## Pirolisis Katalitik Tandan Kosong Sawit Menjadi Bio-oil dengan Katalis HZSM-5
Sunarno dan Fajril Akbar
1 Jurusan  Teknik Kimia, Fakultas Teknik , Universitas Riau Kampus Binawidya Km 12,5 Panam Pekanbaru
* E-mail : narnounri@yahoo.com

## Abstract
One  of  the  alternative  new  energy  sources  is  biomass.  Biomass  can  be  processes  to  produce  bio-oil.  The  pyrolysis method was used to convert the palm empty fruit bunch from biomass to bio-oil. The purpose of this research are to study    the  influence  of  pyrolysis  temperature  with  bio-oil  yield  and  its  properties.  Pyrolysis  process  in  slurry  reactor with 50 grams palm empty fruit bunch, 500 ml thermo-oil and 2% HZSM-5 catalyst. Operating temperature variation (290,300,310 dan 320 0 C) have been done. The result show that the optimum temperature obtained at 320 0 C with bio-oil yield  is 73.6%.   The characterization result of bio-oil product are density is 1.008 gr/ml, viscosity is 12.63 cp, flash point 49 0 C, and maximum of component obtained is acetic acid with 47.09%.
Keywords : Bio-oil ; HZSM-5; New energy source; Pyrolysis

## I. Pendahuluan.
Salah  satu  sumber  energi  alternatif  yang  dapat diperbaharui  dengan    pemanfaatan  biomassa  adalah bio- oil . Biomassa yang digunakan untuk memproduksi bio-oil dapat diperoleh dari limbah pertanian, hutan, perkebunan, industri  dan  rumah  tangga.  Upaya  menghasilkan  bahan bakar  dari  biomassa  adalah  melalui  proses pyrolysis (Gayubo dkk , 2005).
Provinsi  Riau  menghasilkan  limbah  padat  sawit terbesar  dengan  total  luas  perkebunan  di  Riau  1.674.845 Ha  dengan  produksi  kelapa  sawit  sebesar  5.777.494,99 ton  [Dinas  Perkebunan  Provinsi  Riau,  2009].  Tandan kosong  sawit  (TKS)  adalah  salah  satu  produk  samping pabrik  kelapa  sawit  yang  jumlahnya  cukup  besar  yaitu mencapai  30-35%  dari  berat  tandan  buah  segarnya (Hussain dkk., 2006).
Carlson,  dkk  (2009)  melakukan  pirolisis  sellulosa dalam  reaktor  fixed  bed  pyroprobe  dengan  jenis  katalis yang  berbeda  (ZSM-5,  silikat,  beta,  Y-zeolit  dan  silika- alumina)  pada  suhu  600 0 C.  Diantara  katalis  tersebut, ZSM-5  mempunyai  selektivitas  yang  tinggi  untuk membentuk  senyawa  aromatik  dan  paling  sedikit  karbon yang  terbentuk. Dengan  katalis  ZSM-5  dan  rasio katalis/umpan  9,9  diperoleh  yield  31,1%. Zhao,  dkk
(2012) melakukan pirolisis katalitik gamma-valerolactone (yang  diperoleh  dari  hidrolisis  lignosellulosa)  dengan menggunakan  reaktor  tubular  yang  berisi  biomassa  dan katalis  secara  simultan.    Variabel  yang  dilakukan  suhu pirolisis  (400-600 0 C)  dan  jenis  katalis  (MCM-41;  Beta- Zeolit;ZSM-5;HZSM-5).  Hasil  terbaik  diperoleh  dengan menggunakan  katalis  HZSM-5,  suhu  500 0 C  diperoleh yield aromatik 41,85%.
