## STUDI SINTESIS KATALIS Cr/SiO 2 DARI LIMBAH ARANG PABRIK KELAPA SAWIT SERTA UJI AKTIVITASNYA PADA PROSES PERENGKAHAN KATALITIK CRUDE PALM OIL (CPO)
Nazarudin 1,2 , Abu Bakar 1 ,  Leny M 3 , Asrial 1 , Dedi Gusriadi 1 , Zunarta Y 1 ,
Edi P 1 , Rizki K 1 , Ulyarti 4
1 Program Studi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Jambi
2 Program Studi Teknik Kimia Universitas Jambi
3 Program Studi Kimia Universitas Jambi
4 Program Studi Teknologi Hasil Pertanian Universitas Jambi Email: nazarudin@unja.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik katalis Cr/SiO 2 untuk penggunaannya pada proses perengkahan katalitik CPO serta mengetahui aktivitas katalis Cr/SiO 2 pada proses perengkahan  katalitik  CPO. Jenis  penelitian  yang  dilakukan  adalah penelitian  eksperimen laboratorium, katalis hasil sintesis dianalisis dengan metode X-ray Difraktion dan SEM-EDS, katalis  Cr/SiO 2 hasil  sintesis  digunakan  pada  proses  perengkahan  katalitik  CPO  dengan memvariasikan  jumlah  CPO,  perbandingan  katalis:CPO  (1:20;1:25;1:30).  Bensin  diperoleh memisahkan  bensin  dari  Cairan  Hasil  Perengkahan  (CHP)  dengan  cara  destilasi. Hasil persentase  konversi  CHP  yang  diperoleh  dari  perengkahan  katalitik  Katalis:CPO (1:20;1:25;1:30)  yaitu  58.53%;74.08%;58.76%.  Sedangkan  persentase konversi bensin  pada perengkahan katalitik dengan perbandingan katalis:CPO (1:20;1:25;1:30) yaitu 9,91%;11,23%;8,09%. Arang  dari  limbah  pabrik  kelapa  sawit  dapat  dijadikan  sumber  silika dan  bisa  disintesis  menjadi  katalis  Cr/SiO 2 .  2. Katalis  Cr/SiO2  sebagian  besar  mengandung SiO2  yang  mempunyai  sistem  Kristal  Hexagonal  dan  Cr/SiO2  mempunyai  sistem  Kristal Orthohombic.  Namun  demikian  hasil  sintesis  katalis  Cr/SiO 2 pada  penelitian  ini  kurang selektif untuk perengkahan katalitik CPO dibuktikan dengan peningkatan persentase konversi bensin yang tidak terlalu signifikan.
Kata Kunci: Katalis Cr/SiO 2, Perengkahan Katalitik, Konversi Bensin, CPO

