Pemanfaatan Abu Kiln Semen Sebagai Katalis Untuk Produksi Biodiesel Dengan Reaktor Terintensifikasi

Abstract

Biodiesel adalah salah satu bahan bakar altematif yang perkembangan teknologi proses produksinya sangat menjadi perhatian dunia. Pengembangan dan penerapan proses produksi biodiesel tidak hanya tergantung pada pengembangan katalis, namun juga tergantung pada pengembangan sistem reaktor dan sistem pemisahan produk akhir biodiesel. J enis katalis yang dikembangkan haruslah dapat membantu proses transesterifikasi yang lebih efisien untuk produksi biodiesel baik dari segi aktivitas maupun ekonomis. Dan pengembangan reaktor harus dapat meningkatkan kinerja proses yang lebih aman, ekonomis, dan hemat energi dibandingkan reaktor konvensional. Katalis yang umum digunakan pada saat ini adalah katalis homogen NaOH atau KOH karena memberikan reaksi yang cukup cepat dibandingkan katalis heterogen, namun dalam proses pemisahan produk biodieselnya sangat sulit dan memerlukan jumlah air yang sangat banyak. Katalis yang telah digunakan tidak dapat didaur ulang. Oleh karena itu katalis heterogen diharapkan dapat menjadi altematif solusi katalis yang murah, efisien dan mudah dalam pemisahan produknya. Sistem reaktor yang diterapkan secara komersial masih menggunakan pengadukan mekanik konvensional. Sistem pengadukan statik menunjukkan hasil yang cukup menjanjikan namun masih dalam skala laboratorium dan waktu reaksi yang dibutuhkan masih lebih lama dibandingkan sistem kavitasi ataupun sistem nosel. Sistem reaktor terintensifikasi yang merupakan gabungan dari ketiga sistem tersebut diharapkan dapat memberikan hasil reaksi yang lebih cepat dan ekonomis dibandingkan sistem pengadukan mekanik konvensional. Penelitian yang dilakukan ini memiliki empat tujuan utama sebagai berikut: (1) merancang sistem reaktor biodiesel terintensifikasi yang kompak dan efisien; (2) mengembangkan katalis heterogen berbasis abu kiln semen sebagai katalis potensial pada proses produksi biodiesel; (3) meneliti pengaruh aktivasi abu kiln semen sebagai katalis heterogen pada proses transesterifikasi; (4) untuk mengetahui kinerja katalis abu kiln semen dengan menggunakan reaktor biodiesel terintensifikasi. Untuk memenuhi tujuan penelitian yang dikemukakan di atas dibuat langkah-langkah percobaan dengan kerangka penelitian secara bertahap. Penelitian tahap pertama dimulai dengan merancang sistem reaktor terintensifikasi yang merupakan gabungan dari sistem kavitasi, sistem pengaduk statik dan sistem nosel. Setelah dibuat sistem reaktor yang sesuai kemudian dilanjutkan tahap berikutnya yaitu karakterisasi abu kiln semen dan karakterisasi minyak goreng sawit. Tahap berikutnya adalah proses aktivasi katalis dengan metanol pada temperatur 65 °C. Dilanjutkan dengan tahap penelitian kondisi optimum proses transesterifikasi dengan variasi temperatur (65, 70, dan 80 °C) dan rasio molar metanol terhadap minyak (100, 200 dan 300). Tahap akhir penelitian ini adalah pengujian efisiensi proses transesterifikasi pada sistem reaktor terintensifikasi dengan melakukan analisis kinetika reaksi dan efisiensi energi.

Biodiesel is one of the alternative fuels that technological development of its production process is of great concern to the world. The development and application of biodiesel production processes depends not only on the development of the catalyst, but also depends on the development of the reactor system and the biodiesel end product separation system. The type of catalyst developed should be able to assist in a more efficient transesterification process for biodiesel production in terms of both activity and economy. And the development of reactors should be able to improve the performance of safer, economical, and energy-efficient processes than conventional reactors. The most commonly used catalyst at present is the homogeneous catalyst NaOH or KOH because it provides a fairly rapid reaction compared to the heterogeneous catalyst, but in the process of separation of the biodiesel product is very difficult and requires a very large amount of water. The catalyst that has been used can not be recycled. Therefore, heterogeneous catalyst is expected to be an alternative solution of catalyst that is economical, efficient and easy in the separation of its products. The commercially applied reactor system still uses conventional mechanical stirring. The static agitation system shows promising results but is still on a laboratory scale and the reaction time required is longer than the cavitation system or the nozzle system. Intensified reactor system which is a combination of these three systems is expected to provide faster and more economical reaction results than conventional mechanical stirring systems. The research has four main objectives as follows: ( 1) to design a compact and efficient integrated reactor biodiesel system; (2) to develop a heterogeneous catalyst based on cement kiln dust as a potential catalyst in the biodiesel production process; (3) to examine the effect of activation of cement kiln dust as a heterogeneous catalyst in the transesterification process; (4) to study the performance of cement kiln dust catalyst by using intensified biodiesel reactor. To meet the above-stated research objectives, experimental steps have been developed with the framework of the study in stages. The first phase of research begins by designing a reintroduced reactor system that is a combination of cavitation systems, static agitator systems and nozzle systems. After making the appropriate reactor system then proceeded to the next stage of characterization of cement kiln dust and the characterization of palm cooking oil. The next stage is the process of activating the catalyst with methanol at temperature 65 °C. Followed by research phase of optimum condition of transesterification process with variation of temperature (65, 70, and 80 °C) and molar ratio of methanol to oil (100, 200 and 300). The final step of this research is testing the efficiency of transesterification process in intensified reactor system by doing reaction kinetics analysis and energy efficiency.