Sunarno,  dkk  (2011)  melakukan  sintesis  katalis HZSM-5  dari  abu  sawit  sawit  untuk  proses catalytic cracking tandan  kosong  sawit  menjadi bio-oil dengan modifikasi  katalis  ZSM-5  dengan  cara  pertukaran  ion dengan  larutan  NH 4 NO 3 dengan konsentrasi    0.5M,  1M, 1.5M,  dan  2M  dan  didapat  sintesis  yang  bagus  dan  luas permukaan  yang  besar  dengan  konsentrasi    0.5M NH 4 NO 3. HZSM-5 yang  dimodifikasi dari katalis ZSM-5 pada  dasarnya  meningkatkan  keasaman  katalis  dan memperluas  permukaan  katalis  yang  di  harapkan  akan memberikan  kinerja  yang  bagus  terhadap yield yang dihasilkan.  Pada    penelitian  ini    memanfaatkan  tandan kosong  sawit  untuk  dipirolisis  menggunakan  katalis HZSM-5  menjadi bio-oil dengan  ratio  berat  katalis HZSM-5    2%  wt  dari  berat  biomassa    dan  variasi temperatur pirolisis 290 0 C,300 0 C,310 0 C,320 0 C.

## II. Metodologi
Bahan  percobaan  meliputi  :  abu  sawit,  NaOH,  Al(OH) 3 , tandan  kosong  sawit  (tks),  aquades,  gas  nitrogen  dan silinap.
Alat yang digunakan meliputi : reaktor pirolisis, oven, viscometer  oswald,  piknometer,  autoclave,  heating mantle, teflon dan pengaduk. Prosedur  percobaan  meliputi  :  persiapan  biomassa, pembuatan  katalis  HZM-5  dan  tahap  pirolisis.  Persiapan biomassanya  adalah  biomassa  berupa  TKS  yang  diambil dari  PTPN  V  PKS  Sei  Galuh    Kab.  Kampar  dicuci  lalu
dikeringkan  di  bawah  terik  matahari  setelah  itu dikeringkan di dalam oven pada temperatur 105ºC selama 30 menit.
Perlakuan  ini  diulangi  hingga  berat  yang  diperoleh konstan  dan  kemudian  biomassa  dipotong-potong  kecil-
kecil  dengan  ukuran  potongan    ±0,5  cm.  Pembuatan katalis HZSM-5 dilakukan dengan cara ZSM-5 dilakukan
pertukaran ion dengan NH 4 NO 3 dengan konsentrasi 0,5M . Pertukaran ion ZSM-5 dengan NH 4 NO 3 dilakukan pada suhu 80 o C, kecepatan pengaduk 100 rpm  selama 12 jam. Untuk    basis  10  gr  ZSM-5  dilarutkan  dengan  300  ml NH 4 NO 3 .  HZSM-5  yang  terbentuk  disaring,  dicuci  dan dikeringkan  pada  suhu  90 o C  selama  24  jam.  Kemudian HZSM-5  dikalsinasi  pada  suhu  500 0 C  selama  5  jam. Tahap  pirolisis  dilakukan  dengan  cara  tandan  kosong sawit yang telah dipotong-potong kecil sebanyak 50 gram beserta  500  ml  silinap  ( thermo  oil )  dan  katalis  HZSM-5 dimasukkan  ke  dalam  reaktor  dan  diaduk  dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Proses pyrolysis terhadap bahan dilakukan  pada suhu yang bervariasi selama 4 jam tanpa  kehadiran  oksigen,  yaitu  dengan  mengalirkan  gas nitrogen.  menggunakan  laju  alir  tetap  (80  ml/men).  Uap yang  dihasilkan    dialirkan  melalui  kondensor.  Setelah pyrolysis dilakukan  dihasilkan  uap  organik  dan dikondensasi  menjadi bio-oil . Bio-oil ditampung  dalam wadah tertentu dan ditimbang berat bio-oil yang didapat. Proses pyrolysis dilakukan  dengan  memvariasikan temperatur pyrolysis pada  :  290,  300,  310,  dan  320ºC. Serta variasi ratio katalis HZSM-5 adalah 0, 1%, 2%, 3%, dan 4% dari berat bio massa. Hasil bio-oil optimum yang didapat  kemudian  dianalisa  sacara  kimia  dan    fisika  dari bio-oil yang dihasilkan. TKS yang telah dipotong-potong kecil  sebanyak  50  gram  beserta  500  ml  silinap  ( thermo oil )  dan  katalis  HZSM-5  dimasukkan  ke  dalam  reaktor dan  diaduk  dengan    kecepatan  pengadukan  300  rpm. Proses pyrolysis terhadap  bahan  dilakukan    pada  suhu
yang  bervariasi  selama  4  jam  tanpa  kehadiran  oksigen, yaitu  dengan  mengalirkan  gas  nitrogen.  menggunakan laju alir tetap (80 ml/men). Uap yang dihasilkan  dialirkan melalui kondensor. Setelah pyrolysis dilakukan dihasilkan uap  organik  dan  dikondensasi  menjadi bio-oil . Bio-oil ditampung dalam wadah tertentu dan ditimbang berat bio- oil yang  didapat.  Proses pyrolysis dilakukan  dengan memvariasikan  temperatur pyrolysis pada  :  290,  300, 310,  dan  320ºC.    Hasil bio-oil optimum  yang  didapat kemudian  dianalisa  sacara  kimia  dan    fisika  dari bio-oil yang dihasilkan.
