Minyak Bumi, Bensin, dan Bilangan Oktana

 

Pada saat ini minyak bumi merupakan bahan bakar fosil yang paling penting. Kebutuhan akan minyak bumi untuk mempertahankan masyarakat industri berada tepat di belakang kebutuhan akan pangan, udara, air, dan papan (perumahan). Apakah itu emas hitam (julukan bagi minyak bumi) dan bagaiman kita memanfaatkannya?

Minyak bumi (petroleum) ialah campuran rumit dari hidrokarbon yang terbentuk selama ribuan tahun melalui perombakan berangsur dari bahan hewani dan nabati yang terkubur. Minyak mentah (crude oil) ialah cairan hitam yang terkumpul dalam kantong-kantong di bawah tanah dalam batuan sedimen. Minyak dibawa ke permukaan dengan cara mengebor dan memompa. Untuk membuatnya berguna, minyak mentah perlu dimurnikan terlebih dahulu.

Langkah pertama dalam pemurnian minyak bumi biasanya adalah distilasi (penyulingan). Minyak mentah dipanaskan sampai sekitar 400°C dan uapnya naik ke kolom fraksinasi yang tinggi. Fraksi bertitik didih lebih rendah naik lebih cepat dan lebih tinggi dalam kolom sebelum mengembun menjadi cairan; fraksi bertitik didih lebih tinggi tidak naik setinggi itu. Fraksi bensin hanya menyusun sekitar 25% dari minyak mentah. Padahal fraksi ini merupakan fraksi paling berharga, baik sebagai bahan bakar maupun sebagai sumber bahan untuk industri petrokimia, yaitu industri yang menyediakan serat sintetik, plastik, dan banyak lagi material yang berguna bagi kita. Dengan alasan inilah banyak proses telah dikembangkan untuk mengonversi fraksi lain menjadi bensin.

Fraksi dengan titik didih lebih tinggi dapat “dikertak” (cracked) oleh kalor dan katalis (terutama silika dan alumina), menghasilkan produk dengan rantai karbon yang lebih pendek dan karenanya titik didihnya lebih rendah. Rantai karbon dapat putus di berbagai titik. Alkana tertentu sedikitnya menghasilkan satu alkana dan satu alkena sebagai produknya. Jadi, pengertakan katalitik mengonversi alkana yang lebih besar menjadi campuran alkana dan alkena yang lebih kecil dan meningkatkan rendemen bensin dari minyak bumi.

Sewaktu pengertakan, banyak sekali gas hidrokarbon yang lebih rendah (etena, propena, butana, dan butena) yang terbentuk. Beberapa di antaranya, terutama etena, digunakan sebagai bahan baku petrokimia. Untuk memperoleh lebih banyak bensin, para ilmuwan mencari metode untuk mengonversi hidrokarbon berbobot molekul rendah menjadi hidrokarbon yang sedikit lebih besar yang mendidih dalam kisaran bensin. Salah satu proses ini ialah alkilasi, yaitu penggabungan alkana dengan alkena untuk membentuk alkana yang titik didihnya lebih tinggi.

C₂H₆  +  C₄H₈               C₆H₁₄

C₄H₁₀  +  C₄H₈              C₈H₁₈

Proses ini dikembangkan pada tahun 1930-an untuk menghasilkan bahan bakar pesawat terbang selama Perang Dunia II dan sekarang masih digunakan untuk membuat bensin dengan bilangan oktana yang tinggi untuk mesin mobil yang dikembangkan lebih baik.

Ini mengantarkan kita pada bilangan oktana (octane number) dan mengapa hal ini menjadi penting. Beberapa hidrokarbon, terutama yang strukturnya sangat bercabang, terbakar dengan halus dalam mesin mobil dan menggerakkan piston dengan merata. Hidrokarbon lain, terutama yang rantai karbonnya tidak bercabang cenderung meledak-ledak di dalam silinder dan menggerakkan piston dengan kasar. Ledakan tak diinginkan ini menghasilkan bunyi keras (ketukan, knock). Suatu skala telah dikembangkan beberapa tahun lalu untuk mengevaluasi sifat ketukan yang penting dari bensin. Isooktana (2,2,4-trimetilpentana) yaitu bahan bakar bagus dengan struktur yang bercabang, diberi bilangan oktana 100, sedangkan heptana yaitu bahan bakar mobil yang buruk, diberi bilangan oktana 0. Bensin “biasa” dengan bilangan oktana 87 memiliki sifat “ketuk” yang sama seperti campuran yang terdiri atas 87% isooktana dan 13% heptana.

Sedikit tetraetiltimbal, (CH₃CH₂)₄Pb, dalam bensin memperbaiki bilangan oktana tetapi tidak disukai karena alasan lingkungan dan kebanyakan bensin sekarang tidak lagi mengandung timbal. Namun demikian, bensin tanpa timbal harus mengandung hidrokarbon dengan bilangan oktana yang tinggi. Jadi, perlu dikembangkan metode untuk mengonversi hidrokarbon berantai lurus menjadi rantai bercabang sebab struktur bercabang ini memiliki bilangan oktana yang tinggi.

Katalis tertentu dapat menghasilkan alkana rantai bercabang dari alkana rantai lurus. Proses ini disebut isomerisasi, yang dilakukan secara komersial dalam skala besar.

CH₃CH₂CH₂CH₃        CH₃CH(CH₃)CH₃

Hidrokarbon aromatik, seperti benzena dan toluena, juga memiliki bilangan oktana yang tinggi. Katalis platinum yang digunakan dalam proses yang disebut platforming menyebabkan siklisasi dan dehidrogenasi alkana menjadi sikloalkana dan menjadi hidrokarbon aromatik. Tentu saja banyak gas hidrogen yang terbentuk selama platforming. Jutaan galon hidrokarbon aromatik dihasilkan setiap hari dari proses seperti ini, tidak saja untuk menambah bensin tanpa-timbal untuk memperbaiki bilangan oktananya, tetapi juga untuk memasok bahan baku untuk berbagai produk berdasar minyak bumi.

 

Sumber:

Hart, Hart Crain. 2003. KIMIA ORGANIK Suatu Kuliah Singkat Edisi Kesebelas. Jakarta: Penerbit Erlangga.