Pemanfaatan Gliserol Ester dari Hasil Samping Industri Biodiesel Minyak Sawit sebagai Emulsifier Drilling Fluid Berbasis Minyak

Abstract

Industri biodiesel berbasis minyak sawit masih merupakan salah satu industri yang potensial dan ekonomis di Indonesia. Gliserol dapat diperoleh dari hasil samping dalam industri biodiesel yaitu sekitar 12.5% dari reaksi transesterifikasi. Harga gliserol kasar masih sangat rendah dan perlu dilakukan peningkatan nilai tambahnya. Salah satu pemanfaatan gliserol adalah sebagai bahan baku pada proses esterifikasi gliserol ester untuk formulasi drilling fluid berbasis minyak (oilbased mud) pada industri pengeboran minyak bumi. Drilling fluid atau lumpur pemboran merupakan cairan yang berbentuk lumpur terbuat dari pencampuran zat cair, zat padat dan zat kimia dengan fungsi masing-masing Salah satu zat kimia yang berperan dalam formulasi drilling fluid adalah emulsifier. Emulsifier berfungsi sebagai zat pengemulsi untuk memungkinkan terjadinya dispersi antara dua fluida yang tidak saling bercampur. Emulsifier juga berperan sebagai oil wetting agent yang kuat yang digunakan agar solid dalam sistem menjadi oil-wet (basah oleh minyak). Emulsifier komersial yang digunakan dalam sistem lumpur di Indonesia saat ini umumnya emulsifier yang berasal dari destilat minyak bumi yang diketahui akan berbahaya pada lingkungan karena tidak dapat terdegradasi, mahal, memiliki karakteristik mudah terbakar dan tidak terbarukan. Sebagai bahan formulasi oilbased mud gliserol ester yang dihasilkan harus mempunyai sifat fisiko kimia seperti yang umum digunakan di industri dan distandarkan oleh American Petroleum Institute Recommended Practice (APIRP 13B-2). Penelitian dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu pemurnian gliserol hasil samping industri biodiesel hingga diperoleh kemurnian gliserol sebagai bahan baku sebesar lebih dari 95%, sintesis gliserol ester menggunakan gliserol dan asam oleat dengan perbandingan rasio 1:1 dan katalis methyl ester sulfonic acid (MESA) dari minyak sawit 0.5%. Kondisi proses esterifikasi pada penelitian ini adalah perlakuan suhu proses (150 oC, 180 oC, 210 oC, 240 oC) dan lama proses (120 menit, 150 menit, 180 menit). Karakteristik terbaik gliserol ester diperoleh dari reaksi pada kondisi suhu proses esterifikasi 240 oC dan waktu proses 180 menit, dengan laju penurunan bilangan asam terbesar dan menghasilkan konversi maksimum sebesar 99 %, densitas 0.94 g/cm3, titik nyala 241oC, titik tuang -3 oC, titik didih 244 oC, bilangan asam 1.90 mgKOH/g sampel, dan viskositas kinematis diperoleh 31 cSt (40 oC). Tahap penelitian selanjutnya adalah mengaplikasikan gliserol ester sebagai bahan substitusi emulsifier primer dan sekunder pada formulasi drilling fluid oil based mud (OBM). Emulsifier primer dalam formulasi OBM berfungsi sebagai pengemulsi yang memungkinkan terjadinya dispersi dua fluida yang tidak saling bercampur, sedangkan emulsifier sekunder berfungsi sebagai wetting agent. Konsentrasi gliserol ester yang ditambahkan dalam formulasi yaitu 5 lb/bbl, 10 lb/bbl, 15 lb/bbl dan 20 lb/bbl maka didapatkan hasil yang lebih memungkinkan dan mendekati hasil uji formula blanko adalah gliserol ester dengan konsentrasi 5 lb/bbl untuk emulsifier primer dan emulsifier sekunder, dilihat dari hasil pengujian lumpur berupa densitas, electricity stabilitas, viskositas dan sifat rheology (PV, YP dan gel strength), HPHT Filtrate, solid content, mud cake, dan water phase salinity. Keseluruhan pengujian berdasarkan standard yang telah ditetapkan oleh APIRP 13B-2 dan hasilnya menunjukkan bahwa gliserol ester memberikan kinerja yang cukup baik sebagai emulsifier primer dalam formulasi lumpur pemboran minyak. Untuk mengetahui pengujian terhadap tegangan permukaan dan tegangan antar muka, sifat kebasahan batuan dan imbibisi gliserol ester. Nilai tegangan permukaan dan tegangan antar muka yang rendah menunjukkan bahwa gliserol ester bersifat larut minyak sehingga tidak menyebabkan hidrasi shale yang dapat merusak formasi sumur bor. Recovery Factor (RF) gliserol ester dari hari ke 0, 3, 6, dan 7 adalah 0, 7.81, 17.19, 21.88. Peningkatan RF mengindikasikan bahwa gliserol ester tidak terabsorbsi kedalam batuan. Gliserol ester oleat dapat diaplikasikan di industri perminyakan sebagai emulsifier pada formulasi drilling fluid untuk keperluan pengeboran. Luasnya aplikasi gliserol ester oleat di industri dirasa perlu untuk melakukan penggandaan skala produksi gliserol ester agar dapat dimanfaatkan lebih luas lagi. Peningkatan skala pada pengembangan proses produksi gliserol ester sebagai bahan drilling fluid pengeboran minyak dilakukan melalui pendekatan sistematik empiris yaitu model kinetika reaksi dan hitungan Reynold number untuk mendapatkan gliserol ester yang sesuai dengan hasil laboratorium. Berdasarkan persamaan empirik diperoleh persamaan linier kinetika reaksi pembentukan gliserol ester yaitu y = -1161.4x-2.7606 dengan nilai R sebesar 8.314 J/molK, nilai energi aktivasi sebesar 23078 kkal/mol dan nilai frekuensi tumbukan (A) sebesar 0.06325 pada range suhu 150 ºC hingga 240 ºC. Berdasarkan nilai energi aktivasi yang dihasilkan, dan dari pengujian dengan Gas Chromatograohy Mass Spectrometry (GCMS) maka dapat dipastikan bahwa kandungan terbesar dalam campuran produk adalah gliserol monooleat dengan luas area terbesar yaitu 85.25% dan waktu retensi 22.16 menit. Berdasarkan hasil perhitungan, energi yang dibutuhkan adalah 2.86 kW pada skala reaktor 1500 liter/hari untuk menghasilkan produk gliserol ester dengan volume kerja reaktor 300 kg, kecepatan putar impeller 400 rpm. Berdasarkan perhitungan analisis dimensional, reaktor dengan volume kerja 300 kg ini memiliki diameter tangki 698 mm, tinggi tangki 1047 mm, dan diameter impeller 350 mm. Pengembangan teknologi yang dilakukan untuk memproduksi gliserol ester sebagai bahan formulasi lumpur pada industri drilling fluid ini untuk selanjutnya diharapkan agar teknologi tersebut dapat diadopsi oleh industri untuk meningkatkan nilai komersial gilserol ester sehingga dapat didayagunakan dan dimanfaatkan secara luas pada industri terutama industri pemboran minyak sebagai bahan dasar pelumas berbasis minyak sawit yang ramah lingkungan dan terbarukan.