KE DAFTAR ISI ISSN 0216 - 3128
84
M. Munawir. dkk.
PENAMBAHAN BIOADITIF UNTUK PENINGKATAN KUALITAS BBM BLENDING PETRODIESEL DAN BIODIESEL M. Munawir Z. dan Sanda Pusat Rekayasa Perangkat Nuk/ir - BATAN
ABSTRAK PENAMBAHAN BIOADITIF UNTUK PENINGKATAN KUALITAS BBM BLENDING PETRODIESEL DAN BIODIESEL Blending petrodiesel dengan penambahan biodiesel untuk keperluan penghematan pemakaian BBM petrodiesel telah dibuat. Namun penambahan biodiesel tersebut akan menurunkan beberapa sifat baik dari bahan petrodlesel, seperti kalori, titik nyala (flash point) dan viscositas, sebaliknya penambahan biodieseljuga akan dapat memperbaiki sifat negatif dari petrodiesel, seperti laju korosi, emisi dan angka cethane. Dalam rangka peningkatan kualitas blending petrodiesel telah ditambahkan bahan bioaditif berbasis senyawa nitrat pada kondisi optimal blending petrodiesel Bi030 dan Bi050. Hasilnya penambahan bioaditif pada Bi030 dan Bi050 dapat menaikkan kalori masing-masing sebesar 1,44% dan 2,45%, flash point sebesar /,6/% dan 9,/6% dan viscositas -0,006% dan 3,48%. Penelitian juga dilakukan pada besaran kerapatan spesifik, laju korosi dan titik tuang dari BBM blending. Kata kunci : bioaditi/. blending, pelrodiesel, biodiesel.
ABSTRACT THE ADDITION OF BIOADITIVE TO IMPROVE THE FUEL BLENDING QUALITY OF BIODIESEL AND PETRODIESEL. Blending of petrodiesel with biodiesel 10 increase efficiency of petrodiesel fuel has been made. The addition of biodiesel decreases some good properties of petrodiesel,such as calory, flash point and viscosity, however it also reduces negative properties of petrodiesel oil, for example, corrosion, emission and celhane number. In order to improve quality of biodiesel blending, bioadditive base on nitrate compound has been added at optimal condition blending of petrodiesel bi030 and bi050. The results, bioadditive addition increase the calory about 1,44% and 2,45%, flash point about /,6/% and 9,/6% and viscosity about -0,006% and 3,48% respectively. The investigation also carried outfor specific gravity, carrossian and paur paint afblendingfuel parameters. Key wordf : biaadditive. blending, petrodiesel, biadiesel.
PENDAHULUAN Solar HSD satupemakaiannya, bahan bakar mesinatau diesel yangadalah palingsalah banyak khususnya untuk kegiatan transportasi darat maupun laut. Bahan bakar ini di Indonesia masih harus diimpor dengan harga relative tinggi, akibatnya akan dapat memberatkan bagi masyarakat khususnya industri. Indonesia sebagai negara berkembang menggunakan bahan bakar solar sekitar 2 juta kilo literlbulan dan akan bertambah terus sejalan dengan pertumbuhan pen dud uk dan kegiatan ekonomi, sementara harga BBM solar cenderung naik, sejalan dengan kenaikan harga B8M dunia. Pada saat ini diperkirakan kenaikan harga BBM tidak lagi naik linier, tapi telah mengarah pada hiperbola yang disebabkan oleh banyak factor yang mendukungnya.
Perubahan harga BBM solar ini akan lebih mudah diantisipasi, dengan dilakukan langkahlangkah positif khususnya dalam pemakaiannya, salah satunya melalui kegiatan blending dengan BBM lain yang sejenis, dari unsur nabati yang dapat diperbaharui dan direkayasa, seperti BBM biodiesel. Pad a saat ini, dunia mulai melirik dan berusaha meningkatkan jumlah produksi biodiesel dari berbagai jenis tanaman, seperti kelapa dan kelapa sawit (palm biodiesel), bijih jarak (yatopra biodiesel), kedelai, kacang-kacangan dan lain sebagainya. Namun problem pemakaian biodiesel bahan tumbuhan umumnya tidak bisa langsung digunakan pada mesin, karena beberapa sifat biodiesel, seperti kekentalan terlampau kental, titik nyala terlampau tinggi, kalori rendah. Walaupun 88M ini juga memiliki beberapa sifat yang baik
