JKPK (JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA) , Vol 2, No 1, April 2017 Program Studi Pendidikan Kimia  Universitas Sebelas Maret https://jurnal.uns.ac.id/jkpk
Hal. 22-28 ISSN 2503-4146
ISSN 2503-4154 (online)

## PRODUKSI GASOLINE DARI MINYAK KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Ni-MCM-41 DAN Co/Ni-MCM-41
Gasoline Production from Coconut Oil Using The Ni-MCM-41 and Co/Ni-MCM-41 Catalyst
Lailatul Badriyah 1,* dan Iip Izul Falah 2
1 Fakultas Sains, Institut Ilmu Kesehatan Bhakti Wiyata, Kediri, Indonesia 2 Fakultas MIPA, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
* Untuk Korespondensi, e-mail: blailatul@gmail.com
Received: March  29, 2017 Accepted: April 26, 2017
Online Published: April 30, 2017
DOI : 10.20961/jkpk.v2i1.8516

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  produksi gasoline dari minyak kelapa sawit menggunakan katalis  MCM-41, NiMCM-41,  dan Co/NiMCM-41. Keasaman katalis dianalisis menggunakan Fourier Transformation Infra  Red  Spectroscopy (FTIR),  produk  hasil  perengkahan  dianalis  menggunakan Gas Chromatography-Mass  Spectroscopy (GC-MS).  Katalis  Co/NiMCM-41 memiliki keasaman  tertinggi dibandingkan  MCM-41  dan  NiMCM-41.  Hal  ini  disebabkan  adanya  pengaruh  orbital d dari penambahan logam Co dan Ni. Proses cracking dilakukan melalui sistem batch , dengan peletisasi katalis pada temperatur 400 ºC. Hasil konversi gasoline tertinggi pada katalis Co/NiMCM-41 89,53 %  b/b.  Perkiraan  senyawa  produk  cair  terbesar  hasil  cracking  katalis  MCM-41,  NiMCM-41,  dan Co/NiMCM-41 berturut-turut 1-oktena, oktana, nonana; 1-oktena, 1-nonena, nonana; dan 1-oktena, oktana, nonana.
Kata Kunci: Minyak kelapa sawit, cracking, gasoline

## ABSTRACT
Gasoline have been produced from coconut oil using MCM-41, NiMCM-41, and Co/NiMCM- 41 catalyst. The acidity of catalyst was analysed by Fourier Transformation Infra-Red Spectroscopy (FTIR). The yields of cracking product were analysed by Gas Chromatography-Mass Spectroscopy (GC-MS). The catalyst of Co/NiMCM-41 has the highest acidity than MCM-41 and NiMCM-41. It is caused by the effect of adding d orbital from Co and Ni. This cracking process is batch system, and the  catalyst  pellets  were  made  at  the  temperature  of  400  ºC.  The  highest gasoline product  was obtained using the Co/NiMCM-41 catalyst with 89.53 % w/w yield. The major liquid product from the cracking  process  using  MCM-41,  NiMCM-41,  dan  Co/NiMCM-41  catalysts  were  estimated  as  1- octena, octane, nonane; 1-octene, 1-nonene, nonane; 1-octene, octane, nonane, respectively.