## PENDAHULUAN
Konsumsi  Bahan  Bakar  Minyak  (BBM)  saat  ini  khususnya  bensin  dari  tahun  ketahun semakin meningkat. Dari data Badan Pusat Statistik Indonesia, ditahun 2006 konsumsi bensin di  Indonesia  disektor  transportasi  mencapai  15.941.837  kilo  liter,  data  tersebut  semakin meningkat dari 16.962.198 kilo liter pada tahun 2007 hingga 18.653.344 kilo liter tahun 2008 (Kartiasih, F, 2009). Sebaliknya dari sektor ketersediaan minyak bumi indonesia mengalami penurunan.  Ditahun 2011,  indonesia mampu memproduksi minyak bumi sebesar 329,2 juta barel.  Dengan  volume  produksi  sebesar  itu  menunjukkan  penurunan  dibanding  tahun  2010 sebesar 344,9 juta barel (Mayawati, T, 2012). Oleh karenanya berbagai upaya perlu dilakukan untuk  mendorong  pemanfaatan  penggunaan  energi  yang  efisien  diiringi  dengan  pencarian sumber-sumber  energi  fosil  secara  intensif  dan  mengembangkan  energi  alternatif  yang bersifat renewable resources (Elinur, dkk, 2010, Nazarudin, 2012).
Salah satu upaya yang dilakukan pemerintah melalui Peraturan Presiden No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional yang berprinsip pada diversifikasi energi yaitu pemanfaatan energi  alternatif,  salah  satunya  adalah  Bahan  Bakar  Nabati  (BBN)  yang  merupakan  energi
alternatif  yang  mudah  diperoleh  diindonesia.  Minyak  nabati  yang  berpotensi  digunakan sebagai  bahan  bakar  alternatif  adalah  minyak  mentah  kelapa  sawit  atau Crude  Palm  Oil (CPO)  (Silitonga,  J,  dkk,  2012).  Pemilihan  minyak  kelapa  sawit  sebagai  sumber  energi alternatif  sangat  tepat  dilakukan  diindonesia,  karena  indonesia  merupakan  negara  produsen minyak  mentah  sawit  (CPO)  terbesar  didunia,  dengan  produksi  CPO  tahun  2010 lebih  dari 22,5  juta  ton  dan  pada  tahun  2020  ditargetkan  akan  mencapai  40  juta  ton  (kemenperindag. 2011).  Seiring  dengan  meningkatnya  produksi  CPO  dalam  negeri,  limbah  yang  dihasilkan oleh Pabrik Kelapa Sawit (PKS) juga semakin meningkat. Menurut Gumbira, S, (1996) dalam (Dini,  2010)  menyatakan  bahwa  pada  umumnya  limbah  padat  yang  dihasilkan  dari  pabrik kelapa sawit adalah 24-35% dari tandan buah segar.
Pemanfaatan  limbah  sampai  saat  ini  belum  dilakukan  secara  optimal,  terutama  limbah padat. Dari 70% limbah padat yang dimanfaatkan sebagian besar akan menghasilkan limbah berupa arang dan abu yang menumpuk disekitar pabrik kelapa sawit, selanjutnya limbah abu dijadikan  bahan  pembuatan  pupuk  organik  disekitar  pabrik,  sedangkan  limbah  arang  belum dimanfatkan  secara  optimal  (Dini,  2010). Saat  ini  terus  dikembangkan  penelitian  tentang perengkahan  minyak  nabati  seperti  CPO  serta  pemanfaatan  limbah  pabrik  kelapa  sawit sebagai  katalis.  Sucianti,  I, (2008),  telah  melakukan  penelitian  mengenai  perengkahan katalitik Crude Palm Oil (CPO) menjadi bensin dengan penambahan logam (K, Li, Na) pada katalis  Cr-Carbon.  Sumber  karbon  yang  digunakan  berasal  dari  limbah  pabrik  kelapa  sawit. Persentase  konversi  bensin  yang  diperoleh  dari  proses  perengkahan  katalitik  tersebut mencapai  25,5%  bensin.  Penelitian  perengkahan  katalitik  CPO  juga  telah  dilakukan  oleh Erlanda (2008), persentase konversi bensin mencapai 24% dengan katalis Ni-Karbon
Katalis  Cr-Karbon  dan  Ni-Zeolit  merupakan  katalis  logam  pengemban.  Menurut Trisunaryati (1999)  mengembankan  logam  aktif  katalis  pada  padatan  pengemban  yang  tepat mempunyai  beberapa  keuntungan.  Diantaranya  adalah  terdispersinya  logam  aktif  dengan lebih  baik  dibanding  tanpa  adanya  pengamban.  Hal  ini  akan  meningkatkan  jumlah  luas permukaan  yang merupakan  sisi  aktif  logam  katalis,  serta  meningkatkan  situs  asam  pada katalis logam pengemban.
Silika merupakan salah satu senyawa  yang dipakai sebagai pengemban katalis. Selain itu silika memiliki keasaman yang cukup baik yaitu asam Lewis (Gerhard, 1999). Silika dapat di sintesis dari abu cangkang kelapa sawit karena memiliki kadar silika yang cukup tinggi yaitu 67,03%. Abu ini dihasilkan dari aktivitas boiler industri kelapa sawit (Firdaus, 2012).
Dengan  demikian,  silika  dapat  digunakan sebagai  pengganti  zeolit  sebagai  pengemban. Dengan  memodifikasi  katalis  pada  penelitian  sebelumnya,  maka  dapat  dipertimbangkan pembuatan    Cr/SiO 2 sebagai  katalis  dalam  perengkahan  katalitik  CPO  untuk  mendapatkan hasil yang lebih baik.

