Katalis HVO: Cara Kerja, Jenis NiMo hingga Pt-Zeolit, dan Katalis Merah Putih

Katalis HVO adalah katalis padat yang membuat minyak nabati bereaksi dengan hidrogen sehingga oksigennya terbuang dan tersisa hidrokarbon setara solar, yakni HVO (hydrotreated vegetable oil). Di pabrik komersial biasanya ada dua tahap: katalis hydrotreating, umumnya NiMo atau CoMo tersulfidasi berpenyangga alumina, untuk membuang oksigen. Lalu katalis bifungsional, misalnya platina pada zeolit atau SAPO, untuk isomerisasi agar bahan bakar tidak mudah membeku. Di Indonesia, katalis hydrotreating untuk minyak sawit dikembangkan ITB dan Pertamina dengan nama Katalis Merah Putih.

Apa fungsi katalis dalam hydrotreating minyak nabati?

Minyak nabati terdiri atas trigliserida, yaitu tiga rantai asam lemak yang terikat pada tulang punggung gliserol. Tinjauan ilmiah Di Vito Nolfi dan rekan di jurnal IJERPH (2021) menjelaskan urutan reaksinya. Ikatan rangkap dijenuhkan dengan hidrogen, lalu asam lemak dilepas satu per satu, dan gliserol berakhir sebagai propana. Setelah itu oksigen pada asam lemak dibuang. Tanpa katalis, reaksi ini butuh energi jauh lebih besar.

Tinjauan tim Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) di RSC Advances (2023) menyebut proses ini umumnya berlangsung pada 200–400 °C dan tekanan 1–10 MPa dengan katalis logam berpenyangga. Neste menggambarkan teknologi NEXBTL miliknya dengan alur serupa. Kotoran dibuang dulu sebelum masuk tahap katalitik, lalu hidrodeoksigenasi memakai hidrogen, kemudian isomerisasi untuk menyetel sifat produk. Gambaran utuh proses, bahan baku, dan pemakaiannya ada di penjelasan apa itu HVO.

Hidrodeoksigenasi, dekarboksilasi, dan dekarbonilasi

Oksigen bisa dibuang lewat tiga jalur. Pilihan katalis, suhu, dan tekanan hidrogen menentukan jalur mana yang dominan.

• Hidrodeoksigenasi (HDO): oksigen keluar sebagai air. Alkana yang terbentuk punya jumlah atom karbon sama dengan asam lemak asalnya, misalnya C18 dari asam stearat. Hasil karbonnya paling efisien, tetapi konsumsi hidrogennya paling besar. Reaksinya eksotermik sehingga lebih disukai pada suhu lebih rendah.
• Dekarboksilasi (DCO₂): oksigen keluar sebagai CO₂ dan alkananya kehilangan satu karbon (C17). Jalur ini tidak memerlukan hidrogen untuk membuang oksigen, tetapi satu karbon terbuang sebagai gas rumah kaca.
• Dekarbonilasi (DCO): oksigen keluar sebagai CO dan air, juga menghasilkan alkana yang kehilangan satu karbon.

Tinjauan tim ITS mencatat bahwa skala industri, termasuk kilang Neste di Porvoo, Finlandia, umumnya menempuh jalur HDO. Pada katalis tersulfidasi, nikel cenderung mendorong DCO/DCO₂ dan molibdenum mendorong HDO. Kombinasi NiMo menghasilkan keduanya dalam porsi yang hampir sama, menurut studi Kubička yang dikutip Di Vito Nolfi.

Jenis-jenis katalis HVO

Komposisi persis katalis komersial bersifat rahasia dagang. Namun, literatur dan publikasi lisensor memberi gambaran keluarga katalis berikut.

