SEMINAR KAJIAN TEKNIS DAN UJI PEMANFAATAN BIODIESEL (B20) PADA KENDARAAN BERMOTOR DAN ALAT BERAT

Transkripsi

1 KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL SEMINAR KAJIAN TEKNIS DAN UJI PEMANFAATAN BIODIESEL (B20) PADA KENDARAAN BERMOTOR DAN ALAT BERAT PUSAT PENELTIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI LEMIGAS BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL Jakarta, 17 Februari 2015

2 OUTLINE 1. STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN METAL DAN NON- METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL 2. PENGUJIAN STABILITAS PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BIODIESEL

3 KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN METAL DAN NON-METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

4 DASAR HUKUM 1. Undang Undang No. 30 Tahun 2007, Tentang Energi 2. Peraturan Presiden RI No.5 Tahun 2006, Tentang Kebijakan Energi Nasional 3. Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 04 Tahun 2010, Tentang Rencana Strategis Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Tahun Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 25 tahun 2013 tentang Penyediaan, Pemanfaatan dan Tata Niaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Sebagai Bahan Bakar Lain 5. Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 20 tahun 2014 tentang Perubahan Kedua atas Peraturan Menteri ESDM No.32 tahun 2008 tentang Penyediaan, Pemanfaatan dan Tata Niaga Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Sebagai Bahan Bakar Lain Kelompok Pelaksana Penelitian dan Pengembangan Teknologi Aplikasi Produk

5 Latar Belakang 2016 B20 (Permen ESDM no.20/2016) Realisasi s/d 2014 biosolar 10% vol (Ditjen EBTKE) Campuran B-XX yang lebih tinggi --> kompatibilitas komponen logam dan non-logam saluran bahan bakar Rekomendasi WWFC (Biodiesel Guideline 2009) maksimum campuran 5%, rekomendasi OEM di Amerika 5-100% Diperlukan penelitian lanjutan untuk mengidentifikasi jenis material dengan kompatibilitas yang baik Penelitian pendahuluan oleh Reza S dkk(2011) membuktikan pengaruh biodiesel thd perubahan dimensi & sifat kekerasan material non-logam (tanpa identifikasi) Material penyusun komponen saluran bahan bakar banyak jenisnya, efek biodiesel terhadap tiap jenis material juga berbeda2 5

6 2009 Penelitian Terdahulu Studi aplikasi biodiesel sebagai bahan bakar genset Uji ketahanan 250 jam pada mesin genset 2010 Studi peningkatan mutu biodiesel dengan penambahan aditif etanol (Uji ketahanan B-10, B-20) Studi penggunaan PPO sebagai bahan bakar kendaraan bermotor 2011 Pengujian kompatibilitas existing komponen non-logam saluran bahan bakar Isuzu Panther terhadap B-5 s/d B-20 (jenis material tidak diidentifikasi) Dimensi dan tingkat kekerasan berubah, swelling dan pengerutan terjadi 2013 Pengaruh penambahan aditif dispersant berbasis nabati untuk mengurangi deposit pada ruang bakar Uji ketahanan 100 jam B-0 (acuan), B-10, B-20, dan B-20 + aditif 2014 Kompilasi hasil-hasil pengujian F/K dan uji kinerja B-5 s/d B-20 dari penelitian tahun sebelumnya Identifikasi tingkat degradasi fisika dan kimia komponen logam dan non-logam saluran bahan bakar mesin diesel berdasar jenis materialnya untuk penentuan material yang bagus kompatibilitasnya 6

7 Pengaruh terhadap Komponen Logam Tinjauan Pustaka - Biodiesel memiliki sifat kelistrikan yang lebih konduktif dibandingkan dengan minyak solar sehingga meng-induksi terjadinya mekanisme korosi galvanik pada logam dan baja [L.E.Gonzales et.al, 2008] - Tes perendaman terhadap material baja karbon selama 115 hari dalam biodiesel dari soybean dan sunflower minyak solar menunjukkan bahwa biodiesel dari soybean lebih kompatibel terhadap baja karbon. Secara mikroskopis, pengamatan dengan mikroskop optis dan SEM (Scanning Electron Microscope) menunjukkan adanya goresan (etching) pada semua bahan perendam [M.M.Maru et.el, 2009] - Faktor yang mempengaruhi laju korosivitas biodiesel adalah komposisi biodiesel itu sendiri, diantaranya oksigen dalam gugus fungsionalnya, asam lemak bebas, derajat unsaturation, dan sifat higroskopik. Material tembaga dan kuningan (brass) dilaporkan lebih rentan terhadap korosi yang teramati melalui pembentukan lubang (pitting) dan deposit permukaan, sedangkan korosivitas material baja (steel) tidak jelas dan berbeda-beda datanya [B.Singh et.al, 2012] 7