## METODE PENELITIAN

## Pembuatan abu dari limbah arang
Limbah  arang yang  telah  diambil  dari PKS  dicuci  dengan  aquadest  hingga  bersih kemudian dioven suhu 100 0 C selama 4 jam, lalu dipanaskan pada reaktor dengan suhu 750 0 C selama 6 jam. Diperoleh abu sawit yang mengandung silaka.

## Sintesis Natrium Silikat
Abu  sawit  yang  telah  dibuat  dari  limbah arang PKS dicuci  dengan  aquadest,  di  oven dengan suhu 130 0 C kemudian digiling dengan ukuran 2,5 mm. Abu sawit dengan perlakuan asam  pada  laruan  HCl  3M,  dengan  perbandingan  abu  sawit  dan  larutan  HCl  yaitu  1:10 direndam selama 24 jam pada suhu ruangan. Sampel disaring dengan corong Buchner didapat residu,  kemudian  dicuci  dengan  aquadest  dan  dioven  dengan  suhu  130 0 C,  kemudian
ditambahkan  larutan  NaOH  2,5M  dengan  perbandingan  1:10,  dioven  dengan  suhu  80 0 C selama 24 jam. Didapat produk Natrium Silikat (Nazarudin, dkk. 2006).
Pembuatan Katalis Cr/SiO 2 Natrium  silikat  yang  dihasilkan  dicampurkan  dengan  aquadest  dengan  perbandingan  1:5, kemudian  ditambah  asam  sulfat  hingga  pH  mencapai  netral  (pH=7),  silika  dipisahkan  dari natrium sulfat yang terbentuk dengan cara disaring vakum dengan suhu 50 0 C pada penangas air  (Moreno,  N.  2004).  Silika  yang  telah  terpisah  direndam  dalam  larutan  Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O sambil diaduk menggunakan magnetic stirer. Kemudian disaring dan selanjutnya dikeringkan dengan pemanasan pada suhu 120 0 C selama 16 jam. Selanjutnya dikalsinasi pada suhu 550 0 C selama  16  jam  (Brando,  P.  2002)  lalu  didiamkan  sampai  katalis  dingin.  Larutan Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O  yang  digunakan  pada  konsentrasi  Cr  3%.  Waktu  perendaman  dilakukan selama 24 jam.

## Karakterisasi Katalis
Karakterisasi  katalis  Cr/SiO 2 penentuan  kandungan  logam    (Cr,  Si,  Al,  Na,  K,  Ca) dan bentuk morfologi dengan metode SEM dan EDS serta sistem kristal katalis Cr/SiO 2 dengan X- ray diffraction (XRD)

## Proses Perengkahan Katalitik
Pada  penelitian  ini  dilakukan  perengkahan  termal  dan  perengkahan  katalitik.  Langkah kerja  perengkahan  termal  dan  katalitik  yang  dilakukan  sama,  hanya  saja pada  perengkahan katalitik  furnace  vertikal  diisi  dengan  katalis  Cr/SiO 2 sedangkan  perengkahan  termal dibiarkan  kosong.  Waktu  perengkahan  yang  dilakukan  perengkahan  termal  maupun perengkahan  katalitik  adalah  1  jam  dengan  suhu  perengkahan (reaktor  perengkahan) 273  K sedangkan  furnace horizontal (reaktor  gasifikasi) dan  furnaca  vertikal  pada  suhu 623  K. Sebagai pembanding dilakukan perengkahan termal (tanpa katalis).
Sampel CPO disuntikkan ke dalam reaktor horizontal yang sudah dipanaskan. CPO dengan sendirinya akan mengalir ke reaktor furnace vertikal. setelah melewati furnace vertikal maka akan  dihasilkan  Cairan  Hasil  Perengkahan  (CHP).  CHP  yang  dihasilkan  ditampung  pada penampung  CHP,  kemudian  ditimbang.  CHP  total  yang  didapat  serta  padatan  yang  berupa campuran katalis dan kokas ditimbang.