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
M. Munawir, dkk.
ISSN 0216 - 3128
diantaranya angka cethane yang tinggi dan emlsl gas buang hasil pembakaran CO, S02 dan NOx relatif rendah. Dalam upaya penelitian penghematan BBM solar telah dilakukan penelitian blending BBM biodiesel dengan BBM solar untuk mengetahui dampak penambahan bahan bakar tersebut, pada BBM solar serta penambahan bioaditif pada konsentrasi optimal untuk memperbaiki kualitas yang menurunkan akibat kegiatan blending BBM. Penelitian ini penting selain mendapatkan fenomena karakater pembakaran bahan bakar juga diperoleh bahan bakar baru berupa blending solar yang kualitasnya lebih baik dari kondisi sebelumnya.
85
Pencampuran (blending) biodiesel kedalan petrodiesel diharapkan dapat menutup kekurangan dari BBM petrodiesel, sedangkan penurunan kualitas bahan bakar petrodiesel akibat penambahan biodiesel dapat dieliminasi dengan penyempurnaan pembakaran melalui interaksi internal bahan tambahan dengan bahan bakar pada saat proses pembakaran. Untuk tujuan ini dapat ditambahkan suatu senyawa yang kaya oksigen. Dalam hal ini telah dipilih senyawa nitrat yang dibawa oleh senyawa organik dan diamati hanya pada kondisi optimal. Kondisi optimal ini dipilih melalui percobaan lain sebelumnya, yakni pencarian posisi pemakaian BBM paling hemat atau SFC (Specific Fuel Consumption) terendah. Dengan proses ini akan diperoleh BBM baru yang memiliki keunggulan dibanding BBM petrodiesel maupun biodiesel.
LANDASANPERCOBAAN Biodiesel dan Petrodiesel keduanya adalah bahan bakar dari mesin diesel, yakni sebuah mesin yang ditemukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1890-an yang pembakarannya memerlukan pasokan udara lebih banyak dibanding mesin berbahan bakar bensin. Pasokan udara yang lebih banyak ini akan menghasilkan tekanan lebih besar untuk menimbulkan pembakaran pada bahan bakar. Kedua bahan bakar ini memiliki sifat fisis kontradiktif, diantaranya sifat kekentalan, angka cethane, kalori, emisi gas buang (CO, S02 dan NOx) dan titik nyala, sehingga bila dicampur (blending) akan menghasilkan sifat kedua campuran tersebut. Pada biodiesel memiliki kekentalan kinematik, angka cethane dan titik nyala tinggi, sedangkan pad a petrodiesel sebaliknya. Kekentalan kinematik dan titik nyala tinggi, mengakibatkan bahan bakar sulit untuk diinjeksikan dan dinyalakan, padahal kedua proses ini sangat penting untuk pembakaran mesin diesel, maka biodiesel agak suI it digunakan pad a mesin diesel biasa, khususnya pada saat start. Namun dengan angka cethane tinggi akan membantu proses pembakaran berkaitan dengan waktu tunda penyalaan (ignition delay), sehingga bahan bakar menjadi lebih hemat. Selain itu biodiesel memiliki sifat emisi gas buang CO, S02, NOx dan kalori rendah. Kalori rendah ini salah satu kelemahan biodiesel, selain titik nyala dan kekentalan tinggi, sedangkan angka cethane tinggi dan emisi rendah merupakan keunggulan dari bahan bakar biodiesel. Sebaliknya titik nyala dan kekentalan rendah serta kalori tinggi merupakan keunggulan petrodiesel, berkaitan dengan proses pembakaran bahan bakar mesin diesel, sedangkan emisi yang tinggi dan angka cethane rendah merupakan kekurangan dari bahan bakar petrodiesel.
