Makalah "Surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES)"
Oleh : Lutfi Setiyono, Ika Kartika, dan Nurhidayanti
Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
2009
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu Negara yang memiliki areal perkebunan kelapa sawit yang cukup luas. Luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2004 adalah 5 juta hektar dengan produksi 11,08 juta ton per tahun. Indonesia pun menempati produsen minyak mentah (CPO dan PKO) kedua terbesar di dunia.
Konversi minyak kelapa sawit menjadi surfaktan yang merupakan pengembangan produk ke arah hilir akan meningkatkan nilai tambah produk kelapa sawit. Pengembangan agroindustri yang lebih berorientasi kea rah hilir merupakan strategi yang harus dilaksanakan untuk beberapa jenis perkebunan yang berpotensi untuk dikembangkan menjadi produk hilir yang berorientasi ekspor. Menurut Hambali et al. (2004), surfaktan memiliki nilai tambah hampir delapan kali lipat bila dibandingkan dengan minyak kelapa sawit mentah (CPO dan PKO).
Surfaktan adalah bahan aktif permukan yang dapat diproduksi secara sintesis kimia maupun biokimia. Karakteristik utama surfaktan adalah pada aktifitas permukaannya. Surfaktan mampu meningkatkan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dan antar muka suatu cairan, meningkatkan kemampuan pembentukan emulsi minyak dalam air, mengubah kecepatan agregasi partikel terdispersi yaitu dengan menghambat dan mereduksi flokulasi dan coalescence partikel yang terdispersi sehingga kestabilan partikel yang terdispersi semakin meningkat. Surfaktan juga mampu mempertahankan gelembung atau busa yang terbentuk lebih lama.
Pada umumnya surfaktan disintesisi dari turunan minyak bumi dan gas alam. Namun, proses pembuatan surfaktan dari minyak bumi dan gas alam ini dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. Alternative yang dapat diambil adalah penggunaan minyak nabati sebagai bahan baku pembuatan surfaktan.
Dalam makalah ini akan dibahas mengenai salah satu surfaktan nabati, yaitu Surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES). Dimana surfaktan ini berbahan dasar dari minyak kelapa sawit. Perlu diketahui bahwa MES adalah yang paling bersahabat dengan lingkungan (ramah lingkungan) dari surfaktan anionik yang ada dalam deterjen. MES mempunyai sifat detergensi yang baik bahkan pada jumlah yang sedikit, dibanding dengan surfaktan anionik yang lain, seperti Linier Alkilbenzen Sulfonat (LAS) dan Alkil Sulfat (AS).
B. Tujuan
Makalah ini bertujuan untuk memberikan informasi mengenai surfaktan, khususnya surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES). Informasi tersebut meliputi bahan baku pembuatan MES, proses produksi, dan peluang pemasaran.
II. PEMBAHASAN
A. Karakteristik Bahan Baku
MES merupakan salah satu kelompok surfaktan anionik yang paling banyak digunakan. Surfaktan ini dapat disintesis dari minyak nabati yaitu minyak sawit. Tanaman Kelapa Sawit secara umum waktu tumbuh rata-rata 20 – 25 tahun. Pada tiga tahun pertama disebut sebagai kelapa sawit muda, hal ini dikarenakan kelapa sawit tersebut belum menghasilkan buah. Kelapa sawit mulai berbuah pada usia empat sampai enam tahun. Dan pada usia tujuh sampai sepuluh tahun disebut sebagai periode matang , dimana pada periode tersebut mulai menghasilkan buah tandan segar. Tanaman kelapa sawit pada usia 11-20 tahun mulai mengalami penurunan produksi buah tandan segar. Dan terkadang pada usia 20-25 tahun tanaman kelapa sawit mati. Semua komponen buah sawit dapat dimanfaatkan secara maksimal. Buah sawit memiliki daging dan biji sawit (kernel), dimana daging sawit dapat diolah menjadi CPO (crude palm oil) sedangkan buah sawit diolah menjadi PK (kernel palm). Ekstraksi CPO rata-rata 20 % sedangkan PK 2.5%. Sementara itu serta dan cangkang biji sawit dapat dipergunakan sebagai bahan bakar ketel uap.
