Pertumbuhan populasi, meningkatnya pemanasan global, dan pesatnya perluasan kegiatan industri mendesak kita untuk mencari energi alternatif guna memenuhi permintaan global. Para ilmuwan mengeksplorasi penggantian sumber bahan bakar fosil yang mulai menipis dengan berfokus pada sumber energi berkelanjutan dan terbarukan seperti biofuel, tenaga surya, dan angin. Konversi minyak goreng bekas (waste cooking oil/WCO) menjadi biofuel, mengurangi pengelolaan limbah dan permintaan bahan bakar. Pembuangan WCO yang tidak diolah secara baik dapat menimbulkan bahaya lingkungan yang signifikan, yang berkontribusi terhadap pencemaran badan air dan lahan. WCO mengandung trigliserida dan asam lemak, menjadikannya kandidat ideal untuk produksi biofuel. Katalis digunakan untuk mengatur kandungan karbon, hidrogen, dan oksigen biofuel dari pirolisis WCO. Biofuel yang berkualitas baik harus mengandung konsentrasi hidrokarbon yang tinggi, kadar asam karboksilat yang minimal, dan angka setana dalam kisaran 45“55. Selain itu, regulasi kandungan sulfur yang ketat mengharuskan kadar di bawah 0,50 %.
Pirolisis minyak pada suhu tinggi terutama digunakan untuk menghasilkan syngas (CO dan H2), sedangkan pirolisis pada suhu rendah bertujuan untuk menghasilkan bahan bakar cair. Katalis mengatur pirolisis WCO untuk meningkatkan komposisi hidrokarbon dengan rentang karbon tertentu. Bahan bakar cair yang terdiri dari hidrokarbon C8-C16 terbukti secara optimal untuk memberi daya pada mesin turbin gas. Untuk memenuhi permintaan khusus jet militer dan komersial memerlukan campuran yang tepat yang terdiri dari 70“80% campuran parafin, iso-parafin, dan sikloparafin, dengan 8“25% senyawa aromatik.
CaO memberikan keasaman Lewis yang lemah dari kation Ca2+,, sedangkan alkalinitas berasal dari anion oksigen. Sinergi katalis asam-basa dapat meningkatkan penghilangan karbon teroksigenasi dan mengkatalisis pembukaan cincin serta reaksi dehidrasi selama pirolisis biomassa. Karena kalsium melimpah di alam dan tidak menimbulkan ancaman signifikan terhadap lingkungan dan organisme hidup, penelitian telah diarahkan untuk menggunakan katalis berbasis kalsium dari limbah industri. Serbuk limbah marmer yang dihasilkan dari pengolahan marmer mengandung mikrokristalin CaCO3 dengan stabilitas termal hingga 700oC.
Katalis berbasis Ni memiliki pengaruh yang signifikan terhadap pirolisis katalitik untuk produksi biofuel. Misalnya, modifikasi Ni/ zeolit ‹‹beta dapat mengkatalisis produksi bahan bakar biojet dari olein kelapa sawit.
Penelitian ini mempelajari potensi penggunaan limbah marmer (marble waste/MW) dari industri pemrosesan marmer di Indonesia sebagai katalis untuk produksi bahan bakar biojet. Meskipun aktivitasnya luar biasa, pada penelitian sebelumnya MW mengalami stabilitas katalitik yang buruk karena pengendapan kokas. Dalam penelitian ini, nikel diimpregnasi pada limbah marmer untuk meningkatkan kebasaan permukaan. Karakterisasi katalis menunjukkan situs basa yang ditingkatkan dengan perubahan morfologi dan sifat tekstur yang belum pernah terjadi sebelumnya. Nanopartikel limbah marmer yang diaktifkan oleh Ni meningkatkan konversi minyak goreng bekas menjadi biofuel melalui pirolisis suhu rendah.
Garis besar penelitian
Serangkaian katalis limbah marmer (MW) yang diaktivasi nikel disintesis menggunakan metode impregnasi. Awalnya, pembebanan berat awal yang bervariasi pada 5%, 10%, 15%, dan 20% Ni(NiO3)2.6H2O dalam 10 ml air deionisasi. Selanjutnya, 1 g MW ditambahkan ke dalam larutan, dan campuran diaduk terus menerus selama 3 jam pada suhu 80â—¦C hingga terbentuk suspensi padat. Larutan dikeringkan semalaman pada suhu 80 â—¦C, diikuti dengan kalsinasi pada suhu 550 â—¦C selama 5 jam, untuk membentuk katalis Ni/MW.
WCO berfungsi sebagai bahan baku utama untuk reaksi pirolisis katalitik untuk produksi biofuel di bawah atmosfer gas nitrogen. pada laju aliran ±0,1 NL/menit dan menggunakan sistem distilasi untuk mengumpulkan produk cair secara efisien. Berbagai katalis MW terimpregnasi nikel (5% NiMW, 10% NiMW, 15% NiMW, 20% NiMW), digunakan untuk setiap reaksi. Reaktor diaduk secara mekanis dan dipanaskan menggunakan penangas minyak pada suhu 380 ◦C. Selama proses berlangsung, produk cair dikumpulkan dan disaring secara berkala sebelum analisis GCMS.