PELAKSANAANPERCOBAAN Dalam percobaan ini dipilih solar yang ada di pasaran yang diambil dari sebuah SPBU yang berada di lokasi penelitian, sedangkan biodiesel digunakan dari jenis Palm Biodiesel hasil esterifikasi minyak kelapa sawit yang dilakukan oleh LTMP - BPPT. Selanjutnya bahan tersebut dikarakterisasi sesuai dengan standard 88M solar untuk mendapatkan informasi besaran yang dimiliki, seperti : I. viskositas kinematik, 2. gravitasi spesifik, 3. titik nyala, 4. titik tuang, 5. Kalori dan 6. serangan korosi pada metal. Pengamatan dilakukan pada bahan bakar minyak solar, biodiesel. Blending solar dengan biodiesel tanpa bioaditif dan blending solar dengan biodiesel dengan tambahan bioaditif yang kondisi blendingnya maupun penambahan bioaditifnya pada kondisi optimal. Kondisi optimal ini diperoleh dari hasil pengamatan penurunan SFC terendah atau efisiensi pembakaran terbaik.
HASIL DAN PEMBAHASAN Beberapa kualitas bahan bakar yang akan diukur adalah gravitasi spesifik (sg), viscositas kinematik, titik nyala dan titik tuang. Dari hasil karakterisasi diperoleh data pengamatan besaranbesaran bahan bakar yang mempengaruhi pembakaran sebagai berikut : 1. Gravitasi spesifik (Sg) Gravitasi Spesifik adalah perbandingan massa cairan yang mempunyai volume tertentu
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
86
ISSN 0216 - 3128
pada temperatur 15°C (60°F) dengan massa air murni yang mempunyai volume dan suhu yang sarna. Banyak hubungan antara Sg dengan penting bahan bakar minyak, yaitu : a. b.
Dari grafik 2. diatas dapat dilihat bahwa semua sampel masuk dahim standar PERTAMINA. Penambahan Biodiesel yang memiliki viskositas kinematik sebesar 5.105 cSt pada solar dapat menaikkan nilai Viskositas Kinematik blending, sedangkan penambahan aditif relatif tidak mempengaruhi perubahan Viskositas Kinematik. Kenaikan viskositas kinematik blending petrodiesel ini akan mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Karena atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor.
sifat-sifat
Untuk pembakaran pada volume tetap (nilai kalor atas); Untuk pembakaran pada tekanan tetap(nilai kalor bawah);
c. Pada bahan bakar solar, nilai batas standar nilai Gravitasi Spesifik at 60/60°F dari PERTAMINA adalah 0.82- 0.87 dari hasil percobaan diperoleh data seperti pad a tabel I dan grafik I.
:s:
0.86
ou
0.85
!5
0.84
••
..
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui berapa titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat menyala. Untuk menentukan kapan minyak terbakar, dalam pengujian ini digunakan metode Pensky-Martens memakai sistem "closed cup". Pada bahan bakar solar, batas standar nilai titik nyala dari PERTAMINA adalah minimal harus mencapai 150°F .
""'
...
Q
GO
/J;
3. Titik Nyala
.. .-
0.87
9301
0.83
.9~'
0.82
• ero\ Adtlf
M. Munawir, dkk.
.!enls Sampel
Graflk 1. Pengujian~ Bakar
Gravitasi
21D
Spesiflk
Bahan
19~
lioollllr
J5IJ '" "
• asn.t.u
a'_
•• Jhll-"lIIr .11••.•••• DIIIJh '"
15IJ
Dari grafik I diatas dapat dilihat bahwa semua sam pel masuk dalam standar PERTAMINA . Penambahan Biodiesel pad a solar dapat menaikkan nilai Grafitasi Spesifik, sedangkan penambahan bioaditif dapat menurunkan nilai Grafitasi Spesifik bahan bakar blending.
i::
1
~ Jtnll Iamp.1
Graflk 3. Pengujian Titik Nyala Bahan Bokor 2. Viskositas
Kinematik
Pengujian viskositas kinematik dilakukan pad a suhu 100 of, dengan menggunakan pengukur tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi. Viskositas semakin tinggi, mengakibatkan tahanan aliran semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pad a mesin diesel. Pada bahan bakar solar, nilai batas standar Viskositas Kinematik pada 100 of untuk PERT AMINA adalah 1,6 cSt - 5.8 cSt. Hasilnya diperoleh seperti tabel 1 grafik2.