Minyak sawit dapat dipergunakan untuk bahan makanan dan industri melalui proses penyulingan, penjernihan dan penghilangan bau atau RBDPO (Refined, Bleached and Deodorized Palm Oil). Disamping itu CPO dapat diuraikan untuk produksi minyak sawit padat (RBD Stearin) dan untuk produksi minyak sawit cair (RBD Olein). RBD Olein terutama dipergunakan untuk pembuatan minyak goreng. Sedangkan RBD Stearin terutama dipergunakan untuk margarin dan shortening, disamping untuk bahan baku industri sabun dan deterjen.
Pemisahan CPO dan PK dapat menghasilkan oleokimia dasar yang terdiri dari asam lemak dan gliserol. Secara keseluruhan proses penyulingan minyak sawit tersebut dapat menghasilkan 73% olein, 21% stearin, 5% PFAD ( Palm Fatty Acid Distillate) dan 0.5% buangan.
Minyak sawit merupakan minyak nabati yang diproduksi terbanyak nomor dua di dunia. Karena kandungan asam lemak jenuhnya yang tinggi (hampir 50 persen), maka minyak sawit kadang-kadang dianggap sama dengan lemak hewan yang juga jenuh seperti mentega dan lard (lemak babi). Padahal, studi-studi pada hewan percobaan dan juga pada manusia menunjukkan bahwa minyak sawit ini berbeda dengan lemak yang bersifat hiperkolesterolemik (meningkatkan kolesterol) seperti lard. Minyak sawit lebih tepat digolongkan sebagai minyak dengan kadar lemak jenuh moderat karena perbandingan antara lemak jenuh dan tak jenuhnya hampir seimbang. Dari segi ekonomi minyak sawit adalah yang termurah karena memang Indonesia kaya akan perkebunan sawit.
Minyak sawit terdiri dari gliserida campuran yang merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang. Dua jenis asam lemak yang paling dominan dalam minyak sawit yaitu asam palmitat, C16:0 (jenuh), dan asam oleat, C18:1 (tidak jenuh). Umumnya, komposisi asam lemak minyak sawit dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini.
Selain asam lemak, minyak sawit memiliki kandungan lain seperti karoten dan fosfolipid. Komposisi komponen-komponen tersebut di dalam minyak sawit dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah ini.
Keberadaan minyak kelapa sawit sebagai salah satu sumber minyak nabati relatif cepat diterima oleh pasar domestik dan pasar dunia. Peningkatan konsumsi minyak nabati dalam negeri terlihat dari tahun 1987 hingga tahun 1995, permintaan lokal akan minyak nabati naik dengan laju rata-rata 5.6% per tahunnya. Peningkatan ini sebagian disebabkan karena peningkatan jumlah penduduk sebesar 1.98% dan peningkatan konsumsi minyak nabati per kapita sebesar 2.27%. Sedangkan laju peningkatan permintaan akan minyak kelapa sawit adalah 9% (hampir dua kali dari laju peningkatan permintaan akan minyak nabati).
Dalam rangka mengantisipasi melimpahnya produksi CPO, maka diperlukan usaha untuk mengolah CPO menjadi produk hilir. Pengolahan CPO menjadi produk hilir memberikan nilai tambah tinggi. Produk olahan dari CPO dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu produk pangan dan non pangan. Produk pangan terutama minyak goreng dan margarin. Produk non pangan terutama oleokimia yaitu ester, asam lemak, surfaktan, gliserin dan turunan-turunannya.