8 Tinjauan Pustaka Pengaruh terhadap Komponen Elastomer - Elastomer merupakan persenyawaan kompleks dari senyawa polar dan nonpolar seperti : polimer, minyak, filler, plasticizer, curing agents, antioxidant, dan senyawa pemroses lainnya (4-25 senyawa) - Komposisi biodiesel dapat berubah terhadap waktu penyimpanan dan meningkatkan ph, yang meningkatkan kecenderungan terjadinya swelling - Swelling adalah pertambahan volume dan massa elastomer akibat absorpsi cairan biodiesel oleh komponen polimer. Jenis interaksi sebaliknya pun mungkin terjadi, yaitu shrinkage atau pengerutan akibat sifat biodiesel sebagai solvent melarutkan senyawa2 terlarut dalam elastomer (misal plasticizer) - Karakteristik elastomer seperti hardness, tensile strength, abrasion resistance dan tear strength ditentukan oleh adanya cross-linking antara rantai-rantai polimer di dalamnya. Interaksi dengan biodiesel menyebabkan komponen cross-linking agent dan filler dari elastomer bereaksi dengan biodiesel, sehingga terjadi degradasi sifat fisik dan mekanik elastomer [A.S.M.A.Haseeb et.al, 2010] 8

9 MAKSUD KEGIATAN Menganalisa pengaruh penggunaan biosolar terhadap degradasi sifat fisika dan kimia komponen logam dan non-logam saluran bahan bakar kendaran mesin diesel dan juga perubahan sifat fisika dan kimia bahan bakar perendamnya. TUJUAN KEGIATAN Tujuan kegiatan ini adalah untuk mengetahui jenis material logam dan non-logam yang memiliki kompatibilitas lebih tinggi terhadap penggunaan biosolar dari B-5, B-10, B-15 dan B-20.

10 MANFAAT Pemerintah : (1). Mendapatkan masukan mengenai implementasi B20 (2). Identifikasi solusi untuk permasalahan kompatibilitas mesin terhadap B20 Industri/transportasi : (1). Mendapat masukan jenis material yang kompatibel terhadap B20 Konsumen : Mengetahui dampak yang mungkin timbul pada komponen mesin pada pemakaian B20

11 Identifikasi Material penyusun Saluran Bahan Bakar Studi Literatur, diskusi teknis, hasil penelitian lain dll SOLAR Persiapan Bahan Bakar (Blending), Peralatan pengujian, Komponen Mesin Biodisel Pengujian Sifat Fisika Kimia Komponen dan Bahan Bakar Uji Perendaman dan Sifat Fisika Kimia (acuan : ASTM D 471) Analisa dan Evaluasi Laporan

12 PERSIAPAN KOMPONEN UJI

13 UJI PERENDAMAN & DISKUSI DENGAN GAIKINDO-JAMA

14 HASIL PENGUJIAN BAHAN BAKAR Minyak Solar 48 dan Biodiesel telah diuji dan memenuhi spesifikasi Tabel Hasil Pengujian Fisika Kimia Bahan Bakar Perendam (B5 B20) No Jenis Pengujian Unit B-5 B-10 B-15 B-20 Metode Uji 1 Angka Setana - 48,7 50,2 50,7 52,5 ASTM D CCI 50,0 48,07 49,09 49,23 ASTM D Berat Jenis pada 15 C g/cm³ 0,8511 0,8523 0,8536 0,8548 ASTM D 4052/ D Viskositas pada 40 C mm²/s 3,281 3,277 3,298 3,397 ASTM D Kandungan Sulfur % m/m 0,112 0,106 0,100 0,094 ASTM D Distilasi T 90 C 356,0 350,0 348,5 346,5 ASTM D 86 7 Titik Nyala C ASTM D 93 9 Residu Karbon % nil nil nil Nil ASTM D Kandungan FAME % v/v 5,20 10,20 15,30 20,60 ASTM D Korosi Bilah Tembaga Merit 1a 1a 1a 1a ASTM D Kandungan Sedimen % nil nil nil Nil ASTM D Penampilan Visual - Jernih & terang Jernih & terang Jernih & terang Jernih & terang - 14 Lubricity Micron ASTM D Stabilitas Oksidasi menit ASTM D2274