Dari Grafik 3 diatas dapat dilihat bahwa semua sample berada dalam standar PERTAMINA. Penambahan Biodiesel pada solar menaikkan nilai titik nyala, sedangkan penambahan aditif dapat menurunkan nilai titik nyala. Penambahan
biodiesel kedalam solar akan
menaikkan titik nyala solar blending. Selain itu nilai titik nyala pada bahan bakar juga mengalami penurunan dengan adanya penambahan aditif. Masalah yang sering timbul pada penggunaan biodiesel murni adalah karena nilai titik nyala yang sangat tinggi sehingga mesin pada lingkungan suhu rendah susah dihidupkan. Dengan penambahan bioaditif, maka kondisi ini dapat diperbaiki.
4. Titik Tuang
-......• Graflk 2. Pengujian Bakar
Vi.<.ko .•• itas Kinemalik
Bahan
Pengujian titik tuang dilakukan mengetahui titik temperatur terendah dimana terbentuk kristal- kristal parafin yang mcnyumbat saluran bahan bakar. Pada bahan
Prosldlng PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
untuk mulai dapat bakar
ISSN 0216 - 3128
M. Munaw;r, dkk.
solar, batas standar niJai titik PERTAMINA adalah maxima] 65 of.
tuang
dari
Penambahan biodiese] yang memiliki titik tuang lebih tinggi dapat menaikkan nilai pour point dari BBM blending petrodiesel (solar) dan nilai ini tidak akan dipengaruhi oleh kehadiran bioaditif. Oari grafik 4 diatas dapat dilihat bahwa semua sampel masuk dalam standar PERTAMINA. Penambahan Biodiesel pada solar menaikkan nilai titik tuang bahan bakar, sedangkan penambahan bioaditif relatif tidak mempengaruhi niJai titik tuang. Oari semua hasil pengamatan dapat ditunjukkan dalam tabel I, seperti terlihat dibawah ini.
Grafik 4. Pengujian titik tuang Balian Bakar Tabel 1. Uji Karakteristik Biodiesel B50% Solar B30% 50 B50% V iscositas 4.368 4.860 5.035 5.105 0.8735 4.344 0.8546 ASTM ASTM 0.8409 45 273 244 248 320 248 ASTM A STM 0.8620 0.8507 0.8512 3.860 194 35 Tuang, ofsaan Gravitasi Spesifik Titik Nyala, P.M., Pemerik Aditif Pemeriksaan Jenis 097
3
87
Fisika-Kimia
Bahan Bakar
Contoh kode sam pel B30% Metode
D445 01298 093
5. Kalori
6. Efek terhadap
Pengujian pengaruh penambahan biodiesel dan bioaditif pad a BBM solar terhadap nilai kalori BBM dilakukan dengan menggunakan "Boom Calorimeter". HasiJ pengamatan diperoleh seperti pada grafik 5.
Pengujian ini diJakukan untuk mengetahui laju korosi metal pada silinder liner mesin diesel yang diakibatkan oleh bahan bakar. Alat uji yang digunakan adalah TGA (Thermografymetry Analysis) di P31B Batan Puspitek Serpong.
~
"!!DCllaa
~
E
i
"mtIJDQ
-
"IDCIIDa WmtIJDD
~
IrDElJDa
<: '" ~
Z
Korosi pada Metal
1111
.-
.'OU.I .IIII:IDnoR
aaJh a.JhuW ••••••
gB'~: 1111 ]
!alii
allS6'ouW
I!lDEIIDD ISlEIIQD
D·DITF
Nama Samp.'
~
"III
~
1111
..• E
2111
-e
'III
f
HasiJ pengujian niJai kalor menujukkan bahwa nilai kalor biodiesel lebih rendah dari solar. Penambahan biodiesel pacta solar menurunkan nilai kalor dari bahan bakar blending, sedangkan penambahan aditif pada B30% dan B50% dapat meningkatkan ni]ai kalor bahan bakar antara 628.6 joule/gram (1,44%)-1056.51: Joule/gram(2,45%).