Industri penghasil oleokimia termasuk industri kimia agro (agrobased chemical industry) yaitu industri yang mengolah bahan baku yang dapat diperbaharui (renewable), merupakan industri yang bersifat resources-based industries dan mempunyai peranan penting dalam upaya pemenuhan kebutuhan pokok masyarakat luas (basic needs) seperti kosmetika, produk farmasi dan produk konsumsi lainnya. Selain itu industri tersebut berperan pula dalam pemerataan dan pertumbuhan ekonomi (economic growth with equality) serta pemberdayaan ekonomi rakyat.
Sampai saat ini beberapa produk industri bahan kimia khusus yang berbasis CPO sepenuhnya masih tergantung impor, seperti produk isopropyl palmitat, isopropyl miristat, asam palmitat dan asam oleat. Pengembangan industri bahan kimia khusus di dalam negeri yang menghasilkan produk-produk tersebut mempunyai prospek yang baik. Hal ini didukung potensi pasar dalam negeri cukup besar seperti industri kosmetika yang berjumlah sekitar 600 perusahaan besar dan kecil serta industri farmasi, yang sebagian besar membutuhkan produk-produk kimia khusus yang berbasis CPO.
Produk olahan CPO yang merupakan non pangan diantaranya adalah oleokimia. Salah satu produk turunan oleokimia adalah ester, contohnya adalah metil ester yang sekarang menjadi salah satu bahan dalam membuat surfaktan MES (Metil Ester Sulfonat). Asam lemak metil ester mempunyai peranan utama dalam industri oleokimia. Metil ester digunakan sebagai senyawa intermediate untuk sejumlah oleokimia yaitu seperti fatty alcohol, alkanolamida, metil ester-sulfonat, gliserol monostearat, surfaktan (salah satunya surfaktan Metil Ester Sulfonat), gliserin, dan asam lemak lainnya. Perusahaan Lion of Japan bahkan telah menggunakan metal ester untuk memproduksi sabun mandi yang berkualitas, selain itu metil ester saat ini telah digunakan untuk membuat minyak diesel sebagai bahan bakar alternatif.
Metil ester mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan asam lemak, diantaranya yaitu: 1) Pemakaian energi sedikit karena membutuhkan suhu dan tekanan lebih rendah dibandingkan dengan asam lemak; 2) Peralatan yang digunakan murah. Metil ester bersifat non korosif dan metil ester dihasilkan pada suhu dan tekanan lebih rendah, oleh karena itu proses pembuatan metil ester menggunakan peralatan yang terbuat dari karbon steel, sedangkan asam lemak bersifat korosif sehingga membutuhkan peralatan stainless steel yang kuat; 3) lebih banyak menghasilkan hasil samping gliserin yaitu konsentrat gliserin melalui reaksi transesterifikasi kering sehingga menghasilkan konsentrat gliserin, sedangkan asam lemak, proses pemecahan lemak menghasilkan gliserin yang masih mengandung air lebih dari 80%, sehingga membutuhkan energi yang lebih banyak; 4) metil ester lebih mudah didistilasi karena titik didihnya lebih rendah dan lebih stabil terhadap panas; 5) dalam memproduksi alkanolamida, ester dapat menghasilkan superamida dengan kemurnian lebih dari 90% dibandingkan dengan asam lemak yang menghasilkan amida dengan kemurnian hanya 65-70%; 6). Metil ester mudah dipindahkan dibandingkan asam lemak karena sifat kimianya lebih stabil dan non korosif. Metil ester dihasilkan melalui reaksi kimia esterifikasi dan transesterifikasi.
B. Teknologi Proses
1. Sifat Fisik Kimia Produk
Surfaktan Metil Ester Sulfonat termasuk golongan surfaktan anionik, yaitu surfaktan yang bermuatan negatif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan. Struktur kimianya dapat terlihat pada gambar berikut,
Menurut Hui (1996), surfaktan anionik adalah bahan aktif permukaan yang bagian hidrifobiknya berhubungan dengan gugus anion (ion negatif). Gugus anion merupakan pembawa sifat aktif permukaan pada surfaktan anionik. Oleh karena itu, Metil Ester Sulfona lebih baik terhadap keberadaan kalsium dan kandungan garam alkali lebih rendah.
