Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
Aplikasi Magnet Permanen di Indonesia: Data Pasar dan Pengembangan Material Magnet Priyo Sardjono 1), Candra Kurniawan 1)*, Perdamean Sebayang 1), dan Muljadi 1) 1) Pusat Penelitian Fisika LIPI Kawasan PUSPIPTEK, Gd. 440, Tangerang Selatan – INDONESIA Telp. 021 7560570 Fax. 021 7560554 Email:
[email protected] Abstract – Magnet permanen adalah salah satu material dengan aplikasi yang luas pada berbagai macam industri di Indonesia dan merupakan material yang sangat strategis. Penguasaan teknologi produksi magnet permanen diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang signifikan, dengan mempertimbangkan belum adanya produsen magnet permanen lokal untuk kebutuhan magnet dalam negeri. Pemenuhan kebutuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung dari produk impor seperti dari Jepang dan China. Untuk mengatasi keadaan tersebut, maka konsorsium magnet sebagai sarana akselerasi riset nasional mengenai magnet permanen memiliki fokus penelitian pada proses produksi bahan magnet sampai tingkat industrialisasi beserta analisis teknoekonomi di Indonesia. Tulisan ini membahas beberapa fokus industri strategis yang menjadi target pasar produk magnet permanen produksi lokal yang sedang dikembangkan oleh konsorsium magnet. Hasil pengembangan bahan magnet telah dilakukan dalam tahap uji coba industri dan juga dikaji analisis kelayakan pasarnya. Berdasarkan data pasar magnet dan tingkat penerimaan produk, maka fokus pembuatan magnet dari konsorsium magnet difokuskan pada magnet untuk sensor aliran air (meter air), dan magnet kualitas tinggi untuk motor listrik. Hasil analisis pasar menunjukkan bahwa tingkat kebutuhan magnet untuk meteran air cukup tinggi, secara komulatif sampai 1 juta pcs/tahun. Disamping itu, pengembangan magnet permanen kualitas tinggi untuk motor listrik difokuskan untuk mendukung pengembangan mobil listrik Nasional. Hasil penelitian hingga saat ini telah diperoleh magnet permanen berbasis ferrit hasil uji coba industri di PT Sintertech dengan kapasitas produksi 1000 pcs/hari, dihasilkan kualitas magnet dengan remanensi 1,79 kG dan medan magnet permukaan sebesar 470 Gauss. Sedangkan pada magnet kualitas tinggi untuk motor listrik, dihasilkan dari magnet permanen berbasis logam tanah jarang Pr-Fe-B dalam bentuk bonded magnet dengan kualitas remanensi magnet 6,25 kG, dan medan magnet permukaan mencapai 1,2 kG. Target pada magnet kualitas tinggi berbasis Nd/PrFe-B dalam bentuk bonded magnet telah berhasil dilampaui dengan remanensi > 6 kG. Kata Kunci: magnet permanen, konsorsium magnet, kapasitas produksi, remanensi magnet.
1. PENDAHULUAN Magnet permanen adalah salah satu material dengan aplikasi yang luas pada berbagai macam industri di Indonesia dan merupakan material yang sangat strategis. Efisiensi energi seperti pada sistem generator listrik, sistem penggerak listrik/motor listrik, otomatisasi industri dan lainnya sangat ditentukan oleh sifat dan kualitas material magnet tersebut [1]. Bahkan pada aplikasi sistem otomatisasi elektronik, otomatisasi industri dan sejenisnya memerlukan sejumlah magnet yang tidak sedikit dan spesifikasi sifat magnet yang berbeda untuk setiap komponennya. Kebutuhan magnet permanen dunia terus meningkat seperti ditunjukkan pada Gambar 1 [2,3]. Sampai saat ini produk magnet khususnya magnet permanen yang ada di Indonesia 100% masih berbasis impor [4]. Penguasaan teknologi produksi magnet permanen diharapkan dapat memberikan nilai tambah yang signifikan, dengan mempertimbangkan belum adanya produsen magnet permanen lokal untuk kebutuhan magnet permanen dalam negeri. Pemenuhan kebutuhan komponen magnet permanen sampai saat ini masih sangat bergantung dari produk impor seperti dari Jepang dan China.
