Biodiesel untuk Industri: Penanganan dan Penyimpanan Soni S. Wirawan BRDST – BPPT
BPPT GedI, Lt. 6 , Jl. MH Thamrin 8 , Jakarta 10340 Tel::021-3915536/37 Fax:: 021-3915535 Email:
[email protected]
Sosialisasi Biodiesel Pertamina Semarang, 4 Desember 2008
1
Outline I. II.
Pendahuluan Apa Itu Biodiesel • Chemistry dari FAME dan bahan baku minyak nabati • Standar Biodiesel
I.
Biodiesel untuk Industri • • • •
Apa yang diinginkan oleh Industri Performance Biodiesel Blending yang tepat Penyimpanan • Stability • Solvency
• Pembentukan microba
I.
Penutup
I. PENDAHULUAN
3
PRODUK BAHAN BAKAR NABATI
BIOFUEL
Bioethanol
Bio-oil/Pure Plantation Oil (Minyak Nabati Murni)
Biodiesel
Substitusi bensin
Substitusi kerosin
Substitusi Fuel Oil
Substitusi Solar
4
Latar Belakang Permen 32/2008 yang mewajibkan industri menggunakan
biofuel memberikan implikasi penggunaan biodiesel secara luas di Industri Pada tahun 2008, kapasitas terpasang biodiesel plant telah mencapai 2.1 Juta ton per tahun. Issue mengenai kualitas biodiesel dan bagaimana penanganan dan pencampurannya dengan diesel fuel menjadi perhatian utama pemerintah dan industri biofuel Menjaga tingkat kepercayaan dan keyakinan dari sisi konsumen, ATPM, Produsen Biofuel kepada program biodiesel.
5
PENTAHAPAN KEWAJIBAN MINIMAL PEMANFAATAN BIODIESEL Jenis Sektor
Rumah Tangga Transportasi PSO Transportasi Non PSO Industri Komersial Pembangkit Listrik
Oktober 2008 s.d Desember 2008
Januari 2009
Januari 2010
Januari 2015**
Januari 2020**
-
-
-
-
-
Keterangan Januari 2025** -
1% (existing)
1%
2,5 %
5%
10 %
20 %
-
1%
3%
7%
10 %
20 %
dan 2,5 % 0,1 %
2,5 % 0,25 %
5% 1%
10 % 10 %
15 % 15 %
Saat ini tidak ditentukan * Terhadap kebutuhan total
20 %
* Terhadap kebutuhan total
20 %
* Terhadap kebutuhan total
** Spesifikasi disesuaikan dengan spesifikasi global dan kepentingan domestik
6
Penggunaan BBM Sektor Industri 2008 (Segmentasi dan Harga Referensi) % (Volume) Pembangkit Listrik (diesel generator) Pembakar/burner Transportasi Total Solar Industri Solar Subsidi
80 15 5 100 Rp/Liter 9.000 5.500 – 5.800
7
Kekhawatiran Pasar •
Apakah performance biodiesel sama dengan solar?
•
Bagaimana kualitas Biodiesel?
•
Bagaimana harganya?
•
Apakah perlu penyesuaian di mesin?
•
Lebih Irit nggak?
•
Emisi nya baik apa tidak?
•
Apakah OEM menjamin penggunaan biodiesel?
