84
ISSN 0216 - 3128
M. Munawir, dkk.
PENAMBAHAN BIOADITIF UNTUK PENINGKATAN KUALITAS BBM BLENDING PETRODIESEL DAN BIODIESEL M. Munawir Z. dan Sanda Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir – 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 petrodiesel, seperti kalori, titik nyala (flash point) dan viscositas, sebaliknya penambahan biodiesel juga 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 Bio30 dan Bio50. Hasilnya penambahan bioaditif pada Bio30 dan Bio50 dapat menaikkan kalori masing-masing sebesar 1,44% dan 2,45%, flash point sebesar 1,61% dan 9,16% dan viscositas -0,006% dan 3,48%. Penelitian juga dilakukan pada besaran kerapatan spesifik, laju korosi dan titik tuang dari BBM blending. Kata kunci : bioaditif, blending, petrodiesel, biodiesel.
ABSTRACT THE ADDITION OF BIOADITIVE TO IMPROVE THE FUEL BLENDING QUALITY OF BIODIESEL AND PETRODIESEL. Blending of petrodiesel with biodiesel to 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 cethane number. In order to improve quality of biodiesel blending, bioadditive base on nitrate compound has been added at optimal condition blending of petrodiesel bio30 and bio50. The results, bioadditive addition increase the calory about 1,44% and 2,45%, flash point about 1,61% and 9,16% and viscosity about -0,006% and 3,48% respectively. The investigation also carried out for specific gravity, corrossion and pour point of blending fuel parameters. Key words : bioadditive, blending, petrodiesel, biodiesel.
PENDAHULUAN
S
olar atau HSD adalah salah satu bahan bakar mesin diesel yang paling banyak pemakaiannya, 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 liter/bulan dan akan bertambah terus sejalan dengan pertumbuhan penduduk dan kegiatan ekonomi, sementara harga BBM solar cenderung naik, sejalan dengan kenaikan harga BBM 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. Pada 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 BBM ini juga memiliki beberapa sifat yang baik
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
85
ISSN 0216 - 3128
diantaranya angka cethane yang tinggi dan emisi gas buang hasil pembakaran CO, SO2 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.
LANDASAN PERCOBAAN 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, SO 2 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 pada 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 sulit digunakan pada 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, SO2, 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.
M. Munawir, dkk.
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.
PELAKSANAAN PERCOBAAN 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 BBM solar untuk mendapatkan informasi besaran yang dimiliki, seperti : 1. 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 pada
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
M. Munawir, dkk.
ISSN 0216 - 3128
temperatur 15oC (60oF) dengan massa air murni yang mempunyai volume dan suhu yang sama. Banyak hubungan antara Sg dengan sifat-sifat penting bahan bakar minyak, yaitu : a. b.
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 oF dari PERTAMINA adalah 0.82– 0.87 dari hasil percobaan diperoleh data seperti pada tabel 1 dan grafik 1.
Grafik 1. Pengujian Gravitasi Spesifik Bahan Bakar
86
Dari grafik 2. diatas dapat dilihat bahwa semua sampel masuk dalam 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. 3. Titik Nyala 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 150oF.
Dari grafik 1 diatas dapat dilihat bahwa semua sampel masuk dalam standar PERTAMINA. Penambahan Biodiesel pada solar dapat menaikkan nilai Grafitasi Spesifik, sedangkan penambahan bioaditif dapat menurunkan nilai Grafitasi Spesifik bahan bakar blending. Grafik 3. Pengujian Titik Nyala Bahan Bakar 2. Viskositas Kinematik Pengujian viskositas kinematik dilakukan pada 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 pada mesin diesel. Pada bahan bakar solar, nilai batas standar Viskositas Kinematik pada 100 oF untuk PERTAMINA 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
Grafik 2. Pengujian Viskositas Kinematik Bahan Bakar
Pengujian titik tuang dilakukan untuk mengetahui titik temperatur terendah dimana mulai terbentuk kristal- kristal parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar. Pada bahan bakar
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
87
ISSN 0216 - 3128
solar, batas standar nilai titik tuang PERTAMINA adalah maximal 65 oF.
dari
M. Munawir, dkk.
Penambahan biodiesel 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. Dari 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 nilai titik tuang. Dari semua hasil pengamatan dapat ditunjukkan dalam tabel 1, seperti terlihat dibawah ini.