Gambar 1. Proyeksi konsumsi magnet dunia
Untuk mengatasi keadaan tersebut, maka konsorsium magnet sebagai sarana akselerasi riset nasional mengenai magnet permanen memiliki fokus penelitian pada proses produksi bahan magnet sampai tingkat industrialisasi. Salah satu kegiatan yang dilakukan adalah survei pasar untuk magnet permanen. Adanya survei pasar magnet permanen menjadi penting karena belum adanya data akurat mengenai kebutuhan magnet permanen di Indonesia, sehingga pasar magnet yang begitu besar harus segera dikenali. Salah satunya adalah melalui pendekatan
Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
pasar dan survei kebutuhan masing-masing industri tersebut. Tulisan ini membahas beberapa fokus industri strategis yang menjadi target pasar produk magnet permanen produksi lokal yang sedang dikembangkan oleh konsorsium magnet. Selain itu juga dibahas hasil uji coba industri dan pengembangan dari prototipe produk material magnet permanen yang telah dilakukan dan potensi aplikasi pasarnya. 2. METODOLOGI Survey Industri Untuk mendapatkan berbagai informasi mengenai penggunaan magnet permanen di Indonesia, telah dilakukan survey ke beberapa industri terkait. Diantaranya adalah PT. Multi Instrumentasi yang memproduksi alat ukur aliran air (meter air), PT. Pindad yang memproduksi motor listrik untuk pengembangan mobil listrik nasional, PT. ASMO dan PT MITSUBA yang memproduksi komponenkomponen otomotif, LAPAN dan LAGG-BPPT yang memproduksi Pembangkit Listrik Tenaga Angin, PT. Epson yang memproduksi printer, dll.
Gambar 3. Lini produksi magnet permanen
Pengembangan magnet kualitas tinggi berbasis logam tanah jarang (Nd/Pr-Fe-B) Selain dilakukan uji coba industri magnet permanen berbasis Ba/Sr-Heksaferit, dilakukan juga pengembangan magnet permanen kualitas tinggi berbasis logam tanah jarang (Nd/Pr-Fe-B). Dalam tahap ini, magnet permanen Nd/Pr-Fe-B dibuat tipe bonded dengan dicampur dengan polimer sebagai binder dalam komposisi tertentu. Proses pembuatan magnet permanen berbasis Nd/Pr-Fe-B diperlihatkan melalui diagram alir pada Gambar 4.
Ujicoba industri produksi magnet permanen Untuk mendapatkan hasil uji coba mengenai kelayakan produksi dan pembiayaan sistem produksinya, dilakukan ujicoba produksi masal tahap awal untuk pencapaian kapasitas suplai industri. Uji coba industri magnet permanen jenis Ba/Sr-Heksaferit dilakukan di PT Sintertech, Jababeka. Pada pengembangan kapasitas produksi awal ini dilakukan pembuatan magnet permanen yang diaplikasi untuk komponen alat meter air dari PT Multi Instrumentasi Bandung. Untuk mendapatkan ukuran magnet permanen yang dibutuhkan, maka dibuat desain ukuran magnet permanen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 4. Diagram alir pembuatan magnet permanen berbasis Nd/Pr-Fe-B
Karakterisasi magnet permanen yang dibuat adalah pengukuran sifat magnet menggunakan Permagraph C Dr. Streinroever GmbH untuk mendapatkan nilai remanensi magnetik, koersivitas, dan energi produk (BH-max) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Magnet untuk meteran air (PT Multi Instrumentasi)
Gambar 2. Desain magnet permanen untuk alat meter air.
Proses produksi magnet permanen di PT Sintertech diperlihatkan dalam bentuk diagram alir seperti pada Gambar 3.