•
Bagaimana Cara Penangananya? Adhesive material (Carbonic Acid Salt)
Ford presentation in World Fuels Conference, Sydney @Oc
8
IMPLIKASINYA
Menjaga Kepercayaan Pasar terhadap program biodiesel adalah suatu keharusan dan merupakan tanggung jawab seluruh stake holders
9
II. Apa Itu Biodiesel • Chemistry dari FAME dan bahan baku minyak nabati • Standar Biodiesel
10
Chemistry dari FAME (Biodiesel) Senyawa Fatty Acid Methyl Esters (FAME) dari minyak-minyak nabati/hewani yang memenuhi Standar SNI 04-7182-2006 atau standar lain yang setara dan dokumen resmi penggantinya Trans-esterifikasi
Hamilton, 2004
R: Organic Rest 11
Komposisi Asam Lemak dari Beberapa Minyak Nabati (%-w) (Soerawijaya 2006) Fatty acid
Coconut Palm kernel
Palm
Pongam
Jatropha curcas
Kapok
Canola
Soy bean
Caproic
0–1
Caprylic C8:0
5 – 10
3–6
Capric C10:0
5 – 10
3–5
Lauric C12:0
43 – 53
40 – 52
trace
Miristic C14:0
15 – 21
14 – 18
0–2
0–2
0 – 0,5
0 – 0,25
trace
trace
Palmitic (C16:0)
7 – 11
6 – 10
30 – 48
3–8
12 – 17
20 – 24
3–6
7 – 12
Stearic (C18:0)
2–4
1–4
3–6
2–9
5–7
2–5
1 – 2,5
2–6
0–1
2–5
0 – 0,3
0–1
0–3
trace
trace
Arachidic C20:0
trace
Behenic C22:0 Oleic (C18:1)
trace
0 – 0,3 trace
6–8
9 – 16
4–5 38 – 44
Gadoleic
44 – 72
0 – 0,5 37 – 63 21 – 22
0 – 12
Linolenic C18:3
52 – 66 20 – 30 1,5 – 5
Malva-/sterculic Linoleic (C18:2)
0–1
0–1
10 – 15 1–3
1–3
I.V. ≡ Iodine Value; S.V. ≡ Saponification Value
9 – 12
9 – 18 0–5
19 – 40
33 – 58 0 – 0,5
17 – 25 48 – 58 8 – 11
6 – 11 12
Komposisi Bahan Baku dan Sifat Biodieselnya
Saturated
Mono Unsaturated
Poly Unsaturated
Asam Lemak (rantai 12:0, 14:0, 16:0, 18:0, 20:0, 22:0 C)
16:1, 18:1, 20:1, 22:1
18:2, 18:3
Angka Setan
Tinggi
Sedang
Rendah
Titik Awan (cloud point)
Tinggi
Sedang
Rendah
Stability
Tinggi
Sedang
Rendah
Emisi Nox
Berkurang
Meningkat sedikit
Meningkat banyak 13
Parameter dan batasan nilai dalam Standar Tentatif Biodiesel Ester Metil Indonesia (dibandingkan dengan Standar Negara-Negara lain) Parameter dan Satuannya
Eropa EN 14214
Amerika Serikat ASTM D6751
Massa jenis pada 15 oC, mg/ml
0,860 – 0,900
-
Massa jenis pada 40 oC, mg/ml
-
-
3,50 – 5,00
1,9 – 6,0
2,3 – 6,0
x
Angka setana
min. 51
min. 47
min. 51
x
Titik kilat (mangkok tertutup), oC
min. 120
min. 130
min. 100
x
Cold Filter Plugging Point (CFPP),oC
†
-
-
x
Titik awan/mendung, oC
-
dilaporkan
maks. 18
x
Kelas 1
maks. no. 3
maks. no 3
Viskositas kinematik pd 40 oC, mm2/s (cSt)
Korosi strip tembaga (3 jam pada 50oC)
Indonesia Inherent SNI 04-7182- pada bahan 2006 baku 0,850 – 0,890
Terkait proses produksi
x x
x
Residu karbon (%-b), - dalam contoh asli maks. 0,05 maks 0,05 † bervariasi bergantung daerah/negara & iklim, yang paling ringan : maks. 5 oC, yang paling berat : maks. – 44 oC. - dalam 10 % ampas distilasi maks. 0,3 (maks. 0,3)
x
Air dan sedimen, %-vol.
x
‡ belum (tetapi akan) ditetapkan.
-
maks. 0,05
maks. 0,05
14
Parameter dan batasan nilai (lanjutan - 1) Parameter dan Satuannya
Eropa EN 14214
Air, ppm-b (mg/kg)
A.S.
Indonesia
ASTM D6751 SNI 04-71822006
Inherent Thd bahan baku
Terkait proses produksi
maks. 0,05
-
-
X
maks. 24
-
-
X
-
maks. 360
maks. 360
x
maks. 0,02
maks. 0,02
maks.0,02
X
Belerang, ppm-b (mg/kg)
maks. 10
maks. 500
maks. 80
X
Fosfor, ppm-b (mg/kg)
maks. 10
maks. 10
maks. 10
x
Angka asam, mg-KOH/g
maks. 0,5
maks. 0,8
maks.0,8
X
Gliserol bebas, %-b
maks. 0,02
maks. 0,02
maks. 0,02
X
Gliserin total, %-b
maks. 0,25
maks. 0,24
maks. 0,25
X
min. 96,5
-
min. 96,5
X
maks. 120
-
maks. 115
Kontaminasi total, ppm-b (mg/kg) Temperatur distilasi 90 %, oC Abu tersulfatkan, %-b
Kadar ester alkil, %-b *) Akan menjadi maks. 10 ppm pada tahun 2006.