## Analisis Gravimetri
Berat  produk  perengkahan  yaitu  gas,  cairan  hasil  perengkahan  (CHP),  kokas,  serta  berat sisa CPO yang dapat dari proses perengkahan dianalisis secara gravimetri. Analisis gravimetri dilakukan  untuk  menentukan  persen  konversi  masing-masing  produk  perengkahan  (yang terdiri  dari  bensin,  solar)  dan  rasio  konversi  (gas  +  CHP)/kokas  yang  diberi  simbol  H/K (Nazarudin, 2000).
a.
% 100 mula - mula feed berat n perengkaha produk berat n perengkaha poduk %         b. % 100 mula - mula feed berat sisa feed berat 1 total %         
c.   kokas konversi CHP konversi gas konversi H/K  
d. % 100 mula - mula feed berat sisa feed berat sisa presentase        

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakterisasi Katalis

## AnalisisaX-ray Diffraction (XRD)
Analisis  katalis  menggunakan  XRD  jenis  X’PERT  POWDER  type  PW3040/60  yang dilengkapi  dengan  perangkat  sofware  highscore  plus  dengan  database  ICDD  (international centre data difraksi). Hasil XRD diperoleh berupa difraktogram, kemudian untuk mengetahui sistem kristal  difraktogram  katalis  Cr/SiO 2 tersebut  dibandingkan  dengan  difraktogram standar Cr/SiO 2 dari ICDD. Perbandingan tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan data standar ICDD dan Katalis Cr/SiO 2 Data standar ICDD Data katalis Cr/SiO 2 Posisi 2θ d-spacing Posisi 2θ d-spacing 40.265 2.23800 40.2351 2.24144 44.416 2.03800 44.4881 2.03654 50.197 1.81600 50.0888 1.82117 54.937 1.67000 54.8254 1.67451
Dari Tabel 1 dapat  dilihat    antara  data  standar  ICDD  Cr/SiO 2 dan  data  katalis  Cr/SiO 2 yang  dianalisis  dengan  XRD.  Dari  data  tersebut  teridentifikasi  ada  empat  posisi  2θ  yang sesuai  dengan  data  standar  ICDD  Cr/SiO 2 . Komponen  utama  yang  dianalisis  yaitu  Cr 2 SiO 4 , dan  SiO 2 .  Untuk  Cr 2 SiO 4 mempunyai  system  Kristal  orthorhombic  sedangkan  SiO 2 mempunyai system Kristal hexagonal. Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa komponen utama katalis  Cr/SiO 2 sebagian  besar  mengandung  SiO 2 yang  dibuktikan  hampir  disetiap  puncak- puncak  difraktogram  XRD  puncak  SiO 2 terdeteksi,  selain  SiO 2 juga  terdeteksi  Cr 2 SiO 4 sebanyak  empat  puncak.  Dari  jumlah  difraktogram  yang  dideteksi  dapat  dikatakan  bahwa logam Cr teremban pada SiO 2 . Meskipun intensitas yang dimiliki Cr 2 SiO 4 tidak setinggi dan setajam yang dimiliki SiO 2 , namun dari empat puncak yang ada sudah mewakili difraktogram Cr/SiO 2 . Dalam penelitian ini tidak diuji tingkat kristalinitas katalis.