Sistem meteran air yang digunakan disetiap rumah tangga di Indonesia menggunakan magnet permanen berbasis ferit untuk sistem sensor elektronikanya. Gambar 5 adalah contoh produk alat meter air dari PT Multi Instrumentasi dan magnet sebagai komponen sensornya. Alat Meter air model kincir menggunakan sensor magnet untuk mengukur debit air yang mengalir pada sistim meteran air. Magnet permanen impor untuk meter air diperlihatkan pada gambar 6.
Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
dan terus meningkat, mengingat PT EPSON Indonesia terus meningkatkan kapasitas produksi printernya.
Gambar 5. Meteran air PT Multi Instrumentasi, Bandung.
Gambar 6. Magnet impor untuk meter air
Magnet sensor untuk alat meter air memiliki diameter luar sekitar 8 mm dan tebal sekitar 4 mm. Magnet tersebut memiliki 2 pole berdampingan. Kuat magnetnya antara 600 sampai 950 Gauss. Kebutuhan magnet untuk meteran air PT Multi Instrumentasi, Bandung mencapai 24.000 buah per bulan. Saat ini komponen magnet tersebut diperoleh secara impor dengan harga yang cukup tinggi untuk per buahnya. Jika dihitung secara komulatif pada beberapa produsen alat meter air lainnya (5 Perusahaan), jumlah kebutuhan komponen magnet mencapai 1 juta buah / tahun. Selain PT Multi Instrumentasi, Bandung, diperkirakan ada sekitar 5-6 perusahaan yang bergerak dalam pembuatan alat meter air. Masing-masing produsen tersebut sampai saat ini masih menggunakan magnet permanen impor. Salah satu perusahaan yang menggunakan sensor meteran air yang terdapat di Jababeka menggunakan sensor meteran air sebanyak 200.000 buah/bulan. Fitur yang digunakannya memiliki pole magnet 4 buah dengan maksimum perbedaan pole utara dan selatannya sebesar 150 Gauss saja. Namun memiliki beberapa spesifikasi deviasi pole magnet tidak lebih dari 8 Gauss. Dari beberapa studi mengenai sensor untuk metaran air saja, kebutuhan magnet lokal sangatlah tinggi. Dimungkinkan kebutuhan untuk peratalan lainnya seperti untuk pembuatan motor listrik, mainan anak-anak, dan alat-alat lainnya memerlukan magnet dalam jumlah yang jauh lebih banyak. Kesediaan dari PT Multi Instrumentasi untuk menggunakan produk magnet permanen hasil dari konsorsium magnet dimulai dengan pembuatan surat dukungan bersama seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Magnet untuk printer (PT EPSON) Disamping permintaan untuk magnet jenis ferit, terdapat juga beberapa permintaan magnet berbasis logam tanah jarang (Nd/Pr-Fe-B). Salah satu permintaan yang disurvei adalah permintaan magnet dari PT EPSON. Untuk memenuhi kebutuhan stepper motornya PT EPSON memerlukan magnet jenis Nd dengan spesifikasi kuat magnet 6,5 kG. Kebutuhan untuk printer sendiri mencapai 600.000 pcs setahun,
Gambar 7. Surat dukungan untuk penggunaan magnet konsorsium magnet untuk alat meter air.