Angka iodium, %-b (g-I2/100 g)
X
15
Parameter dan batasan nilai (lanjutan - 2) Parameter dan Satuannya
Eropa
A.S.
Indonesia
EN 14214
ASTM D6751
SNI 04-71822006
Kadar metanol bebas, %-b
maks. 0,20
-
-
x
Kadar (Na + K), ppm-b (mg/kg)
maks. 5,0
-
-
X
Kadar (Ca + Mg)
maks.5,0
-
-
X
maks. 0,80
-
-
X
Kadar monogliserida, %-b •
Inherent Thd bahan baku
Terkait proses produksi
Standar provisional biodiesel di Eropa prEN 14214:2002(E), merupakan standar yang paling lengkap dan mencerminkan
Kadar digliserida, %-b maks. 0,20 x tingkat kemajuan industri biodiesel di bagian dunia tersebut; prEN 14214:2002(E) mencakup hampir semua parameter yang ditetapkan dalam standar biodiesel Amerika Serikat ASTM D6751-02a dan batasan nilai-nilainya tiap parameternya pun kebanyakan sangat mirip. Standar biodiesel Australia dengan merujuk-kepada standar eropa dan A.S. Kadar trigliserida, %-b maks.dikembangkan 0,20 X
•
prEN 14214:2002(E) mempertelakan mutu biodiesel ester metil yang terutama akan digunakan secara murni (neat, 100 % atau B100) atau ditambahkan pada solar dengan kadar 5 %-vol (B5) atau lebih rendah.
•
ASTM D6751-02a mempertelakan mutu biodiesel ester metil B100 yang terutama akan digunakan sebagai komponen pencampur solar. Bagian terbesar biodiesel di Amerika Serikat digunakan sebagai campuran berkadar 20 %-vol biodiesel dan 80 %-vol solar (B20).
•
Di masa depan jangka pendek sampai menengah, penggunaan biodiesel di Indonesia diperkirakan lebih cenderung ke bentuk campuran dengan solar pada kadar 5 s/d 30 %-vol (B5, B10, B20, B30). Karena ini,dengan beberapa kekecualian, rincian parameter-parameter standar biodiesel yang diusulkan untuk Indonesia lebih condong ke arah standar Amerika Serikat.
Sumber : Forum Biodiesel Indonesia
16
III. Biodiesel untuk Industri • Apa yang diinginkan oleh Industri? • Performance Biodiesel • Blending •Blending yang tepat •Metode Pencampuran
• Penyimpanan •Stability •Solvency
• Pembentukan microba 17
Apa Yang diinginkan oleh Industri? [Kadin ] 1. 1. 2. 3. 4. 1. 1.
Kualitas yang sesuai atau lebih baik dari standar teknis Solar Harga Jual yang sama atau lebih kompetitif dari pada Solar dalam jangka pendek, menengah dan panjang Kesinambungan pasokan, program peningkatan pasokan dan konversi yang terencana dan terukur Kemudahan mendapatkan pasokan Keterbukaan Informasi dan Mekanisme harga yang transparan dengan memasukkan faktor dominan unsur Biodiesel (harga minyak mentah, BBM, dan CPO) Penggunaan Biodiesel tidak membuat perubahan radikal terhadap pekerjaan teknis yang selama ini dilakukan Pemanfaatan program Carbon Credit bagi industri terkait. 18
Performance Biodiesel Bahan Bakar ramah lingkungan
Tinggal tuang…
Membersihkan kotoran (deposit) pada intake valve, port fuel injector dan ruang bakar (combustion chamber). Pembakaran lebih sempurna/bersih. Bahan bakar yang dapat diperbaharui. Tidak perlu modifikasi mesin/alat untuk blending sampai 20% BIO.
Ramah lingkungan… ..
Memperpanjang umur mesin.
