk secara sempurna. Pendapat ini  sesuai  dengan  penelitian  Elmasry  [1994]  yang menyatakan  bahwa  fasa  aktif    terbentuk    pada  suhu diatas  623  K  atau  350 0 C.  Ini  berarti  bahwa  perlu  suhu yang  lebih  tinggi  agar  reaksi  kalsinasi  dapat  berjalan sempurna dan  fasa aktif dapat terbentuk.
Tetapi  pada  suhu  500 0 C  terjadi  peningkatan  luas permukaan  katalis  Ni/ZSM-5.    Pada  tahap  pengeringan setelah  impregnasi,  garam  prekursor  Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O akan berubah menjadi Ni 3 (NO 3 ) 2 (OH) 4 [Sietsma., 2008]. Tahap Kalsinasi terjadi reaksi:
Ni 3 (NO 3 ) 2 (OH) 4 (s) → 3NiO (s) +2NO 2(g) + ½ O 2(g) + 2H 2 O (g)
Reaksi  ini  menunjukkan  bahwa  fasa  oksida  akan terbentuk  pada  tahap  kalsinasi  dan  gas  seperi  NO 2 ,  O 2 , H 2 O  akan  hilang  seiring  dengan  meningkatnya  suhu kalsinasi.  Gas-gas  seperti  NO 2 ,  O 2 ,  H 2 O  merupakan pengotor  yang  jika  terdapat  pada  katalis  akan  membuat pori-pori  katalis  dipenuhi  pengotor  sehingga  luas permukaan katalis menjadi kecil. Jika pengotor-pengotor ini hilang secara sempurna maka luas permukaan katalis akan meningkat karena pori-pori katalis lebih terbuka.
Selanjutnya  tahap  oksidasi  yang  bertujuan  untuk mengubah  sisa-sisa  logam  atau  nonlogam  yang mengganggu  stabilitas  dan  aktivitas  katalis  logam pengemban supaya menjadi senyawa-senyawa oksidanya sehingga  mudah  untuk  meninggalkan  permukaan pengemban.  Kemudian  fasa  oksida  ini  akan  direduksi menjadi logam Ni yang diinginkan.
3NiO (s) + H 2 → 3Ni (g) + O 2(g) + H 2 O (g)
Hal  ini  menunjukkan  bahwa  suhu  kalsinasi  yang lebih  tinggi  dari  400 0 C  menghasilkan  luas  permukaan yang luas seperti pada suhu 500 0 C.
b. Analisis Data Luas Permukaan Katalis dan Yield Bio-Oil
Tabel 4.1 Hasil Perolehan Yield Bio-Oil Suhu Kalsinasi ( 0 C) Luas Permukaan Ni/ZSM-5 (m 2 /g) Yield Bio-Oil (%) 400 21.300 32 500 67.874 40
Tabel 4.1 menunjukkan data hasil perolehan yield bio oil pada berbagai variasi suhu kalsinasi pada katalis Ni/ZSM- 5.  Persentase yield  bio  oil dengan  katalis  Ni/ZSM-5  dengan  berbagai  suhu  kalsinasi  (400ºC,  500ºC)  dipirolisis  pada temperatur  320ºC berturut-turut adalah 31%, 42%.
Luas  permukaan  katalis  yang  mempengaruhi yield  bio  oil yang  dihasilkan.  Hal  ini  ditunjukkan  dengan  hasil  luas permukaan 67,874 m 2 /g menghasilkan yield bio oil yang besar yaitu 42%. Luas permukaan katalis akan mempengaruhi aktivitas  katalis,  semakin  luas  permukaan  suatu  katalis  maka  fasa  aktif  yang  tersebar  semakin  banyak  sehingga  akan meningkatkan aktivitas [Putera,2008].
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 400 500 Suhu Kalsinasi ( 0 C) Lu a s P e r m uk a a n (m 2 /g)
c. Karakterisasi Bio-Oil
Tabel 4.2 Perbandingan Karakteristik Bio Oil yang Dihasilkan dengan Standar Referensi.