Jenis katalis	Peran	Logam aktif	Penyangga	Tahap proses	Catatan
Katalis pelindung (guard)	Menangkap fosfor dan logam sebelum katalis utama	Bervariasi; sebagian juga aktif untuk HDO	Bahan berpori besar	Bagian pelindung di reaktor hydrotreating	Contoh komersial: Topsoe TK-3000 PhosTrap
NiMo / CoMo tersulfidasi (juga NiW)	Hidrodeoksigenasi, penjenuhan, pembuangan sulfur	Mo atau W dengan promotor Ni atau Co	γ-alumina (Al2O3)	Reaktor utama hydrotreating	Turunan katalis desulfurisasi kilang; perlu dijaga tetap tersulfidasi
Logam mulia bifungsional	Hidroisomerisasi n-parafin menjadi parafin bercabang	Pt (kadang Pd)	Zeolit/SAPO asam, mis. SAPO-11, ZSM-22	Tahap kedua setelah deoksigenasi	Memperbaiki sifat dingin; peka terhadap nitrogen yang lolos
Logam mulia untuk deoksigenasi	Deoksigenasi, cenderung DCO/DCO2	Pd, Pt	Karbon aktif, alumina, silika	Skala riset	Sangat aktif tetapi mahal dan rentan keracunan air
Nikel tanpa sulfur	Deoksigenasi tanpa menambahkan sulfur	Ni tereduksi, Ni-fosfida, karbida/nitrida, Ni–Sn	Alumina, silika, karbon aktif, zeolit	Skala riset	Menghindari kontaminasi sulfur; Indonesia meneliti Ni–Sn (BRIN)

Dalam perbandingan berbagai katalis tersulfidasi pada minyak rapa yang dirangkum Di Vito Nolfi, NiMo/γ-Al₂O₃ menjadi yang paling aktif. Untuk logam mulia, studi Snåre yang dikutip tinjauan yang sama menempatkan Pd dan Pt sebagai yang paling aktif, disusul Ni. Namun, beberapa studi menunjukkan katalis nikel dengan kadar logam cukup tinggi bisa menyaingi logam mulia.

Tahap isomerisasi diperlukan karena n-alkana lurus hasil deoksigenasi memiliki sifat alir dingin yang buruk. Tinjauan Di Vito Nolfi menyebut hidroisomerisasi dijalankan pada suhu lebih tinggi daripada deoksigenasi dengan katalis seperti Pt/SAPO-11, dan angka setana produk relatif terjaga. Tinjauan Yeletsky dan rekan di jurnal Fuel (2020) menjelaskan katalis ini bersifat bifungsional: logam untuk hidrogenasi-dehidrogenasi dan penyangga asam untuk menata ulang rantai.

Mengapa katalis NiMo dan CoMo harus tersulfidasi?

NiMo dan CoMo pada dasarnya katalis desulfurisasi kilang minyak bumi. Bentuk aktifnya adalah sulfida logam. Minyak nabati hampir tidak mengandung sulfur, padahal katalis ini bekerja dalam bentuk sulfida. Akibatnya, sulfur di permukaan katalis perlahan terlepas (sulfur leaching) dan aktivitasnya turun cepat.

Di Vito Nolfi merangkum bahwa penambahan senyawa pensulfidasi ke umpan, seperti H₂S atau CS₂, dapat menekan deaktivasi tersebut. Dalam studi Şenol, H₂S lebih efektif daripada CS₂. Konsekuensinya, jalur reaksi bergeser dari dominan HDO ke campuran HDO dan DCO/DCO₂, serta muncul risiko sulfur terbawa ke produk. Kelemahan inilah yang mendorong riset katalis tanpa sulfur, seperti nikel tereduksi, fosfida, dan karbida.

Penyebab deaktivasi katalis HVO dan pentingnya pretreatment

• Fosfor. Topsoe menyebut fosfor sebagai racun paling signifikan dalam umpan terbarukan. Fosfor dari fosfolipid mengendap di permukaan butir katalis dan membentuk lapisan mirip kaca. Endapan itu merekatkan butir katalis dan menyumbat celah antarbutir, sehingga beda tekanan reaktor naik cepat. Dalam kasus berat, reaktor harus dihentikan untuk ganti katalis.
• Logam. Lapisan pelindung Topsoe dirancang menangkap P, Na, K, Ca, Mg, Fe, Ni, dan V dari umpan. Topsoe mengklaim TK-3000 PhosTrap menyerap fosfor empat sampai enam kali lebih banyak per volume dibanding generasi sebelumnya. Angka ini klaim produsen.
• Kokas dan sintering. Suhu terlalu tinggi memicu aromatisasi dan polimerisasi yang meninggalkan kokas di pori katalis. Partikel logam juga bisa menggumpal (sintering), menurut kedua tinjauan.
• Air. Jalur HDO menghasilkan air yang dapat menurunkan aktivitas katalis. Tinjauan tim ITS juga mencatat logam mulia rentan keracunan air.
• Nitrogen. Ketjen melaporkan umpan residu dan limbah dapat membawa senyawa nitrogen dalam konsentrasi tinggi. Nitrogen yang lolos dari tahap HDO mengancam aktivitas katalis isomerisasi.