Keyword: Palm oil, cracking, gasoline

## PENDAHULUAN
Ekonomi  Indonesia  sangat  dipengaruhi oleh  kondisi  ekonomi  luar  negeri.  Saat  ini,
Indonesia  masih  melakukan  impor  BBM karena  konsumsi  energi  bertambah  tiap tahunnya. Permintaan  yang begitu tinggi tidak dapat  ditangani  sendiri  oleh  pemerintah
sehingga  alternatif  yang  dilakukan  adalah impor  BBM.  Harga  minyak  mentah  bernilai diatas  100  dollar  AS/barrel  sejak  tahun  2010. Data  BPS tahun  2014  [1] menyatakan  bahwa nilai  impor  Indonesia  tertinggi  tercatat  pada Desember  2013  dengan  nilai  mencapai  US$ 4.222,0 juta dan terendah terjadi di Mei 2013, yaitu  sebesar  US$  3.435,5  juta.  Hal  ini  tentu ada  hubungannya  dengan  krisis  energi. Sumber energi tersebut merupakan energi tak terbarukan, perlu waktu lama untuk pemulihannya.  Hal  ini  menyebabkan  muncul dan  berkembangnya  berbagai  teknik  baru untuk  dapat  menggantikan  sumber  energi menjadi biofuel untuk mengurangi impor BBM mentah  dari  luar.  Menurut  Center  for International  Forestry  Research,    Indonesia menjadi  produsen  minyak  sawit  mentah teratas  di  dunia.  Pada  periode  2008  hingga 2010  produksi  minyak  sawit  meningkat  untuk tiap  tahunnya.  Produk  minyak  70%  sampai dengan  80%  digunakan  sebagai  bahan pangan  atau  kosmetik,  sedangkan  10% hingga  20%  digunakan  untuk  lainnya  [2]. Minyak ini dapat diubah menjadi bahan bakar yang  sifatnya  mirip  dengan  bahan  bakar lainnya yang berasal dari olahan bahan bakar fosil.
Mulai  tahun  2016,  negara  ASEAN memberlakukan  Masyarakat  Ekonomi  Asean (MEA). Indonesia salah satu negara yang mau tidak mau mengikuti aturan tersebut.
Pemberlakuan  pasar  bebas  keluar  masuk  ke Indonesia menjadikan persaingan dari beberapa negara untuk menanamakan modal di  Indonesia.  Hal  ini  karena  Indonesia merupakan  negara  yang  kaya  akan  sumber daya alamnya, yang banyak dibutuhkan dalam pasar  dunia.  Salah  satu  langkah  untuk
mengatasi permasalahan MEA adalah dengan perbaikan  mutu  sumber  daya  manusia  dan industri.  Diantaranya  dengan  memanfaatkan sumber daya alam, berupa kelapa sawit  yang diolah menjadi biofuel .
Kelapa sawit merupakan tanaman yang banyak ditanam di wilayah Indonesia, misalnya  Pulau  Kalimantan.  Banyak  industri yang  mengolah  kelapa  sawit  menjadi  minyak goreng. Menurut Indonesian Palm Oil Platform (InPOP)  [3],  produksi  kelapa  sawit  di Indonesia  pada  tahun  2015  tercatat  terbagi menjadi  3  sektor,  yaitu  pemerintah  7%, perusahan pribadi 51%, dan perkebunan kecil 42%.  Berdasarkan  data  tersebut  menjadikan bukti  bahwa  produksi  kelapa  sawit  dalam skala  industri  dan  perkebunan  kecil  menjadi sumber  energi  lebih  besar,  sehingga  nilai fungsinya  lebih  tinggi  dibandingkan  minyak goreng  biasa,  mengingat  dewasa  ini  makin menjamurnya kendaraan pribadi.
Pemanfaatan  katalis  dalam  industri sangat  luas,  terutama  industri  perminyakan. Katalis yang banyak digunakan untuk menghasilkan gasolin adalah material berpori.
Dewasa  ini,  teknologi  sudah  beralih  ke nanopori. Selain karena ukuran pori yang lebih kecil dibandingkan mikropori, material nanopori  juga  memiliki  banyak  keungulan dalam aplikasinya. MCM-41 merupakan material  berpori  yang  memiliki  keseragaman pori  dengan  diameter  2  nm  hingga  50  nm. Material  ini  memiliki  keasaman  yang  lebih rendah  dibandingkan  dengan  zeolit.  Oleh karena  itu,  perlu  ditambahkan  logam  transisi yang  dapat  meningkatkan  keasaman  dalam aplikasinya  sebagai  katalis  sehingga  material yang  didapat  memiliki  kemampuan  untuk memecah rantai C yang panjang menjadi lebih
pendek. Keberadaan diameter pori yang besar ini  menjadikan  material  lebih  efektif  untuk bereaksi  dengan  molekul  yang  lebih  besar, yaitu  minyak  sawit.  Minyak  sawit  merupakan senyawa makromolekul. Minyak sawit sebelum dilakukan perengkahan mengandung asam lemak bebas dan rantai C yang panjang.