Emisi
B20
B100
Karbon monoksida (CO)
- 12 %
- 47 %
Hidrokarbon (HC)
- 20 %
- 67 %
Partikulat (SPM)
- 12 %
- 48 %
19
Performance Biodiesel
Efek solvency SG biodiesel lebih tinggi dari pada solar Walaupun calorific Value nya 510% lebih rendah dari pada Solar, Fuel Economy campuran B5 hanya turun 3%
55
450
50
400
45
350
40
300
35
250
30
200
25
150
20 500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Engine Speed (rpm) TE Solar 20rb km
TE B30 20rb km
SFC Solar 20rb km
SFC B30 20rb km
Torsi dan daya mesin pada jarak 20.000 km 60
15.0 14.0
55
13.0
50
12.0 45
Daya (kW)
Biodiesel: 37 MJ/Kg x 0.89 Kg/Liter = 32.93 MJ/Liter
100 4500
11.0 40
10.0
35
9.0 8.0
30
7.0
Torsi (kg.m)
Efek High Cetane Number
Thermal Efficiency, TE (%)
Engine Performance
Spec. Fuel Consump., SFC (gr/kW.hr)
Konsumsi bahan bakar dan efisiensi termal jarak 20.000 km
25
Solar: 42.7 MJ/Kg x 0.84 Kg/Liter = 35.8 MJ/Liter
6.0 20 5.0 15
4.0
10
500
3.0
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Kecepatan Mesin (rpm) Daya Solar 20rb km
Daya B30 20rb km
Torsi Solar 20rb km
Torsi B30 20rb km)
20
ROAD TEST 20.000 KM Rating dan Metrologi Komponen Pengukuran metode rating komponen : penilaian dengan skala 0 (mempresentasikan komponen yang mengalami kerusakan total) sampai dengan 10 (mempresentasikan komponen masih baru)
Kondisi badan piston dan bagian atas piston setelah menempuh jarak 20.000 km, noda hitam adalah jelaga kering. Hasil rating : skala 8 - 9
21
ENGINE OIL PROPERTIES Properties Viskositas, 100C, cSt Oxidation, Abs/cm Fuel diluent, % Water content, % Vol n-Heptane insoluble TBN, mg KOH/gr
Oli baru Km 10.000 Km 20.000 10,23 10,11
9,40 2 <1 <0,1 0,04 9,56
8,72 0 7 <0,1 0,04 8,68
Batas +/- 20% Max 0,2 Min 2
22
ROAD TEST 20.000 KM Hasil Uji Emisi Regulasi Emisi (g/km)
Setelah Rekondisi (>20.000 km) Solar*
B30*
THC (g/km)
0,142
0,061
CO (g/km)
1,936
1,284
CO2 (g/km)
183,870
176,602
NOx (g/km)
1,328
1,250
Hasil Uji Emisi Non Regulasi Regulasi Nasional (Euro II)
1,0 g/km
NOx + THC (g/km)
1,470
1,311
0,9 g/km
Partikulat (g/km)
0,295
0,242
0,1 g/km
Opasitas** (%)
20,50
16,60
Parameter
Jarak 0 km
Jarak 20.000 km
Solar
B30
∆ %* Solar B30
Benzene (µg/gram)
113
99
-12
186
168
-10
Toluene (µg/gram)
83
56
-33
274
260
-5
Xylene (µg/gram)
31
19
-39
113
96
-15
Ethyl Benzene (µg/gram)
22
13
-41
86
73
-15
∆ %*
*tanda negatif pada ∆ % menunjukkan penurunan emisi *mobil uji yang digunakan merupakan engine standar Euro 0 23
List Engine Manufacture Position on Biodiesel Source: ww.environment.gov.au/atmosphere/fuelqualit y/publications/pubs/biodiesel-paper.pdf -
24
NBB OEM Statement
25
NBB OEM Statement
26
Blending • Blending: Campuran Biodiesel Murni dengan Solar • Biosolar: Nama dagang Pertamina untuk campuran Biodiesel-solar • (saat ini komposisi campuran -B5: Biodiesel 5% - Solar 95%)
Blending yang tepat • adalah kesepakatan antara kesesuaian bahan (material compatibility), engine manufacture acceptance, biaya ekstra yang ditanggung pengguna, karakteristik emisi dan daya kelarutan. • Rekomendasi Wide World Fuel Chapter: 5% biodiesel blending tidak memerlukan perubahan terhadap engine • Amerika Serikat telah mengimplementasikan 20% blending • Indonesia yang berada di daerah tropis tidak memiliki permasalahan serius dengan Cold Flow Filter Properties dan Cold Start di mesin. 27
Penyimpanan •
•
Stability • Oxidasi berpotensi terjadi pada penyimpanan dan transportasi B100 • Oksidasi pada B5 lebih berpotensi terjadi dari pada BBM murni • Data untuk storage stability mengenai hal ini sangat terbatas dan hanya dilakukan secara parsial di beberapa negara saja • Thermal Stability: Relatif tidak ada masalah Solvency • FAME sebenarnya adalah merupakan mild solvent • Sudah lama menjadi Senyawa organik low volatile untuk bahan pembersih • Mampu melarutkan sludge yang sering timbul di tanki timbun BBM • Mampu melarutkan kerak-kerak di tank, line dan cat 28
Oxidation Stability • Telah diajukan dalam Standar Eropa dengan Testing Rancimat EN1142, 6 jam minimum Induction Period •
FAME lebih sensitif terhadap degradasi oksidatif dari pada minyak diesel
•
Terjadi pembentukan insoluble sediments and gums
•
Dikaitkan dengan pembentukan fuel filter plugging
•
Membuat deposit di sistem injeksi dan ruang bakar
•
Peningkatan viskositas
•
Peningkatan Bilangan Asam dan menjadikan korosi pada sistem injeksi
29
Rancimat test
•
Rancimat test = accelerated oxidation test pada elevated temperature under exposure of air.