15 Uji Perendaman Komponen Sistem Bahan Bakar Skema Sistem Bahan Bakar Mesin Diesel

16 Perubahan Berat (%) Uji Perendaman (Immersion Test) PERUBAHAN DIMENSI (%) Perubahan Berat (%) Grafik Perubahan Berat Komponen Metal Komponen Injection Pump B 0 B 5 B 10 B15 B 20 METAL (%) Berat Komponen Injection Pipe B 0 B 5 B 10 B15 B 20 METAL Berat Komponen Fuel Injection Tube B0 B5 B10 B15 B20 METAL Series Perubahan berat terkecil diperoleh pada komponen metal di Injection Pump

17 Perubahan Berat (%) Perubahan Berat (%) Perubahan Berat (%) Grafik Perubahan Berat Komponen Non Metal 15 Komponen Injection Pump 12 Komponen Fuel Filter B 0 B 5 B 10 B15 B 20 NON METAL (%) Berat B 0 B 5 B 10 B15 B 20 NON METAL Berat Komponen Fuel Injection Pump B0 B5 B10 B15 B20 PLASTIK Series Perubahan berat terkecil diperoleh pada komponen non-metal di Fuel Injection Pump

18 Komposisi Material Penyusun Komponen Metal Diuji dengan metode XRD dan XRF untuk mengetahui jenis material penyusun dan komposisinya Komponen Sistem Bahan Bakar Material Penyusun Komposisi (%) CuO 93.2 Tubing of Fuel Injection System Tubing of Fuel Return System Tubing of Fuel Tank (Main) Injector Pipe Al 2 O SiO CuO 83.3 Al 2 O SiO Fe 2 O ZnO 5.3 Al 2 O Fe 2 O ZnO 2.7 Al 2 O 3 4.9

19 Komposisi Material Penyusun Komponen Non-Metal Diuji dengan metode FTIR dan DSC untuk indetifikasi jenis polimer, plasticizer maupun filler penyusun komponen non-metal Komponen Non-Metal Polimer Plasticizer/Filler Fuel Injection Pump Fluorocarbon Rubber (Viton A) - Fuel Pump Poly (butadiene-co-acrylonitrile)-nbr Plasticizer Fuel Injection Pump Poly (butadiene-co-acrylonitrile)-nbr Plasticizer phtalate esther Sheet Natural Rubber - Fuel Filter Seal EPDM - Sheet Fluorosilicone -

20 Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B0 0 Jam 2500 Jam

21 Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B20 0 Jam 2500 Jam

22 KESIMPULAN 1. Komponen logam pada sistem bahan bakar mesin diesel yang memiliki kompatibilitas lebih baik terhadap penggunaan Biosolar hingga B20 terdapat pada Injection Pump dengan material penyusun CuO, Al 2 O 3 dan SiO 2. Komponen non-logam pada sistem bahan bakar mesin diesel yang memiliki kompatibilitas lebih baik terhadap penggunaan Biosolar hingga B20 terdapat pada Fuel Injection Pump dengan material penyusun Fluorocarbon A (Viton A) 3. Bahan bakar perendam tidak mengalami perubahan komposisi penyusun setelah 2500 jam, dengan demikian tidak terjadi pelarutan material SARAN Perlu dilakukan penelitian kompatibilitas material saluran bahan bakar terhadap biosolar yang lebih tinggi dari B20 sejalan dengan perubahan kebijakan mandatori Pemerintah sebesar minimal 25% pada tahun 2025