No Parameter Standar Bio Oil [Smallwood, 2008] Bio Oil Ni/ZSM-5 1 Massa Jenis, gr/ml 0,94 - 1,2 0,954 2 Viskositas, cp 10 - 150 12,65 3 Titik Nyala, 0 C 48 - 55 62
IV. Kesimpulan .
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan  dan pembahasannya,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  Pada sintesis  katalis  Ni/ZSM-5  penelitian  ini,  suhu  kalsinasi mempengaruhi luas permukaan katalis. Luas permukaan yang paling besar dihasilkan pada suhu kalsinasi   500 0 C yaitu  67,874  m 2 /g.  Hasil  pengujian  aktivitas  katalis Ni/ZSM-5 pada proses pirolisis cangkang sawit menjadi bio-oil menunjukkan luas permukaan katalis berbanding lurus  terhadap yield  bio-oil yang  dihasilkan.  Hasil karakteristik bio-oil pada proses pirolisis cangkang sawit dengan  menggunakan  katalis  Ni/ZSM-5  diketahui densitas bio-oil : 0,954 gr/ml, viskositas : 13,196 cSt dan titik nyala 62 o C.

## Ucapan Terimakasih
Ucapan  terimakasih  kepada  Elfrida  dan  pihak-pihak yang membantu terlaksananya penelitian.

## V. Daftar Pustaka.
Anugra,  R.  D.,  2011,  Efek  Kandungan  Logam  Ni/NZA Pada  Proses  Pencairan  Langsung  Biomassa Menjadi Bio  Oil, Laporan  Penelitian,  Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik, Pekanbaru.
Elmasry,  M.  A.  A.,  Gaber,  A.,  Khater,  M.  H.,  1998, Thermal  Decomposition  of  Ni(ii)    and  Fe(iii) Nitrates and Their Mixture, Journal of Thermal
Analysis, vol 52, no 489-495.
Indonesian Commercial Newsletter, 2009, Industri Palm
Oil di Indonesia
November
2009,
http://www.datacon.co.id/CPO1-
2009Sawit.html, 1 April 2011.
Misdian,  D.,  2009,  Pembuatan  CoMo/ZSM-5  dari  Abu Sawit  Sebagai  Katalis  pada  Pengolahan Biomassa  Menjadi  Bahan  Bakar  Cair,  Laporan Penelitian,  Jurusan  Teknik  Kimia  Fakultas Teknik Universitas Riau, Pekanbaru.
Naibaho,  Ponten  M.,  1996. Teknologi  Pengolahan Kelapa  Sawit ,  Pusat  Penelitian  Kelapa  Sawit, Medan.
Putera,  D.  D.,  2008,  Sintesis  Fotokatalisis  CuO/ZnO untuk  Konversi  Metanol  Menjadi  Hidrogen, Skripsi ,  Program  Studi  Kimia  Fakultas Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam Institut Teknologi Bandung.
Saputra,  E.,  Utama  P.  S.,  dan  Aman,  2006,  Pembuatan Industrial Grade Silica Dari Limbah Padat Abu Sabut  Sawit  dengan  Proses  Ekstraksi  dan  Sol- Gel, Kumpulan  Hasil  Penelitian  Unggulan Universitas Riau , Lembaga Penelitian UR, Hal 199-201.
Sietsma,  Jelle  R,  A.,  Friedrich,  H.,  Broersma,  A., Versluijis-Helder,  M.,  Dillen,  A.  J.  V.,  Jongh, P,  E.,  Jong  K,  P.,  2008,  How  Nitric  oxide affects  the  decomposition  of  supported  nickel nitrate  to  arrive  at  highly  dispersed  catalyst, Elsevier, Netherlands, 227-235.
Siswodiharjo,  2006, Reaksi  Hidrorengkah  Katalis Ni/Zeolit,  Mo/Zeolit,  Ni-Mo/Zeolit  Terhadap
Parafin, Abstrak, FMIPA UNS, Surakarta. Zahrina, I. dan Rina, D.S., 2003, Studi Pemanfaatan Abu Sawit  Sebagai  Sumber  Silika  Pada  Konversi Zeolit  Alam  Menjadi  ZSM  –  5, Laporan Penelitian, Lembaga Penelitian UR, Pekanbaru.