Biofuel terbarukan telah banyak diteliti sebagai energi hijau alternatif untuk menopang menipisnya persediaan bahan bakar fosil. Komponen utama biofuel generasi pertama yang diproduksi dari biomasa transesterifikasi adalah metil ester asam lemak /fatty acid methyl ester (FAME). Namun, FAME memiliki stabilitas termal dan oksidatif yang buruk, viskositas tinggi, peningkatan titik tuang, peningkatan titik awan, dan penurunan nilai pembakaran. Pada suhu tinggi, ikatan tak jenuh pada FAME rentan terhadap oksidasi, sehingga menyebabkan penguraian oksidatif biodiesel. Oksidasi produk meningkatkan viskositas yang dapat memendekkan umur simpan biodiesel. Selain itu, tingginya viskositas biodiesel juga menjadi penyebab atomisasi dan pembakaran yang buruk. Oksidasi FAME dapat merugikan sistem mesin karena pengendapan kokas pada tangki bahan bakar, menyumbat filter bahan bakar, dan sistem injeksi.
Hidrokarbon cair dari biomassa diidentifikasi sebagai generasi kedua biofuel. Hidrotreatmen atau reaksi deoksigenasi menghasilkan hidrokarbon dengan menghilangkan oksigen dalam biomassa. Deoksigenasi terjadi melalui proses hidrodeoksigenasi, dekarboksilasi, atau dekarbonilasi, menghasilkan rentang panjang rantai hidrokarbon yang berbeda. Hidrodeoksigenasi menggunakan gas hidrogen pada tekanan tinggi untuk mengurangi karbon teroksigenasi dan ikatan tak jenuh dalam biomassa, menjaga jumlah karbon. Dalam dekarboksilasi, fragmen karbon teroksigenasi dihilangkan menghasilkan hidrokarbon dengan satu karbon atom lebih pendek dari asam lemak. Deoksigenasi juga dapat melalui jalur dekarbonilasi, yaitu spesies oksigen dihilangkan dengan melepaskan karbon monoksida dan molekul air. Sejak dekarboksilasi atau dekarbonilasi terjadi tanpa adanya hidrogen dan tekanan atmosfer, proses ini menguntungkan dalam menurunkan biaya operasional dan bahaya eksperimental, di samping dapat mencegah penonaktifan katalis.
Tiga kelompok katalis telah diselidiki untuk meningkatkan selektivitas terhadap reaksi deoksigenasi, yaitu katalis logam transisi yang didukung sulfida, katalis berpendukung logam mulia, dan katalis berpendukung logam transisi. Katalis Ni menunjukkan aktivitas yang setara dengan katalis logam mulia lain dalam reaksi deoksigenasi asam stearat. Keasaman Lewis Ni dapat meningkatkan hasil hidrokarbon cair sekaligus mengurangi gas yang tidak terkondensasi dan arang karbon. Selain logam, katalis berpendukung juga berperan penting dalam deoksigenasi katalitik asam lemak atau trigliserida.
Penggunaan ZSM-5 diteliti dapat meningkatkan hasil hidrokarbon hingga 65% selama deoksigenasi asam oleat. Peningkatan ini disebabkan oleh peningkatan aksesibilitas situs asam dalam jaringan hierarki. HAlMCM-41 juga telah diteliti menunjukkan kinerja yang unggul dibandingkan dengan Al-MCM-41 untuk deoksigenasi asam stearat, sedangkan Ni/Al-MCM-41 menunjukkan efisiensi dalam reaksi deoksigenasi asam lemak, mencapai persentase hidrokarbon tertinggi (78%).
Hasil Penelitian
Penelitian ini merupakan lanjutan penelitian sebelumnya. Pada penelitian ini, peran padatan aluminosilikat mesopori dalam deoksigenasi asam oleat dijelaskan menggunakan katalis ZSM-5 dan Al-MCM-41 diimpregnasi dengan Ni. Padatan ini disintesis menggunakan rasio mol Si/Al awal yang serupa, tetapi menggunakan templat yang berbeda untuk memvariasikan mesopori. ZSM-5-T yang merupakan padatan mesopori antarpartikel disintesis menggunakan TPAOH (tetrapropilamonium hidroksida) sebagai template, sedangkan ZSM-5-S merupakan padatan mesopori intrapartikel dibentuk menggunakan cetakan silikalit. Al-MCM-41 disintesis tanpa templat menghasilkan saluran mesopori satu dimensi yang sangat teratur. Susunan mesoporositas aluminosilikat menentukan jalur mekanistik konversi asam oleat menjadi hidrokarbon. Asam oleat mengalami perengkahan termal primer menjadi asam karboksilat sebelum berlanjut ke reaksi dekarbonilasi berikutnya. Hasil hidrokarbon ditingkatkan mengikuti urutan Al-MCM-41>ZSM-5-S>ZSM-5-T>tanpa katalis. Mesoporositas intrapartikel yang besar menghasilkan asam karboksilat rantai panjang dari katalitik perengkahan asam oleat, yang kemudian dideoksigenasi menjadi hidrokarbon rantai panjang (Gambar 1).
Peran mesoporositas katalis aluminosilikat telah dijelaskan dalam konversi asam oleat menjadi hidrokarbon green diesel. Adanya nikel dapat meningkatkan keasaman aluminosilikat, yang mendorong adsorpsi oksigen dari gugus karboksilat pada reaksi deoksigenasi. Perengkahan secara termal asam oleat mendominasi jalur reaksi. Reaksi tanpa katalis dan menggunakan mesopori antarpartikel katalis ZSM-5-T menghasilkan asam karboksilat rantai pendek karena difusi terbatas. Mesoporositas antarpartikel pada Ni/ZSM-5-T adalah yang paling baik untuk menghilangkan dispersi katalis dalam minyak.
Kesimpulan
Hasil penelitian menunjukkan produk cair organik (~38 %) dan konversi (80 %) diperoleh pada Ni/Al-MCM-41 pada suhu 350 鈼 selama 4 jam reaksi dalam pelarut dan deoksigenasi katalitik tanpa H2. Dukungan ZSM-5 dan Al-MCM-41 dalam penelitian ini menghasilkan selektivitas C8揅17 (88,57 %) yang lebih baik dibandingkan dengan 纬-Al2O3, 尾-zeolit, dan SBA-15 dari penelitian sebelumnya. Pilihan dukungan katalis sangat penting dalam produksi diesel ramah lingkungan karena mempengaruhi proses katalitik. Produksi diesel ramah lingkungan di masa depan harus mempertimbangkan mesoporisitas dan keasaman katalis.
Penulis: Prof. Dr. Hartati, Dra., M.Si.
Link:
Baca juga: Potensi Limbah Pertanian sebagai Biochar untuk Produksi Biodiesel