Magnet untuk otomotif (PT ASMO & PT MITSUBA) Otomotif Indonesia maju dengan sangat pesat dengan proyeksi konsumsi yang terus meningkat sampai tahun 2025. Toyota sebagai produsen utama otomotif di Indonesia bahkan akan melakukan investasi mecapai 26 trilyun selama 5 tahun kedepan. Kebutuhan magnet untuk otomotif saat ini dipenuhi dari produk magnet dari Jepang. Peluang pasar untuk komponen otomotif seperti pada motor listrik untuk power window dan wiper. PT ASMO membutuhkan magnet permanen dengan jumlah sekitar 20-25 ton/bulan. Disamping itu, sebagai competitor, PT MITSUBA membutuhkan magnet permanen sekitar 25-30 ton/bulan. Dengan asumsi harga per kilogram adalah US$10, maka nilai ekonomi mencapai US$500,000 per bulan. Jika target penjualan magnet bisa dipenuhi secara lokal, maka menjadi peluang untuk tumbuhnya industri magnet nasional. Magnet untuk Mobil Nasional (PT PINDAD) Program mobil nasional (MobNas) saat ini menjadi ikon pengembangan sistem inovasi Indonesia. PT PINDAD dalam hal ini bertugas untuk membuat motor listrik sebagai komponen utama penggerak. Untuk kebutuhan tersebut, PT PINDAD mengimpor magnet permanen berbasis logam tanah jarang secara keseluruhan dari China. Untuk pengembangan selanjutnya PT PINDAD mengharapkan agar konsorsium magnet dapat mensuplai magnet
Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
permanen berbasis logam tanah jarang tersebut, sehingga nilai keekonomiannya dapat terpenuhi. Magnet untuk generator listrik (LAPAN dan LAGG)
dengan dimensi untuk komponen sensor alat meter air di PT Multi Instrumentasi. Hasil analisa sifat magnet ditunjukkan pada Tabel 1.
Untuk generator listrik energi bayu/angin diperlukan magnet permanen berbasis logam tanah jarang. LAPAN dan LAGG – BPPT yang mengembangkan pembangkit listrik energi bayu tersebut mengimpor magnet permanen sepenuhnya untuk memenuhi kebutuhan produksinya. Diharapkan konsorsium magnet dapat memenuhi komponen tersebut, sehingga dapat memperoleh nilai ekonomi yang memadahi serta untuk mendukung penggunaan sumber daya lokal. Survey bahan baku magnet lokal Bahan baku merupakan permasalahan yang penting selain sistem produksinya. Teknologi yang handal dengan bahan baku yang mahal akan memperkecil daya saing produk untuk berkompetisi di pasar global. Pengadaan bahan baku idealnya diambil dari Sumber Daya Alam (SDA) lokal. Beberapa terobosan untuk melakukan pengadaan bahan baku telah dilakukan dalam beberapa tema penelitian magnet dalam 2-3 dekade ini. Dalam hal ini, pembuatan magnet berbasis ferrite membutuhkan bahan baku Ba/SrCO3 dan Fe2O3, sedangkan magnet berbasis NdFe-B membutuhkan bakan baku serbuk logam Nd, Fe, dan Boron. Bahan baku yang utama dan terbesar untuk pembuatan magnet adalah Fe2O3, SDA ini cukup banyak dan potensial dalam bentuk pasir besi, mineral hematite, dan limbah industri baja. Namun demikian, belum ada industri lokal yang mampu mengolah SDA tersebut untuk menjadi bahan baku industri yang sesuai dengan spesifikasi bahan baku magnet permanen. Untuk mengatasi masalah tersebut, beberapa kelompok kerja dan peneliti akan memulai bekerja untuk mengembangan pengolahan bahan baku (SDA) lokal tersebut. Oleh karena itu, pada kegiatan ini sementara digunakan bahan baku magnet yang tersedia di pasar. Semua ini telah dianalisis pada level bisnis sehingga dapat