Beberapa  penelitian cracking minyak
kelapa sawit
diantaranya, cracking menggunakan  katalis  Al/MCM-41,  produk gasolinnya sebesar 31,29 % [4],
menggunakan katalis HZSM-5 dengan produk gasolin  yang  dihasilkan  sebesar  44,6%  [5], dan  menggunakan  katali s  γ-alumina  dalam proses cracking minyak  sawit  dengan  produk gasolin sebesar  45,35%  [6].  Material  zeolit,
HZSM-5  merupakan  material  dengan  besar pori  medium  sedangkan  MCM-41  merupakan material  mesopori  yang  jauh  lebih  besar dibandingkan  zeolit.  Upaya  meningkatkan fraksi gasolin tersebut dengan cara modifikasi katalis menggunakan logam transisi.
Berdasarkan
latar belakang tersebut, dilakukan cracking minyak sawit
menggunakan  MCM-41  modifikasi  untuk menghasilkan produk gasolin .

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Minyak sawit kualitas Refined Bleached Deodorized  (RBD) diperoleh  dari  pasar  lokal, katalis  MCM-41,  Ni-MCM-41,  dan  Co/Ni- MCM-41.

## Alat
Seperangkat  alat  gelas  kualitas pyrex , seperangkat alat destilasi, termometer 150 ºC, kompor  listrik,  timbangan  digital  tipe  And  GR-
200, oven merk Memmert
German,
Spektrometer  Inframerah  Shimadzu  model FTIR-8201  PC,  dan  Gas  Chromatography- Mass  Spectrometer  (GC-MS)  Simadzu  QP- 2010S.

## Prosedur Penelitian
Katalis MCM-41,  Ni-MCM-41,  dan Co/Ni-MCM-41  disintesis  melalui  metode sol-gel  dengan  penambahan  logam  Ni  1% dan  Co  1%.  Katalis  yang  dihasilkan  di furnace pada  suhu  540  ºC  selama  6  jam. Sedangkan  perengkahan  dilakukan  dengan menggunakan batch furnace
pada
temperatur  400  ºC.  Produk  perengkahan dialirkan  melalui  pendingin  dan  ditampung, kemudian  ditentukan  konversinya  sebagai berikut:

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Minyak  sawit  merupakan  senyawa makromolekul. Minyak sawit sebelum dilakukan  perengkahan  mengandung  asam lemak  bebas  dan  rantai  C  yang  panjang. Berdasarkan  penelitian  analisis  terhadap minyak sawit yang mengandung C 12 – C 18 [7]. Perengkahan dilakukan dengan menggunakan berbagai katalis, yaitu MCM-41, NiMCM-41, dan Co/NiMCM-41. Proses perengkahan  menggunakan  reaktor  batch dengan  temperatur  yang  digunakan  400  ºC selama  30  menit.  Kemudian  produk  destilasi dianalisis menggunakan GC-MS. Hasil
analisis ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Hasil analisis GC-MS cracking minyak sawit
Berdasarkan  hasil  data  Gambar  1 teramati  bahwa  katalis  yang  memiliki  hasil konversi  tertinggi  adalah  Co/NiMCM-41  dan yang  terendah  adalah  menggunakan  katalis MCM-41  (tanpa  katalis  sebagai  kontrol).
Perbedaan  hasil  konversi  ini  disebabkan katalis yang digunakan berbeda-beda. Katalis  Co/NiMCM-41  memiliki  aktivitas katalis  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan NiMCM-41, dan MCM-41. Logam Co dan Ni yang  keduanya  memiliki  orbital  d  belum penuh  dapat  meningkatkan  situs  aktif katalis.  Hal  demikian  sesuai  dengan  yang dilaporkan  bahwa  aktivitas  perengkahan dapat  ditingkatkan  dengan  penambahan  Ni dan  Co  [8].  Selain  hal  tersebut  juga diakibatkan oleh sifat keasaman katalis yang tinggi  dibandingkan  dengan  katalis  lainnya sehingga  kemampuan  aktivitas  katalisnya tinggi.  Adsorpsi  amonia  pada  katalis  yang menunjukkan keasaman katalis dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Adsorpsi amonia pada katalis MCM-41, Ni-MCM-41, dan CoNi-MCM-41
Perengkahan adalah pemutusan ikatan rantai C panjang menjadi rantai-rantai yang lebih kecil. Minyak sawit memiliki rantai panjang  C 18 -  C 20 .  Perengkahan  dilakukan untuk mengetahui konversi produk perengkahan  yang  mirip  dengan gasoline (fraksi  bensin),  yaitu  berada  pada  C 5 -  C 12 .