## Analisis Scaning Electron Microscope (SEM)
Analisis  bentuk  morfologi  permukaan  dan  material  penyusun permukaan  katalis  Cr/SiO 2 menggunakan Scanning  Electron  Spectroscopy (SEM)  dan Energy  dispersive  spectroscopy (EDS) yang ada di laboratorium biologi Universitas Negeri Padang. Gambar 2. menunjukkan bentuk morfologi katalis Cr/SiO 2 dari analisis SEM.
(a) (b) (c)
Gambar 2. Bentuk morfologi permukaan katalis Cr/SiO 2 , (a)350X, (b)5000X, (c)20.000X
Struktur  permukaan  katalis  Cr/SiO 2 yang  terlihat  dari  gambar  4.2a,  tidak  beraturan  dan tidak homogen, jika gambar 4.2a diperbesar, terlihat bahwa katalis terdapat pori atau rongga hal ini diperkuat dengan pembesaran 20.000X (gambar 4.2c) terlihat adanya pori pada katalis meskipun  porinya  tidak  beraturan  dan  sedikit,  sedangkan  ukuran  rata-rata  rongga  tersebut berukuran 3 mikro meter.

## Perengkahan Katalitik (Catalytic Cracking)
Perengkahan  dilakukan  dengan  memvariasikan  perbandingan  katalis  dengan crude  palm oil (CPO) 1: 30. Katalis diletakan pada furnace perengkahan vertikal. Tujuannya adalah untuk melihat  seberapa  besar  pengaruh  penambahan  katalis  pada  proses  perengkahan.  Proses perengkahan  juga  dilakukan  selama  satu  jam.  Diperoleh  hasil  konversi  berupa  cairan  hasil perengkahan (CHP), gas.
Tabel 2. Hasil Perengkahan CPO
Persentase (%) CHP Gas Kokas Sisa Perengkahan termal 3 10 - 83 Perengkahan Katalitik 1 25 40 - 35 Perengkahan Katalitik 2 36 36 - 28
Gambar  3  merupakan  grafik  konversi  komulatif  dari  CHP,  yang  menggambarkan  tingkat efektifitas    proses perengkahan,  dimana  terlihat  perengkahan  katalitik  menggunakan  katalis Cr/SiO 2 memberikan  pengaruh  yang  sangat  baik  dibandingkan  dengan  tanpa  katalis,  baik dilihat  dari  konversi    per  lima  menit  maupun  dilihat  dari  konversi  total.  Namun  secara keseluruhan,  konversi  CHP  yang  dihasilkan  masih  sangat  kecil (25%  dan  36%)  bila dibandingkan  konversi  CHP  yang  dihasilkan  dari  perengkahan  CPO  menggunakan  katalis Cr/Karbon aktif (70- 80%) sebagaimana dilaporkan oleh Nazarudin, dkk pada tahun 2006.
Gambar 3. Grafik konversi CHP komulatif dari perengkahan termal dan perengkahan katalitik CPO menggunakan katalis Cr/SiO 2