III. Hasil dan Pembahasan.
Variabel berubah temperatur yang  dipilih pada penelitian ini yaitu temperatur  290 0 C-320°C. Pemilihan temperatur minimum  290 0 didasarkan  pada  penelitian  pendahulu dimana pada temperatur di bawah 300 0 C proses pyrolysis sudah menghasilkan bio-oil dan  pada rentang temperatur tersebut  komponen  kimia  dari  TKS  sudah  dapat terdekomposisi , sedangkan  pemilihan  suhu  maksimum 320 0 C  (jauh  dibawah  suhu  operasional  silinap  280  M yang suhu kerjanya 380 0 C)  bertujuan untuk memastikan tidak terjadi cracking pada thermo-oil . Sebelumnya telah dilakukan penelitian pendahuluan dengan cara pemanasan silinap  280  M  dengan  menambahkan  katalis  1  gram HZSM-5  selama  4  jam  pada  suhu  340°C    dialiri  gas nitrogen  seperti  pada  proses pyrolysis dan  sama  sekali tidak menghasilkan kondensat.
Gambar 1. Hubungan antara temperatur pirolisis dengan yield bio-oil
Dari  gambar  1  dapat  dilihat  hasil  optimum yield bio- oil pada  variasi  temperatur  320  ºC  cukup  tinggi dibandingkan  dengan  temperatur  290°C,  300°C,  dan 310ºC.  Persentase yield  bio-oil yang  dihasilkan  pada temperatur  290°C,  300°C,  310°C  dan  320  ºC  berturut- turut  adalah  59.4%,  63.6%,  70.4%  dan  73.6%.  Hal  ini disebabkan    temperatur  reaksi  sangat  mempengaruhi terhadap  hasil bio-oil .  Semakin  tinggi  temperatur  reaksi maka  pembentukan bio-oil juga  semakin  besar,  sesuai dengan  teori  reaksi  kimia,  dimana  kecepatan  reaksi  akan naik dengan naiknya temperatur. Secara teoritis, yield bio- oil akan meningkat dengan meningkatnya temperatur dan arang  akan  berkurang  dengan  menurunnya  temperatur.
Produk pyrolysis diperoleh  dari  hasil  reaksi  dekomposisi senyawa-senyawa yang terkandung di umpan. Laju reaksi dekomposisi  meningkat  seiring  dengan  peningkatan temperatur  dan  kandungan  air  serta  senyawa-senyawa volatile akan teruapkan secara cepat dengan jumlah yang lebih besar pula.
Bio-oil yang diperoleh kemudian dikarakterisasi sifat- sifatnya secara fisika dan kimia. Karakterisasi fisika yang dilakukan meliputi penentuan massa jenis, viskositas dan titik  nyala,  sedangkan  kimia  dilakukan  dengan  metoda GC-MS.  Berikut  ini  hasil  karakterisasi  secara  fisika menggunakan  katalis  HZSM-5  2%  dari  berat  biomassa
yang dibandingkan dengan standar bio-oil yang dihasilkan menurut smallwood (2009) dapat dilihat pada Tabel.1.