•
faster autoxidation in a few hours instead of weeks/months.
•
Maximum induction terjadi saat inflection curve. 30
Rancimat Results
31
Tips Penyimpanan Biodiesel • General • Material Aluminium, Carbon Steel, Stainless Steel, teflon, dan fiberglass • Jangan menggunakan bahan reaktif material Brass, bronxe, copper, lead, tin dan zinc baik untuk material tanki maupun line pipa, gasket yang dilewatinya • Upayakan dihindari potensi kontaminasi air • Direct sunlight (terutama bahan yang transparan) sebaiknya dihindari • NBB rekomendasikan penyimpanan selama 6 bulan 32
Tips Penyimpanan Biodiesel •
B100 • • • • • • •
•
Eropa merekomendasikan pembersihan/pengurasan tiap lima tahun. Namun sebaiknya setiap 2 tahun guna memastikan kualitas biodiesel Sebaiknya disimpan pada temperatur 6oC lebih tinggi dari pada nilai titik awan nya (sekitar 24oC) Tank timbun harus dibersihkan terlebih dulu untuk menghilangkan sedimen dan deposit yang biasanya terbentuk di bagian bawah tanki. Filter sebaiknya sering dicheck untuk mengatasi clogging Bersihkan tetesan biodiesel yang mengenai permukaan cat. Check angka asam, viskositas dan water content secara teratur. Bila perlu dilakukan nitrogen blanketing untuk menghindari Oksidasi karena udara.
B5 • •
Karena B5 adalah campuran 5% Biodiesel 95% Solar maka sifatnya hampir sama dengan 100% solar, sehingga penanganan jauh lebih relax dari pada B100. Kajian untuk untuk Indonesia memang belum ada, namun hypothesis awal menunjukkan praktek-praktek yang selama ini digunakan untuk petrodiesel aplicable untuk B5. • Stability FAME palm jauh lebih baik dari pada FAME Rapeseed dan Soy • Temperatur rata-rata Indonesia di atas 25oC • B5 mempunyai efek solvency jauh dibawah B100
33
Pembentukan Mikroba • Biodiesel sering punya masalah yang berkaitan dengan air karena air adalah lingkungan yang cocok bagi pertumbuhan mikroba
34
Rekomendasi Penanganan Mikroba • Desiccant filters pada breathing vents akan mengurangi kondensasi dalam tank • Sump drains disarankan untuk dipasang • Surfactants, alcohols, particulates dan a additives adalah penyebab entrained water problems. • Gunakan bahan Biocides yang selama ini digunakan untuk BBM (Diesel Fuel) bila ditengarai biological growth dalam campuran B5 menjadi masalah. • Bila kontaminasi biologis menjadi masalah water and sediment contamination harus dikontrol. Pendekatan terbaik adalah menjaga BBM terebut bersih dan kering
35
IV. PENUTUP • Biodiesel memiliki berbagai keuntungan: renewable, engine performance yang lebih baik dan ramah lingkungan. • Namun juga memiliki kekurangan karena sumbernya adalah minyak nabati: Fuel Economy sedikit lebih rendah, potensi oksidasi dan instability yang lebih cepat dari pada solar. • Ditengah kenaikan potensi penggunaan Biodiesel karena PP32/2008: Mandatory biofuel, memberikan implikasi agar penanganan kualitas Bahan bakar nabati khususnya Biodiesel menjadi agenda yang penting guna menjaga kepercayaan pasar • Untuk itu Good house keeping practices dalam hal penanganan dan penyimpanan Biodiesel baik sebagai B100 maupun Blending patut dilaksanakan bagi seluruh pihak yang terlibat dalam hal produksi, penyimpanan, distribusi dan retail bahan bakar nabati tersebut. 36