Karena itu, umpan dibersihkan sebelum masuk reaktor. Neste menyebut bahan baku terbarukan mengandung kotoran yang harus dibuang sebelum pemrosesan katalitik. Topsoe menulis kadar fosfor bisa ditekan lewat pretreatment, tetapi sebagian tetap lolos sehingga lapisan pelindung tetap diperlukan.

Teknologi HVO komersial dan lisensornya

• Neste NEXBTL: teknologi milik Neste yang dipatenkan lebih dari 25 tahun lalu, dengan unit pertama di Porvoo. Prosesnya terdiri atas pretreatment, hidrodeoksigenasi, dan isomerisasi untuk diesel terbarukan dan SAF.
• Honeywell UOP Ecofining: dikembangkan bersama Eni dan dipakai memproduksi SAF secara komersial sejak 2016, menurut Honeywell. Pada Januari 2021 Honeywell melaporkan 20 unit berlisensi di sembilan negara dengan 12 jenis bahan baku. Versi satu tahapnya memakai kombinasi katalis dalam satu unit untuk membuang senyawa oksigen, lalu mengisomerisasi produk. Diesel yang dihasilkan disebut berangka setana 80.
• Topsoe HydroFlex: mengubah lemak, minyak, dan gemuk menjadi diesel dan avtur terbarukan drop-in. HF Sinclair mengoperasikan tiga fasilitas diesel terbarukan berbasis HydroFlex di Wyoming dan New Mexico, menurut Topsoe pada Juli 2023.
• Axens Vegan: proses dua tahap, yaitu hydrotreatment lalu hidroisomerisasi dengan katalis bifungsional. Axens menyebut proses ini mampu mengolah hingga 100% lipid untuk SAF atau diesel terbarukan. Kontrak dengan Haike Chemicals di Tiongkok (Agustus 2023) adalah referensi pertamanya di Asia.

Keempat lisensor memasok katalis untuk teknologinya masing-masing, tetapi tidak membuka formulasi persisnya.

Konteks Indonesia: Katalis Merah Putih dan riset BRIN

Katalis hydrotreating untuk minyak sawit di Indonesia dikembangkan Laboratorium Teknik Reaksi Kimia dan Katalisis (TRKK) ITB bersama unit riset Pertamina. Menurut ITB, katalis generasi kedua bermerek PK 220 HBD dimuat sekitar 12 ton ke unit Distillate Hydrotreating (DHDT) Kilang Dumai berkapasitas 12,6 ribu barel per hari pada Februari 2019. Mulai Maret 2019 unit itu mengolah minyak sawit 10–12% bersama gasoil fosil dalam skema co-processing. ITB juga mencatat lebih dari 150 ton katalis telah diproduksi sejak 2011 untuk 8 reaktor di lima kilang Pertamina.

Kementerian ESDM mencatat Pertamina menginjeksikan RBDPO ke unit DHDT dengan Katalis Merah Putih. Pada Juli 2020, Kilang Dumai menghasilkan diesel nabati D100 dengan angka setana hingga 79. Katalis ini kini diproduksi PT Katalis Sinergi Indonesia di Cikampek berkapasitas 800 ton per tahun dengan 13 jenis produk. Wakil Menteri Investasi dan Hilirisasi Todotua Pasaribu, seperti dikutip ANTARA, menyebut bahan bakunya, seperti kobalt, nikel, zeolit, molibdenum, dan seng, tersedia di dalam negeri. Sejarah lengkapnya ada di Mengenal Katalis Merah Putih. Sumber publik yang kami baca tidak merinci komposisi logam Katalis Merah Putih.

Di jalur katalis tanpa sulfur, Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) mengembangkan katalis nikel–timah berpenyangga karbon aktif sebagai alternatif katalis logam mulia, menurut ANTARA (23 Oktober 2026). Hasilnya masih skala laboratorium.

Apakah HVO sama dengan FAME yang didistilasi?

Tidak. Distilasi pada FAME (biodiesel B40/B50) hanya memurnikan metil ester hasil transesterifikasi minyak dengan metanol, sehingga molekulnya tetap mengandung oksigen. HVO adalah parafin tanpa oksigen hasil reaksi dengan hidrogen dan katalis. Tabel yang dikutip Di Vito Nolfi mencantumkan angka setana green diesel 70–90, dibanding 50–65 untuk biodiesel dan 40 untuk solar fosil. Perbandingan lebih lengkap ada di Biodiesel, HVO, dan Bioavtur: Apa Bedanya?