Hasil analisis GC-MS mengidentifikasi komposisi kimia produk cair dari reaksi tersebut menunjukkan bahwa WCO mengandung 9,85% FFA dan 95,62% trigliserida. Pirolisis mengubah trigliserida menjadi FFA dan selanjutnya mengubahnya menjadi hidrokarbon.
Gambar 1a dan 1b menunjukkan komposisi biofuel dari katalis MW dan Ni/MW. Analisis GCMS dari sampel kosong menunjukkan komposisi asam karboksilat yang tinggi sebesar 85,7%, diikuti oleh hidrokarbon sebesar 12,81%. Produk yang diperoleh dari pirolisis menunjukkan komposisi hidrokarbon meningkat, MW < 20 % NiMW < 15 % NiMW < 10 % NiMW < 5 % NiMW. Pirolisis menggunakan MW hanya menghasilkan 32,46 % hidrokarbon. Penggunaan 5 % NiMW dalam pirolisis menghasilkan komposisi hidrokarbon tertinggi sebesar 55,92 % (Gambar 1 b) . Gambar 1c menunjukkan distribusi fraksi hidrokarbon menjadi C8-C12 (bensin), C13-C20 (diesel), dan C > 20 (minyak berat). Biofuel terutama terdiri dari fraksi diesel (15,59“23,15 %) diikuti oleh bensin (75,46“82,27%) dan hidrokarbon berat (1,37“2,12%). Distribusi hidrokarbon berdasarkan rantai nomor karbon diilustrasikan dalam Gambar 1d. MW menunjukkan selektivitas tinggi untuk kisaran n-C12-n-C15, n-C17, dan n-C20 hidrokarbon masing-masing pada ~9,36%, ~13,22%, ~16,92%, ~28,61%, 8,43%, dan 3,80%. Selektivitas meningkat dengan katalis MW teraktivasi Ni, terutama pada kisaran n-C15 dan n-C17, 5% NiMW menunjukkan selektivitas ~39,97% untuk n-C15 dan ~21,27% untuk n-C17, sementara 10% NiMW, 15% NiMW, dan 20% NiMW menunjukkan selektivitas ~36,17%, ~39,72%, dan ~44,32% untuk rentang n-C15. Secara umum, selektivitas n-C15 meningkat dengan penambahan Ni.
Gambar 1. Selektivitas produk cair berdasarkan gugus fungsi (a), komposisi produk dalam produk cair (b), komposisi hidrokarbon berdasarkan rantai karbon (c), dan distribusi jumlah karbon (d). Semua data diperoleh dari analisis GCMS.
Kesimpulan
Modifikasi limbah marmer (MW) dengan nikel (Ni) menggunakan metode impregnasi telah mengubah mikrokristalit menjadi nanopartikel dan meningkatkan luas permukaan bahkan pada muatan Ni yang lebih tinggi hingga 20 wt%. Ni memperkenalkan situs dasar tambahan untuk mengkatalisis pirolisis minyak goreng bekas menjadi biofuel cair dan meningkatkan stabilitas hingga empat siklus. Pada 5% Ni, produk biofuel ditentukan pada 60,97%, dengan selektivitas hidrokarbon 91,71%, sedangkan kokas berkurang secara signifikan dibandingkan dengan katalis limbah marmer segar. Hidrokarbon diesel mendominasi komposisi cairan pada selektivitas 82,27%. Katalis 5% Ni/MW menunjukkan stabilitas yang sangat baik, dengan mengkonversi 92% minyak goreng bekas (WCO) hingga empat siklus reaksi. Namun, setelah empat siklus, terjadi pergeseran komposisi hidrokarbon, dengan selektivitas bensin meningkat dari 15,59% menjadi 41,33% dan selektivitas solar menurun dari 82,27% menjadi 58,37%. Katalis 5% Ni/MW awalnya menunjukkan selektivitas 39,97% untuk n-C15 dan 21,27% untuk n-C17, yang menurun menjadi 30,60% dan 2,78%, masing-masing, setelah empat siklus. Secara keseluruhan, Ni meningkatkan aktivitas katalitik dan stabilitas MW untuk pirolisis WCO yang efisien menjadi biofuel cair.
Penulis: Prof. Dr. Hartati, Dra., M.Si.
Informasi detail terkait penelitian ini dapat dilihat pada:
Tamim, R., Prasetyoko, D., Jovita, S., Subagyo, R., Ni™mah, Y.L., , Holilah, H., Bahruji, H., Asikin-Mijan, Jalil, A.B., Hartati, H., Anggoro, D.D. (2025) Ni-activated marble waste nanoparticles for catalyzed pyrolysis of waste cooking oil into hydrocarbon, Renewable Energy, 248, 123128.