Grafik 4. Pengujian titik tuang Bahan Bakar
Tabel 1. Uji Karakteristik Fisika-Kimia Bahan Bakar Jenis Pemeriksaan
No 1 2 3 4
Gravitasi Spesifik pada 60/60oF Viscositas Kinematik pada 100oF, cSt Titik Nyala, P.M., c.c, oF Titik Tuang, oF
Solar Murni 0.8409
Contoh kode sampel B30% Biodiesel B30% B50% Aditif 0.8735 0.8546 0.8507 0.8620
B50% Aditif 0.8512
3.860
5.105
4.344
4.368
5.035
4.860
194
320
248
244
273
248
35
50
50
45
45
45
Metode Pemerik saan ASTM D1298 ASTM D445 ASTM D93 ASTM D97
5. Kalori
6. Efek terhadap Korosi pada Metal
Pengujian pengaruh penambahan biodiesel dan bioaditif pada BBM solar terhadap nilai kalori BBM dilakukan dengan menggunakan “Boom Calorimeter”. Hasil pengamatan diperoleh seperti pada grafik 5.
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui laju korosi metal pada silinder liner mesin diesel yang diakibatkan oleh bahan bakar. Alat uji yang digunakan adalah TGA (Thermografymetry Analysis) di P3IB Batan Puspitek Serpong.
Grafik 5. Nilai Kalori Bahan Bakar Hasil pengujian nilai kalor menujukkan bahwa nilai kalor biodiesel lebih rendah dari solar. Penambahan biodiesel pada solar menurunkan nilai kalor dari bahan bakar blending, sedangkan penambahan aditif pada B30% dan B50% dapat meningkatkan nilai kalor bahan bakar antara 628.6 joule/gram (1,44%)–1056.511 Joule/gram(2,45%).
Grafik 6. Pengujian Korosi dengan (Thermogravymetry Analisys).
TGA
Terlihat bahwa kehadiran biodiesel 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 2006
M. Munawir, dkk.
ISSN 0216 - 3128
metal, akibat BBM solar. Dan dengan penambahan bioaditif akan menurunkan laju korosi metal. Hal ini dapat diketahui dari grafik pertambahan berat dari hasil pengamatan dengan Thermogravimetry Analysis.
KESIMPULAN Dari hasil pelaksanaan percobaan dan pembahasan diatas terlihat bahwa penambahan BBM biodiesel jenis Palm Biodiesel sampai 50% tidak akan keluar dari range standar besar-besaran pembakaran dari BBM 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 Ilmu Pengetahuan Indonesia, Indonesia, 2003. 2.
TRETHEWEY, K.R. and CHAMBERLAIN, J, “Korosi Untuk Mahasiswa Sains dan Rekayasa”, iterjemahkan oleh Alex Tri Kantjono Widodo, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991.
3.
M. MUNAWIR 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.
4.
KADIR A., “Energi”, UI Press, Jakarta, 1989
5.
PERTAMINA,“Fuel for Vehicle, Household, Industry and Marines”, Down Stream Direcotate Marketing and trading Jakarta, 2003
6.
PERTAMINA, , Kutipan Spesifikasi Dirjen Migas, Direktorat PPDN, 1998.
7.
UNIVERSITASINDONESIA,”BahanBakarCa ir”,www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/ BAHAN%20CAIR.PDF, 2001
8.
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/jurnal _idx.php?doc= V3.n9.05.htm , Desember 2001
9.
PIETER P. GERO, “Industri Otomotif Berpacu Menggunakan Mesin Diesel”, http://www.kompas.com/kompascetak/0309/05/otomotif/ 527044.htm, last edited 5 September 2003
UCAPAN TERIMA KASIH Atas selesainya penelitian ini kami ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya pada semua pihak, khususnya rekan-rekan di PRPN – BATAN yang telah membantu penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA 1.
BORMAN, F.L. and RAGLAND, K.W., “Combustion Enginering”, International editions, Mc Graw Hill, Singapore. 1998
1.
M. MUNAWIR, 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
88
10. POSMAN SIBUEA, “Pengembangan Industri Biodiesel Sawit”, www.kompas.com/kompascetak/0306/18/inspirasi/375150.htm , last edited 18 Juni 2003.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