Menurut Watkins (2001), jenis minyak yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan MES adalah kelompok minyak nabati seperti minyak kelapa, sawit, inti sawit, stearin sawit, kedelai, atau tallow. Menurut Matheson (1996) dalam Hapsari (2003), MES ini memperlihatkan karakteristik disperse yang baik, sifat penyabunan yang baik terutama pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi, bersifat mudah didegradasi. Kelebihan dari MES ini yaitu pada konsentrasi MES yang lebih rendah daya penyabunannya sama dengan petroleum sulfonat, dapat mempertahankan aktifitas enzim.
MES dari minyak nabati dengan ikatan atom karbon C10, C12, C14 biasa digunakan untuk light duty diwashing detergent, sedangkan MES yang mempunyai ikatan atom karbon C16-C18 biasa digunakan untuk detergen bubuk dan cair (Watkins,2001).
2. Teknologi Proses Produksi
Proses produksi surfaktan Metil Ester Sulfonat dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan pereaksi sulfonasi. Menurut Ghazali (2002), pereaksi tersebut antara lain oleum (larutan S03 di dalam H2S04) dan sulfur trioksida (S03). Untuk menghasilkan kualitas produk terbaik, beberapa perlakuan penting yang harus dipertimbangkan adalah rasio mol, waktu netralisasi, suhu reaksi, konsentrasi gugus sulfat yang ditambahkan , jenis dan konsentrasi katalis, serta pH dan suhu netralisasi.
Proses pertama dilakukan dengan proses sulfonasi metil ester. Proses sulfonasi dilakukan pada skala laboraturium (500 ml), dengan reaktor untuk mereaksi metil ester minyak inti sawit sebagai bahan baku utama dengan reaktan natrium bisulfit. Selanjutnya proses produksi dilakukan secara batch, dengan rasio mol metil ester dan natrium bisulfit 1:1,5, suhu reaksi 100°C dan lama reaksi 4,5 jam. Proses dilanjutkan dengan pemurnian menggunakan methanol 30% pada suhu 50°C dengan lama reaksi 1,5 jam. Proses yang terakhir adalah netralisasi menggunakan NaOH 20% (Pore, 1976) dan modifikasi (Hidayat, 2005). Namun, yang harus diperhatikan setelah proses netralisasi dengan NaOH adalah terbentuknya produk samping reaksi sulfonasinya yang akan menghasilkan garam alkali sehingga dapat menurunkan biodegradabilitas dari surfaktan MES ini.
3. Teknologi Proses Produk Turunan
Hasil turunan dari surfaktan Metil Ester Sulfonat ini salah satunya adalah sebagai Oil Well Stimulation Agent. Komposisi Oil Well Stimulation Agent ini terdiri dari bahan aktif Surfaktan MES, pelarut, Surfaktan nonionic (DEA), dan buthyl cellosolve. Pembuatan Oil Well Stimulation Agent ini berdasarkan perbedaan jenis pelarut dan konsentrasi MES. Formulasinya merujuk pada komposisi Oil Well Stimulation Agent yang telah ada yaitu Stimsol, Tiorco, dan EOR 2095 yang diproduksi oleh Witco Coorporation yaitu 50% surfaktan (bahan aktif), 40% pelarut, dan 10% bahan aditif (7% surfaktan nonionic, 3% buthyl cellosolve).