Berdasarkan  data  pada  Gambar  3  terlihat bahwa  hasil  selektivitas  produk gasolin
tertinggi ada pada katalis Co/NiMCM-41. Hal ini dimungkinkan adanya pengaruh penambahan  logam  yang  berbeda  pada katalis  Co/NiMCM-41  sehingga  orbital d belum penuh yang berperan dalam
0 20 40 60 80 35,86 58,85 89,53 non-catalyst 83,76 non-catalyst MCM-41 Co/ NiMCM-41 Ko n ve rsi % (b /b ) NiMCM-41 0 500 1000
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
cm -1
CoNi_MCM-41
MCM-41 Ni-MCM-41
perengkahan  lebih  banyak  dibandingkan dengan katalis NiMCM-41 dan MCM-41.
Analisis  keasaman  secara  kualitatif pada Gambar 2 dilakukan untuk mengetahui adanya  situs  asam  BrØnsted  dan  asam Lewis.  Logam  Ni  dan  Co  yang  memiliki orbital  kosong d dapat  menerima  pasangan elektron  dari  ion  amonium.  Logam  ini berperan  sebagai  asam  Lewis.  Sedangkan pada  Si-OH  terjadi  interaksi  H (asam BrØnsted)  dengan  pasangan    elektron bebas  pada  amonia.  Hasil  dari  adsorpsi basa  amoniak  muncul  vibrasi  pada  panjang gelombang  1489  cm -1 untuk  situs  asam BrØnsted  dan  pada  panjang  gelombang 1635  cm -1 pada  situs  asam  Lewis  sesuai yang dilaporkan oleh Santi [9].
Gambar  3. Selektivitas  produk  cair  fraksi gasolin dan diesel
Selektivitas produk destilasi hasil produk cair  perengkahan  minyak  sawit  dianalisis menggunakan  GC-MS.  Dalam  data  tersebut muncul  perkiraan  senyawa  yang  dihasilkan. Produk  yang  didapat  ini  diindikasikan  sebagai selektivitas  produk  perengkahan.  Perkiraan produk  senyawa  hasil  perengkahan  dari masing-masing katalis diambil 3 puncak utama yang disajikan pada Tabel 1.
Produk  hasil  perengkahan  merupakan bahan  bakar  yang  mengandung  fraksi  gasolin (C 5 -C 12 ),  bahan  bakar  pesawat  (C 8 -C 16 )  dan diesel (C 12 -C 22 ) [10]. Untuk mendapatkan fraksi gasolin  dan  diesel  perlu  didestilasi  dengan pemanasan sampai 180  ºC.  Kategori  titik didih gasoline  pada  temperatur  60  ºC-120  ºC, sedangkan  fraksi  diesel  pada  temperatur  120 ºC-180  ºC  [11].  Destilat  yang  keluar  kemudian dianalisis  menggunakan  GC-MS.  Berdasarkan data pada Tabel 1 terlihat bahwa perengkahan pada  minyak  sawit  menggunakan  katalis Co/NiMCM-41  memiliki  luas  area  yang  lebih besar dibandingkan dengan yang lainnya.