## KESIMPULAN
1. Limbah  pabrik  kelapa  sawit  dapat  dijadikan  sumber  silika  dan  bisa  disintesis  menjadi katalis amorphous Cr/SiO 2 .
2. Aktivitas katalis Cr/SiO2 untuk menghasilkan cairan hasil perengkahan cukup signifikan bila dibandingkan  dengan  perengkahan  termal,  namun  tingkat  konversi  yang  dihasilkan masih sangat rendah.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Program PGMIPAU yang telah membantu penelitian  ini  melalui  dana  PNBP  Univeristas  Jambi  2014 untuk  sintesis  katalis  dan  Dikti melalui  Hibah  Ipteks  tahun  2016  untuk  pembuatan  rangkaian  reaktor  perengkahan.  Penulis juga  mengucapkan  banyak  terimakasih  kepada  para  mahasiswa  yang  telah  terlibat  dalam proyek penelitan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Brando,  P,  Valente,  A,  Philippou,  A,  Ferreira,  A,  Anderson,  MW,  Rocha,  J,  2002, A  novel Large-Pore Framework Titanium Silicate Catalyst, J. Mater. Chem, 12,3819-3822.
Dini.  2010. Penerapan  Manajemen  Teknologi  Dan  Ekoefisiensi  Pada  Pabrik  Kelapa  Sawit.
Program pascasarjana manajemen dan industri. Institut pertanian bogor.
Elinur,  dkk.  2010. Perkembangan  Konsumsi  Dan  Penyediaan  Energi  Dalam  Perekonomian Indonesia.  Indonesian  Journal  of  Agricultural  Economics  (IJAE).  Institut  Pertanian Bogor.
Erlanda.  2008. Pengaruh  penambahan  logam  (K,  Li,  Na)  dalam  katalis  Ni-karbon  terhadap konversi  perengkahan  katalitik  CPO  (Crude  Palm  Oil)  menjadi  bensin.  Jambi. Universitas Jambi.
L iq u id y ie ld (% )
Firdaus, A, 2012. Pembuatan Silika Gel dari Abu Pembakaran Cangkang Kelapa Sawit di PT. Sinar Alam Permai. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
Kartiasih,  F,  2009. Neraca  Energi  Indonesia  Periode  2006-2008.  Jakarta.  Badan  Pusat Statistik.
Kemenperindag. 2011. Peningkatan Daya Saing Industri Nasional Dan Program Masterplan Percepatan  Dan  Perluasan  Pembangunan  Ekonomi  Indonesia (MP3EI).  Menteri Perindustrian Republik Indonesia.
Mayawati,  T,  2012. Statistik  Pertambangan  Minyak  dan  Gas  Bumi.  Jakarta.  Badan  Pusat Statistik.
Moreno,  N,  Queorol,  X,  Soler,  AL,  Andres,  JM,  Janssen,  M,    Nugteren,  H,  Towler,  M, Stanton, K, 2004, Determining Suitability of Fly Ash For Silica Extraction and Zeolite Syntesis ,Journal of chemical Technology and Biotechnology 79:1009-1018.
Nazarudin.  2000. Optimasi  kondisi  reaksi  perengkahan  katalitik  Fraksi  Bert  Minyak  Bumi dengan Katalis Cr-Zeolit Alam dan Zeolit Alam. Yogyakarta: UGM
Nazarudin, dkk. 2006, Optimasi Dengan Respone Surface Methodology Pada Kondisi Reaksi Perengkahan Crude Palm Oil (CPO) Menggunakan Katalis Cr-Carbon dan Ni-Carbon, Laporan Penelitian Hibah Pekerti, LPPM Unja
Nazarudin, dkk. 2007. Optimasi Dengan Respone Surface Methodology Pada Kondisi Reaksi Perengkahan  Crude  Palm  Oil  (CPO)  Menggunakan  Katalis  Cr-Carbon.  Lampung. Jurnal Sains MIPA.
Nazarudin, 2012, Catalytic Cracking of Plastic Waste Using Nanoporous  materials, doctoral thesis, University College London
Nazarudin, Abu Bakar, Sony Prawoto. 2013. Sintesis Natrium Silikat Dari Limbah Abu Sawit.
Silitonga,  J.  dkk.  2012. Esterifikasi  Pfad  (Palm  Fatty  Acid  Distillate)  Menjadi  Biodiesel Menggunakan  Katalis  H-Zeolit  Dengan  Variabel  Waktu  Reaksi  Dan  Kecepatan Pengadukan. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Riau.
Sucianti,  I,  2008. Pengaruh  Penambahan  Logam  (K,  Li,  Na)  Dalam  Katalis  Cr-Karbon Terhadap  Konversi  Perengkahan  Katalitik  CPO  (Crude  Palm  Oil)  Menjadi  Bensin. Jambi. Universitas Jambi.
Trisunaryati, W ,Sudiono S. Dan Triyono .2001. Variasi temperatur dan Waktu perengkahan fraksi Sampah Plastik menjadi bensin dengan menggunakan katalis 3% Cr/Zeolit Alam. Yogyakarta: FMIPA-Uii.