Pelarut Oil Well Stimulation Agent ini merupakan suatu bahan yang melarutkan bahan lain untuk membentuk suatu larutan. Zat yang dilarutkan dalam pelarut disebut zat terlarut. Sebagian besar pelarut membentuk larutan yang berupa cairan, namun ada juga yang berupa gas atau padatan. Dalam pembuatan Oil Well Stimulation Agent digunakan pelarut nonpolar untuk melarutkan bahan aktif dan bahan aditif. Menurut Allen dan Roberts (1993), pelarut yang digunakan sebagai campuran Oil Well Stimulation Agent ini adalah minyak tanah, solar, bensin, dan minyak mentah.
C. Peluang Pasar dan Pemasaran
Pengembangan produk turunan minyak sawit penting untuk dilakukan mengingat peningkatan nilai tambah yang dapat diperoleh. Produk hilir sawit lanjutan yang dapat dihasilkan melalui penerapan proses lanjutan terhadap produk-produk oleokimia yang telah berkembang di Indonesia akan memberikan tambahan nilai tambah yang cukup besar. Nilai tambah produk hilir sawit tersebut akan lebih besar dibandingkan nilai tambah produk-produk oleokimia. Peluang pengembangan produk turunan (hilir) minyak sawit mengingat lembaga-lembaga riset di Indonesia telah melakukan riset-riset mengenai produk hilir sawit. Riset-riset produk hilir sawit yang telah dikembangkan hingga skala produksi pilot plant oleh lembaga riset di Indonesia sangat baik untuk diaplikasikan ke skala industri.
Produk oleokimia sangat prospektif untuk dikembangkan sebagai salah satu jawaban kurang prospektusnya harga CPO dan PKO karena berlawanan dengan kondisi supply-demand minyak mentah nabati yang saat ini dan di masa yang akan datang berada dalam posisi excess supply, kesetimbangan produk oleokimia dunia justru diperkirakan masih akan berada dalam kondisi excess demand hingga beberapa tahun mendatang. Kondisi excess demand pada produk oleokimia ini tentu merupakan sebuah indikasi akan prospektifnya harga komoditi tersebut. Menurut FAO, di pasar dunia saat ini terjadi pertumbuhan demand yang stabil atas produk-produk oleokimia dengan pertumbuhan 3% per tahunnya. Diramalkan pertumbuhan industri oleokimia yang terbesar akan terjadi di kawasan Asia. Pertumbuhan industri oleokimia yang diperkirakan terjadi sangat pesat di kawasan Asia sebenarnya tidak terlepas dari pertumbuhan produksi minyak nabati (bahan baku industri oleokimia) yang sangat tinggi di kawasan tersebut.
Di Jepang, perusahaan Lion telah menggunakan MES dalam bentuk bubuk deterjen sejak awal 1990-an. Dalam beberapa tahun ini, Stephan Inc. (Amerika) telah mengkomersialkan MES dengan Carbon 12-14, dan Huish Inc. (Amerika) akan segera memulai menproduksi MES 82.000 ton per tahun dengan harga yang murah dari persediaan oleokimia. Jika dibandingkan dengan alkilbenzen, persediaan dari LAS berperan dalam penggunaan MES. Dalam keadaan ini, MES lebih ekonomis daripada LAS. Pemakai-pemakai dengan ide produk yang ramah lingkungan tapi tidak berkeinginan untuk membayar murah dengan produk seperti itu (Itsuo and Kazuo, 2002).
MES mungkin menawarkan kemungkinan dari dua sisi tersebut, yaitu efisien dan ramah lingkungan. Seperti pada surfaktan-surfaktan non-ionik, sementara AE (Alkil Etoksilat) umumnya lebih mahal dari surfaktan anionik lainnya, MEE dapat diproduksi cukup murah karena tidak butuh banyak fatty alkohol, seperti yang tadi disebutkan. Jadi kesimpulannya, MES dan MEE berpotensi dalam deterjen untuk menggantikan LAS dan AE (Itsuo and Kazuo, 2002).