Tabel  1. Perkiraan  senyawa  utama  pada produk cair hasil destilasi perengkahan   minyak sawit )* Katalis Waktu retensi (menit) Luas area (%) Perkiraan senyawa Co/NiMC M-41 4,621 4,844 8,018 25,29 30,95 11,71 1-oktena Oktana Nonana NiMCM-41 4,669 7,804 8,137 10,40 8,79 7,80 1-oktena 1-nonena Nonana MCM-41 4,643 4,868 8,053 6,04 6,02 6,11 1-oktena Oktana Nonana Tanpa Katalis 24,12 26,78 27,00 8,08 8,26 18,64 1-tetradecena 1-pentadecena Tetradecana
Hasil  analisis  MS  diambil  3  puncak tertinggi  pada  masing-masing  katalis  yang disajikan  pada  Tabel  1  terlihat  untuk  katalis Co/NiMCM-41 menghasilkan 3 puncak tertinggi yang  diindikasikan  sebagai  C 8 H 16 ,  C 8 H 18 ,  dan C 9 H 20 .  Senyawa  tersebut  memiliki  rantai  yang lebih  pendek  dibandingkan  dengan  umpannya yang  memiliki  rantai  C 18 sampai  dengan  C 20 . Dalam  proses  ini  perengkahan  telah  berhasil dilakukan,  produk  yang  dihasilkan  memiliki  C
NiMCM-41 Co/NiMCM-41 MCM-41 non-catalyst 0 20 40 60 80 S e lek tiv it a s g a s o li n e ( % are a GC ) gasoline biodiesel
yang lebih pendek. Hal yang serupa juga terjadi pada  katalis  NiMCM-41  dan  MCM-41  yang menghasilkan produk C 8 H 16 , C 8 H 18 , dan C 9 H 20 . Namun  dengan  luas  area  yang  lebih  rendah diabndingkan Co/NiMCM-41.
Perkiraan  produk  yang  terdeteksi  dari library pada tiap perengkahan diambil 3 puncak tertinggi.  Secara  keseluruhan  pada  produk katalis  NiMCM-41,  Co/NiMCM-41,  dan  MCM- 41  menghasilkan  senyawa  oktana,  1-oktena, nonana,  dan  1-nonena.  Senyawa  tersebut merupakan senyawa  yang  mirip sebagai fraksi gasolin ,  sedangkan  untuk  perengkahan  tanpa katalis  menghasilkan  produk  yang  masih panjang  rantai  C-nya,  yaitu  1-tetradekena, tetradekana, dan 1-pentadekena.
Proses  perengkahan  dengan  katalis
berbasis NiMCM-41 dapat terjadi 2 kemungkinan reaksi, yaitu reaksi secara termal karena pengaruh temperatur tinggi dan katalitik karena  pengaruh  asam  Lewis  dan  BrØnsted. Usulan  reaksi  tersebut  dapat  dilihat  pada Gambar  4  dengan  menyesuaikan  mekanisme reaksi oleh Geem et al [12].
H H
400 O C H H H + R CH 3 400 O C RH + CH 3 CH 3 + H 400 O C CH 4
Gambar 4. Mekanisme reaksi cracking
Pembentukan  produk cracking akibat pemanasan  temperatur  tinggi  menghasilkan radikal-radikal.  Tahapan  pembentukan  radikal dimulai  dari  proses  inisiasi,  yaitu  molekul diatomik menghasilkan senyawa-senyawa radikal.  Kemudian  dilanjutkan  tahapan  proses
propagasi,  radikal  menyerang  senyawa  lain menghasilkan  radikal  lagi.  Proses  propagasi tersebut berlanjut terus-menerus hingga radikal menyerang  radikal  sehingga  menghasilkan senyawa  netral.  Tahapan  ini  disebut  sebagai terminasi  yang  merupakan  tahapan  terakhir dan tidak menghasilkan radikal lagi.
Perengkahan  katalitik  karena  pengaruh asam  berlangsung  melalui  proses  protonasi atom  karbon  dalam  rantai  hidrokarbon  (proton berasal  dari  situs  asam  BrØnsted),  dan  atau dengan  abstraksi  ion  hidrida  dari  rantai hidrokarbon oleh situs asam Lewis seperti yang dilaporkan  [13].  Logam  Ni  memiliki  orbital d belum  penuh  yang  bersifat  asam  Lewis  dapat menerima  elektron  dari  ion  hidrida  dan menghasilkan ion karbonium, sehingga menjadikan  reaksi  perengkahan  lebih  efektif. Ion karbonium yang terbentuk dapat menga lami  pemutusan  rantai  posisi  β
(pemutusan  ikatan  C- C  pada  posisi  β)  untuk membentuk produk baru [14].