Tabel 1. Perbandingan Hasil Karakterisasi Fisika Bio-oil yang Dihasilkan dengan Standar
No Parameter Standar Bio-oil (Smallwood, 2008) Bio-oil Tanpa Katalis HZSM-5 1 Massa Jenis, gr/ml 0.94-1.2 1.001 1.008 2 Viskositas,Cp 10-150 17.40 12.53 3 Titik Nyala, 0 C 48-55 51 49
Pengujian bio-oil dengan  katalis  HZSM-5  2%  yang dipilih  karena  dari  variasi  katalis  HZSM-5  2% menghasilkan yield lebih  banyak  dari  variasi  katalis lainnya.  Dari  tabel  4.1  dapat  dilihat  bahwa  pengujian dengan  katalis  HZSM-5  2%  menghasilkan  nilai  densitas, viskositas,  dan  titik  nyala  masing-masing  adalah  1.008 gr/ml, 12.53 Cp, dan 49 0 C. Dengan demikian bio-oil yang
dihasilkan  dari pyrolysis TKS  dengan  katalis  HZSM-5 memenuhi  standar bio-oil karena  berada  di  dalam  range standar bio-oil yang  ditampilkan . Untuk  hasil  analisa kimia  dari bio-oil digunakan  metode  GC-MS,  dengan sampel  yang  sama  diuji  yaitu  dengan    katalis  HZSM-5 2%. Berikut hasil kromatogram dari sampel tersebut.
b c d a Gambar 4.3 Hasil Kromatogram Bio-oil TKS Menggunakan HZSM-5 2%
dimana : a = 2-propanone acetone c = acetic acid b = methanol carbinol d = phenol
Dari  gambar  4.3  kromatogram  mempunyai  4  puncak yang  paling  tertinggi.  Dari  gambar  c  memiliki  puncak yang  paling  tertinggi  dengan  luas  areanya  47.09% dibandingkan  dengan  a,b,dan  d  dengan  luas  areanya masing-masing  adalah  9.37%,  6.67%  dan  11.82%.  Di puncak-puncak lainnya  pada kromatogram juga terdapat komponen-komponen organik yang diinginkan dari energi
alternatif pengganti bahan bakar dari minyak bumi antara lainnya :  2-propanone  acetone , 2-methyl  furan , 2-  furyl methyl keton , formic acid methyl ester , propionic acid dan lain-lainnya,    yang  senyawa  tersebut  merupakan  turunan dari hidrokarbon dan karboksil .

## IV.Kesimpulan.
- Yield bio-oil tertinggi diperoleh pada suhu 320 0 C dan rasio berat katalis/bimassa 2% yaitu 73,6%.
- Karakteristik bio-oil
hasil pyrolysis TKS
menggunakan  katalis  HZSM-5  antara  lain:  densitas 1.008 gr/ml, viskositas 12.63 cp, titik nyala 49 0 C dan komponen acetic acid sebesar 47.09%.

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

## V.Daftar Pustaka.
Carlson,  T.  R.,  Vispute  T.  P.,  dan  Huber  G.  W.,  2008, Green  Gasoline  by  Catalytic  Fast  Pyrolysis  of Solid Biomass Derived Compounds , ChemSusChem, Hal 397- 400, Wiley-VCH Verlag
GmbH& Co. KGaA, Weinheim.
Dinas  Perkebunan  Provinsi  Riau,  2009,  Luas  Areal Kelapa  Sawit  Di  Provinsi  Riau, Laporan  Sub Dinas Kelapa Sawit , Pekanbaru. Gayubo, AG., Aguayo., Atutxa.,Valle., Bilbao., 2005, Undesired Components in the Transformation of Biomass pyrolysis Oil into Hydrocarbons on an HZSM-5 Zeolite Catalyst, Ind Eng Chem , Vol 80,
1244-1251.
Hussain,  A.,  Ani,  F.N.,  Darus,  A.N.,  Ahmed,  Z.,  2006, Thermogravimetric  And  Thermochemical  Studies Of  Malaysian  Oil  Palm  Shell  Waste, Jurnal Teknologi , 45(A), 43-53.
Smallwod, 2008, Hydroprocessing of Pyrolisis Bio-oil to Fuel and Chemical, Pacific Northwest National Laboratory, US Departemant of Energy.