III. KESIMPULAN
Minyak sawit merupakan minyak nabati yang diproduksi terbanyak nomor dua di dunia. Minyak sawit terdiri dari gliserida campuran yang merupakan ester dari gliserol dan asam lemak rantai panjang. Produk non pangan dari oleokimia yang berasal dari minyak sawit salah satunya adalah Metil Ester. Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu kelompok surfaktan anionik yang paling banyak digunakan dan dapat disintesis dari minyak nabati yaitu minyak sawit.
MES dari minyak nabati dengan ikatan atom karbon C10, C12, C14 biasa digunakan untuk light duty diwashing detergent, sedangkan MES yang mempunyai ikatan atom karbon C16-C18 biasa digunakan untuk detergen bubuk dan cair. Proses produksi surfaktan Metil Ester Sulfonat dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan pereaksi sulfonasi.
Proses pertama dilakukan dengan proses sulfonasi metil ester, proses produksi yang kedua dilakukan secara batch, dan proses yang terakhir adalah netralisasi. Namun, yang harus diperhatikan setelah proses netralisasi dengan NaOH adalah terbentuknya produk samping reaksi sulfonasinya yang akan menghasilkan garam alkali sehingga dapat menurunkan biodegradabilitas dari surfaktan MES ini.
Hasil turunan dari surfaktan Metil Ester Sulfonat ini salah satunya adalah sebagai Oil Well Stimulation Agent. Dalam pembuatan Oil Well Stimulation Agent digunakan pelarut nonpolar untuk melarutkan bahan aktif dan bahan aditif. Pelarut yang digunakan sebagai campuran Oil Well Stimulation Agent ini adalah minyak tanah, solar, bensin, dan minyak mentah.
Pengembangan produk turunan minyak sawit penting untuk dilakukan mengingat peningkatan nilai tambah yang dapat diperoleh. Nilai tambah produk hilir sawit tersebut akan lebih besar dibandingkan nilai tambah produk-produk oleokimia salah satunya surfaktan MES. Surfaktan MES lebih ekonomis daripada LAS. MES menawarkan dua kelebihan, yaitu efisien dan ramah lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA
Allen T.O. dan A.P. Roberts. 1993. Production Operation 2: Well Completions, Worker, and Simulation. Oil & Gas Consultants International (OGCI), Inc., Tulsa, Oklahoma, USA.
Ghazali R. 2002. The Effect of Disalt on The Biodegradability of Methyl Ester Sulphonates (MES). Journal of Oil Palm Research 14(1):45-50.
Hambali, et.al. 2004. Pemanfaatan Surfaktan Ramah Lingkungan dari Minyak Sawit sebagai Oil Well Stimulant Agent untuk Meningkatkan Produksi Sumur Minyak Bumi. Proposal Hibah Kompetisi Pengembangan Masyarakat. Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB. Bogor.
Hapsari M. 2003. Kajian Pengaruh Suhu dan Kecepatan Pengadukan pada Proses Produksi Surfaktan dari Metil Ester Minyak Inti KElapa Sawit dengan Metode Sulfonasi. [Skripsi]. Bogor : FATETA IPB.
Hidayat, Sri. 2005. Proses pembuatan MES dari Palm kernel oil Menggunakan Natrium Bisulfit. Jurnal Teknologi Industri Pertanian, FATETA, IPB.
Hui. 1996. Mechanistic Approach to The Thermal Degradation of α-Olefin Sulfonates. Ethyl Coorporation. Baton Rouge, L.A. USA.
Itsuo, H and Kazuo, O. 2002. New Technology and Development on the Use of Palm Oil in Oleochemical Industries. Bali:International Oil Palm Conference.
Ketaren, S. 1986. Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. Jakarta: UI Press.
Pore J. 1976. Sulfated and Sulfonated Oils. Di dalam : Karlenskind, A. (Ed.). Oil and Fats. Manual Intercept Ltd., New York.
Watkins C. 2001. All Eyes are on Texas. Inform 12:1152-1159.
8:08:00 AM
Lutfi Setiyono
Posted in: Curhat