Ion karbonium tersebut akan mengalami reformasi  menjadi  ion  karbonium  yang  stabil, kemudian mengalami pemutusan kembali pada posisi β. Reaksi ini berlangsung terus-menerus hingga  menghasilkan  produk  dengan  rantai  C yang  lebih  pendek.  Hasil  pemecahan  molekul tersebut  akan  terdeteksi  oleh  MS  sehingga dapat  diperkirakan  produk  yang  terbentuk dengan disesuaikan dengan data di library.

## KESIMPULAN
Produksi gasolin melalui proses cracking pada  temperatur  400  ºC  menggunakan  katalis MCM-41, NiMCM-41,  dan Co/NiMCM-41 dengan hasil terbesar pada katalis Co/NiMCM- 41  dengan  konversi  sebesar  89,53  %  b/b.
Perkiraan senyawa produk cair yang dihasilkan berupa 1-oktena, oktana, nonana dari MCM-41; 1-oktena,  1-nonena,  nonana  dari  NiMCM-41; dan 1-oktena, oktana, nonana dari Co/NiMCM- 41.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  kepada  Yazalde Mateus, Imachulada, dan Lizia Machado yang membantu  dalam  pelaksanaan  penelitian serta  dukungan  dari  DIKTI  berupa  dana sehingga penelitian dapat terselesaikan.

## DAFTAR RUJUKAN
[1]  Berita  Resmi  Statistik  No.11/02/Th.  XVII. 2014
[2]  Bart, J.C.J., Palmeri, N., dan Cavallaro, S., 2010, Biodiesel  science  and  technology from  soil  to  oil, Woodhead  publishing, CRC Press, New York, Washington DC.
[3]  Anonim,  2015,  Indonesia  Palm  Oil Platform (InPOP), Newsletter, Jakarta.
[4]  Twaiq,  F.  A.  A.,  Mohamed,  A.  R.,  dan Bhatia,  S.,  2003, Micropor.  Mesopor. Mater. , 64, 95-107.
[5]  Twaiq,  F.  A.  A.,  Mohamad,  A.  R.,  dan Bhatia, S., 2004, Fuel Process. Tech. , 85, 1283-1300.
[6]  Wijanarko,  A.,  Mawardi,  D.  A.,  dan Nasikin, M., 2006, MAKARA, TEKNOLOGI , 10, 2, 51-60.
[7]  Nasikin, M., Susanto, B. H., Hirsaman, M. A.,  dan  Wijanarko,  A,  2009, World  Appl. Scie. J. (Special Issue for Environment) , 5 74-79.
[8]  Maxwell,  I.  E.,  1987, Cat.  Today ,  1,  385- 413.
[9]  Santi, D., 2013, ISTECH, 5, 104-108.
[10]  Wang,  H.,  Yan,  S.,  Salley,  S.  O.,  dan Simon Ng, K. Y., 2013, Fuel , 111, 81-87.
[11]  Taufiqurrahmi,  N.,  Mohamed,  A.  R.,  dan Bhatia, S., 2011 , Bioresource Tech. , 102, 10686-10694.
[12]  Geem,  K.  M.  V.,  Reyniers,  M.  F.,  MArin, G.B., 2006, AlChE Journal, 52, 718-730.
[13]  Noreña,  L.,  Aguilar,  J.,  Mugica,  V., Gutiérrez,  M.,  dan  Torres,  M.,  2012, Materials  and  Methods  for  the  Chemical Catalytic  Cracking  of  Plastic  Waste , Applied  Chemistry  Research  Group,
Departemento de Ciencias Básicas, Universidad Autónoma Metropolitana,
Azcapotzalco, Mexico.
[14]  Weitkamp, L dan Puppe, L, 1999, Catalyst and Zeolite , Springer.