memungkinkan untuk diperolehnya profit ketika komersialisasinya. Uji coba produksi massal industri Ujicoba produksi massal industri dilakukan menggunakan alat produksi yang telah tersedia di PT Sintertech dengan sedikit modifikasi untuk menghasilkan magnet permanen dengan spesifikasi alat meter air. Kapasitas produksi yang dihasilkan mencapai 500-1000 pcs/hari. Magnet permanen yang dihasilkan merupakan magnet berjenis ferit dengan sistem proses isotropic pressing. Hal ini menunjukkan bahwa sistem produksi untuk magnet jenis isotropik tidak memiliki masalah yang berarti. Gambar 8 merupakan contoh magnet permanen yang telah dibuat. Magnet permanen tersebut didesain
Gambar 8. Hasil ujicoba pembuatan magnet permanen basis ferrite di PT Sintertech Tabel 1. Hasil analisa magnet yang dibuat di PT Sintertech
Karakteristik Magnet Br (kG)
Sample 1 1,79
Sample 2 1,75
HcJ (kOe)
1,128
1,092
BHmax (MGOe) Density (gcm-3)
0,42 4,82
0,32 4,85
Data pada Tabel 1 merupakan hasil analisis sifat magnet menggunakan permagraph C di P2ET – LIPI Bandung, yang merupakan sistem pengukuran menggunakan loop tertutup, sehingga nilai respon material yang diperoleh merupakan respon total dimana seluruh momen material dipaksa satu arah. Kondisi Nilai Br akan berbeda ketika diukur oleh Gauss Meter (loop terbuka). Sebagai tambahan referensi, nilai karakteristik Intrinsik bahan magnet komersil seperti diperlihatkan pada Tabel 3 [5]. Kualitas produk magnet yang dihasilkan maksimum bernilai 450-500 Gauss seperti ditunjukkan pada Tabel 2, sedangkan nilai minimal spesifikasi untuk alat meter air adalah 600 Gauss. Hal ini menunjukkan bahwa dengan peningkatan optimasi proses, diyakini dapat mencapai kuat magnet yang diminta. Terlebih lagi, apabila teknologi anisotropic pressing telah diaplikasikan, maka nilai kuat magnet minimum tersebut akan dapat tercapai.
Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
Tabel 2. Hasil uji kuat magnet hasil kegiatan konsorsium dan impor
Medan Magnet (Gauss) 1 2 3 4
No
Tipe Magnet
1
Sintered 1280 oC (PT Sintertech)
430
460
467
473
2
S600G (impor)
667
388
647
427
3
S950G (impor)
952
890
650
752
Tabel 3. Referensi karakteristik magnet komersial dengan jenis yang serupa [5]
Trade Material Mark YXC -1 YXC -1R
Br typ. kG
Br min. kG
HcJ Typ. kA/m
HcJ Min. kA/m
BaFe12O19
2,25
2,20
215
199
BaFe12O19
2,30
2,25
255
239
Yuxiang Magnetic Material Ind. Co.,Ltd. All Rights Reserved, http://www.emagnet.cn/productsh1.html
Perhitungan keekonomian untuk produksi magnet untuk sensor Berdasarkan survei langsung di lapangan dapat dibuat perhitungan kasar untuk mengetahui nilai produksi magnet permanen untuk komponen sensor (meter air): a. Bahan baku : ± $5/kg b. Biaya produksi $17.5/kg c. Hasil produksi 500 pcs/kg d. Harga jual rata-rata $0.075/pcs, total : $37.5 e. Selisih : $15/kg Apabila jumlah penjualan dapat ditingkatkan, difersifikasi produk padat dilakukan, maka biaya produksi dan bahan baku akan turun dan harga jual dapat lebih optimal. Pengembangan magnet permanen berbasis Nd/PrFe-B Pembuatan magnet permanen berbasis logam tanah jarang (Nd/Pr-Fe-B) dilakukan dengan serbuk ready-mix dengan jenis MQP-16-7 yang memiliki fasa utama Pr2Fe14B. Hasil pembuatan magnet bonded PrFe-B ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Sampel magnet bonded Pr-Fe-B dengan pelapisan Nikel.