23 No Parameter Uji Hasil Uji B- 100 Min /Max Metode Uji 1 Massa Jenis pada 40 o C, Kg/m 3 857, ASTM D Viskositas pada 40 o C, cst 4,61 2,3 6,0 ASTM D Angka Setana 60,7 Min. 51 ASTM D Titik Nyala (PMCC), o C 150 Min. 100 ASTM D 93 5 Korosi Lempeng Tembaga (@50 o C) 1a Kelas 1 ASTM D130 6 Residu karbon: (%Massa, Max) -Dalam Percontoh Asli HASIL UJI BIODIESEL Nil ASTM D Belerang (mg/kg) -24 Max. 100 ASTM D Angka Asam (mg KOH/g) 0,6153 Max. 0,6 ASTM D Gliserol Bebas (% Massa) 0,0067 Max. 0,02 AOCS Ca Gliserol Total (% Massa) 0,1685 Max. 0,24 AOCS Ca Kadar Etil Metil (% Massa) 98,078 Min. 96,5 Kalkulasi 12 Angka Iodium (mg I 2 /g) 98,09 % Max. 115 AOCS Cd Stabilitas Oksidasi 976 Min. 360 Rancimat

24 KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL PENGUJIAN STABILITAS PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BIODIESEL

25 LATAR BELAKANG Meningkatkan penggunaan bahan bakar nabati (BBN) untuk mendorong potensi industri BBN dalam negeri serta mengurangi impor bahan bakar minyak Pentahapan kewajiban minimal pemanfaatan bahan bakar nabati sebagai pencampur bahan bakar minyak. Belum tersedianya data teknis potensi stabilitas karakteristik fisika kima biodiesel pada saat penyimpan dalam tangki yang dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan waktu

26 SASARAN Mengetahui stabilitas karateristik fisika kimia bahan bakar solar dan biodiesel pada saat penyimpanan dalam rangka mendukung pelaksanaan kebijakan pemerintah tentang pentahapan kewajiban pemanfaatan biodiesel Mendapatkan rekomendasi teknis sesuai pentahapan pemanfaatan bahan bakar nabati tersebut

27 KELUARAN Data teknis karakteristik stabilitas biodiesel setelah penyimpanan berbagai kondisi Masukan kebijakan Stabilitas Penyimpan Biodiesel Terhadap Karakteristik Fisika Kimia.

28 METODOLOGI

29 Desain Tangki dan Pemilihan Material Ukuran 100 X 50 cm Tetebalan 2 mm Jenis bahan Carbon Steel Tekanan operasi psia Termokopel C Pressure gauge psia Pipa 1/2 Valve Neadel Valve

30 Fabrikasi Tangki Stabilitas Penyimpanan

31 KONSTRUKSI DAN INSTALASI TANGKI STABILITAS PENYIMPAN DI LUAR RUANGAN Tangki pengujian stabilitas penyimpanan biodiesel yang ditimbun Tangki pengujian stabilitas penyimpanan biodiesel diatas permukaan tanah

32 INSTALASI TANGKI STABILITAS PENYIMPAN DI DALAM RUANGAN

33 Pengujian Bilangan Angka Asam Grafik Bilangan Asam B-0 Grafik Bilangan Asam B-10 Grafik Bilangan Asam B-20 Grafik Bilangan Asam B-100

34 Pengujian Viskositas Grafik Viskositas B-0 Grafik Viskositas B-10 Grafik Viskositas B-20 Grafik Viskositas B-100

35 Pengujian Stabilitas Oksidasi Grafik Stabilitas Oksidasi B -0 Grafik Stabilitas Oksidasi B-10 Grafik Stabilitas Oksidasi B -20 Grafik Stabilitas Oksidasi B-100

36 KESIMPULAN 1. Bilangan asam dan viskositas bahan bakar biodiesel meningkat seiring lamanya penyimpanan. Untuk B10 dan B20 peningkatan bilangan asam dan viskositas masih dibawah batasan mutu. B 100 pengujian bilangan asam menunjukan hasil yang melampui batasan mutu terutama pada kondisi penyimpan di luar dan pada suhu 43 O C sedang viskositas dan stabilitas oksidasi masih memenuhi batasan mutu pada berbagai kondisi penyimpanan 2. Periode waktu penyimpanan biodiesel akan mempengaruhi karateristik fisika kimia dari biodiesel. Semakin lama biodiesel disimpan, asam lemak bebas yang tersisa dalam biodiesel akan terurai kembali akibat teroksidasi. Naiknya kandungan asam lemak bebas menyebabkan biodiesel akan semakin kental dan viskositas naik. 3. Kondisi penyimpan pada temperatur diatas temperatur ambien dan terkena cahaya matahari lebih mempercepat terjadinya degradasi menyebabkan terjadinya penurunan kualitas biodiesel.

37 Kunjungan JAMA Jepang

38