"''''
_
alii "111
Gr~fik 5. Ni/ai Kalori Balian Bakar
.•....• ca:nu .
~
6
~ ~ On.nl~
·:.•• ~iI
I
~ -
" ~ - -
Grafik 6. Pengujian Koro!)'i dellgall (Tllermogravymetry Analby!)).
TGA
Terlihat bahwa kehadiran biodiese] yang memiliki kemampuan pelapisan permukaan metal dengan ditunjukkan adanya laju perambahan berat tidak begitu berpengaruh terhadap laju korosi
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2005
-
ISSN 0216 - 3128
88
metal, akibat 88M solar. Dan dengan penambahan bioaditif akan menurunkan laju korosi metal. Hal ini dapat diketahui dari grafik pertambahan berat dari hasi\ pengamatan dengan Thermogravimetry Analysis.
KESIMPULAN Dari hasi\ pelaksanaan pereobaan dan pembahasan diatas terlihat bahwa penambahan BBM biodiesel jenis Palm Biodiesel sampai 50% tidak akan keluar dari range standar besar-besaran pembakaran dari 8BM solar yang ditetapkan oleh Pertamina. Proses blending biodiesel pada solar akan menurunkan kualitas dari solar, namun masih bisa diperbaiki dengan penambahan bioaditif yang optimal.
Teknologi RI lembaga I1mu Pengetahuan Indonesia, Indonesia, 2003. 3.
4.
M. MUNA WIR Z. dan Untoro P., "Pengaruh Ion Nitrogen Terhadap Kekerasan dan Ketahanan Korosi Suhu Tinggi Pada Silinder Liner Mesin Diesel", Pertemuan Ilmiah Iptek Bartan 2002, PUSPITEK, 22-23 Oktober 2002.
5.
KADIR A., "Energi", UI Press, Jakarta, 1989
6.
PERTAMINA,"Fuel for Vehicle, Household, Industry and Marines", Down Stream Direeotate Marketing and trading Jakarta, 2003
7.
PERTAMINA" Kutipan Spesifikasi Migas, Direktorat PPDN, 1998.
8.
UNIVERSITASINDONESIA, "BahanBakarCa ir", www.ehemeng.ui.ac.idl-wulan/Materi/portl BAHAN%20CAIR.PDF, 2001
9.
RIZQON FAJAR, "Prediksi Sifat Fisika Kimia Campuran Bahan Bakar Diesel Dengan Model Sederhana : Studi Kasus : Campuran Solar-Biodiesel (Crude Palm Oil dan Met\hyl Ester)", www.iptek.net.id/ind/jurnal/iumal idx.php?doc= V3.n9.05.htm , Desember 2001
DAFT AR PUST AKA I.
BORMAN, F.L. and RAGLAND, K.W., "Combustion Enginering", International editions, Me Graw HiII, Singapore. 1998
2.
M. MUNA WIR, Z., "Teknologi Blending Senyawa Nitrat dan Senyawa Peroxida untuk Peningkatan Efisiensi Pemakaian Bahan Bakar Diesel dan Kualitas Permukaan Metal/Umur Mesin", Riset Unggulan Terpadu IX Bidang Teknologi Energi, Kementrian Riset dan
TRETHEWEY, K.R. and CHAMBERLAIN, J, "Korosi Untuk Mahasiswa Sains dan Rekayasa", iterjemahkan oleh Alex Tri Kantjono Widodo, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991.
UCAP AN TERIMA KASIH Atas selesainya penelitian ini kami LJeapkan terima kasih yang sebesar-besarnya pada semua pihak, khususnya rekan-rekan di PRPN - BAT AN yang telah membantu penelitian ini.
M. Munawir, dkk.
Dirjen
10. PIETER P. GERO, "Industri Otomotif Berpacu Menggunakan Mesin Diesel", http://www.kompas.com/kompascetak/0309/05/otomotif/ 527044.htm, last edited 5 September 2003 II.
POSMAN SIBUEA, "Pengembangan Industri Biodiesel Sawit", www.kompas.eom/kompaseetak/0306118/inspirasi/375150.htm last edited 18 Juni 2003.
KE DAFTAR ISI
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