Magnet permanen bonded Pr-Fe-B tersebut rentan terhadap oksidasi yang dapat menurunkan
kualitas fisis dan magnetnya. Oleh karena itu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9 dilakukan treatment pelapisan Ni pada seluruh permukaan magnet untuk mencegah terjadinya korosi. Karakterisasi magnet bonded Pr-Fe-B menggunakan Permagraph C ditunjukkan pada Gambar 10. Berdasarkan kurva hiteresis tersebut ditunjukkan nilai remanensi magnet (Br) sebesar 6,25 kG, dengan koersivitas 5,99 kOe, dan energi produk (BHmax) sebesar 6,62 MGOe. Pengukuran medan magnet permukaan menggunakan Gaussmeter menunjukkan nilai kuat medan magnet sebesar 1,2 kG. Dengan demikian, proses pembuatan magnet bonded Pr-Fe-B secara isotropik telah berhasil memenuhi target remanensi > 6 kG dan kuat medan magnet permukaan > 1 kG. Pencapaian ini lebih besar dari penelitian sebelumnya dengan remanensi magnet sebesar 5,29 kG [6]. Untuk tahap selanjutnya akan dilakukan pengembangan magnet berbasis logam tanah jarang lainnya Nd-Fe-B dalam bentuk sintered magnet. Proses sintered yang dilakukan pada suhu tinggi untuk densifikasi sampel tanpa menggunakan binder akan meningkatkan sifat magnet dengan target nilai remanensi (Br) sebesar > 7,5 kG.
Gambar 10. Kurva Hysteresis magnet Pr-Fe-B dengan Br = 6,25 kG dan Hc = 5,99 kOe.
4. KESIMPULAN Berdasarkan survei industri yang dilakukan, diketahui bahwa kebutuhan magnet di Indonesia cukup besar. Kebutuhan yang terbesar yang diketahui sampai saat ini adalah kebutuhan untuk otomotif, Sedangkan kebutuhan untuk sensor relatif kecil. Namun demikian, teknologi yang dimiliki dan kesiapan yang ada menunjukkan kemungkinan untuk pemenuhannya magnet untuk sensor. Tahap pengembangan selanjutnya diharapkan dapat untuk memenuhi spesifikasi magnet untuk otomotif. Hasil ujicoba produksi massal industri yang dilakukan di PT Sintertech dengan kapasitas produksi yang dihasilkan mencapai 500-1000 pcs/hari telah menghasilkan magnet permanen berbasis ferit dengan remanensi magnet sebesar 1,79 dan kuat medan magnet permukaan 450-500 Gauss. Nilai ini telah mencapai > 80 % dari spesifikasi yang dibutuhkan. Karakterisasi
Seminar Nasional Ilmu Pengetahuan Teknik, 28 – 29 November 2012
magnet berbasis logam tanah jarang (bonded Pr-Fe-B) menunjukkan nilai remanensi magnet (Br) sebesar 6,25 kG, dengan nilai kuat medan magnet permukaan sebesar 1,2 kG. Dengan demikian, proses pembuatan magnet bonded Pr-Fe-B secara isotropik telah berhasil memenuhi target remanensi > 6 kG dan kuat medan magnet permukaan > 1 kG. DAFTAR REFERENSI [1] Mohammad S. Widyan, Rolf E. Hanitsch, “Highpower density radial-flux permanent-magnet sinusoidal three-phase three-slot four-pole electrical generator”, Electrical Power and Energy Systems 43, 2012, pp. 1221–1227. [2]“Magnetic Industry: Current Trends”, (http://www.themagnetguide.com/magneticindustry.html#current-trends - diakses Juni 2012). [3] Benecki, Walter T., “Producer’s and Buyer’s Perspective: The Permanent Magnet Outlook”, Proceeding of Magnetics 2008 Conference, 2008. [4] Purwanto, Setyo,”Membangun Industri Komponen Bahan Magnet Berbasis Sumber Daya Alam Lokal Melalui Sentuhan Nanoteknologi”,Jurnal Riset Industri, Vol 2, No. 2, 2008, 107 – 113. [5]“Dry Pressing Strontium Ferrite Magnetic Materials”,(http://www.magnets.com.cn/Magneticpowder/dry-pressing-strontium-ferrite-magneticmaterials.html - diakses November 2012). [6] Kurniawan, Candra, Hayati M. A. Sholiha, dan P. Sebayang, “Pelapisan Ni Pada Magnet Bonded Nd-Fe-B dengan Metode Elektroplating”, Prosiding Seminar Nasional Fisika LIPI 2012, 2012, in-press.
