seminar kajian teknis dan uji pemanfaatan...

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

PUSAT PENELTIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MINYAK DAN GAS BUMI “LEMIGAS” BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL

SEMINAR KAJIAN TEKNIS DAN UJI PEMANFAATAN BIODIESEL (B20)

PADA KENDARAAN BERMOTOR DAN ALAT BERAT

Jakarta, 17 Februari 2015

KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL


OUTLINE

1. STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN METAL DAN NON-

METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

2. PENGUJIAN STABILITAS PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BIODIESEL


STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN

METAL DAN NON-METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL



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 2010-2014

4. 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

PPPTMGB “LEMIGAS"

DASAR HUKUM


Latar Belakang

5

2016B20

(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%

Material penyusun

komponen saluran

bahan bakar banyak

jenisnya, efek

biodiesel terhadap

tiap jenis material

juga berbeda2

Penelitian pendahuluan

oleh Reza S dkk(2011)

membuktikan pengaruh

biodiesel thd perubahan

dimensi & sifat kekerasan

material non-logam

(tanpa identifikasi)

Diperlukan penelitian lanjutan untuk

mengidentifikasi jenis material dengan

kompatibilitas yang baik


Penelitian Terdahulu

6

2009

• 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


Tinjauan Pustaka

7

Pengaruh terhadap Komponen Logam

- 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]


Tinjauan Pustaka

8

Pengaruh terhadap Komponen Elastomer

- Elastomer merupakan persenyawaan kompleks dari senyawa polar dan non-

polar 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]


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 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.

MAKSUD KEGIATAN

TUJUAN KEGIATAN


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

MANFAAT


Identifikasi Material penyusun Saluran Bahan Bakar Studi Literatur, diskusi teknis, hasil penelitian lain dll

Persiapan Bahan Bakar (Blending), Peralatan pengujian, Komponen Mesin

Biodisel SOLAR

Uji Perendaman dan Sifat Fisika Kimia (acuan : ASTM D 471)

Analisa dan Evaluasi

Laporan

Pengujian Sifat Fisika Kimia Komponen dan Bahan Bakar


PERSIAPAN KOMPONEN UJI


UJI PERENDAMAN & DISKUSI DENGAN GAIKINDO-JAMA


HASIL PENGUJIAN BAHAN BAKAR

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 613

2 CCI 50,0 48,07 49,09 49,23 ASTM D 4737

3 Berat Jenis pada 15°C g/cm³ 0,8511 0,8523 0,8536 0,8548 ASTM D 4052/ D

1298

4 Viskositas pada 40°C mm²/s 3,281 3,277 3,298 3,397 ASTM D 445

5 Kandungan Sulfur % m/m 0,112 0,106 0,100 0,094 ASTM D 4294

6 Distilasi T 90 °C 356,0 350,0 348,5 346,5 ASTM D 86

7 Titik Nyala °C 68 70 71 73 ASTM D 93

9 Residu Karbon % nil nil nil Nil ASTM D 4530

10 Kandungan FAME % v/v 5,20 10,20 15,30 20,60 ASTM D 7806

11 Korosi Bilah Tembaga Merit 1a 1a 1a 1a ASTM D 130

12 Kandungan Sedimen % nil nil nil Nil ASTM D 473

13 Penampilan Visual - Jernih & terang Jernih & terang Jernih & terang Jernih & terang -

14 Lubricity Micron 296 285 276 261 ASTM D 6079

15 Stabilitas Oksidasi menit 867 858 810 757 ASTM D2274

Minyak Solar 48 dan Biodiesel telah diuji dan memenuhi spesifikasi

Tabel Hasil Pengujian Fisika Kimia Bahan Bakar Perendam (B5 – B20)


Uji Perendaman Komponen Sistem Bahan Bakar

Skema Sistem Bahan Bakar Mesin Diesel


Uji Perendaman (Immersion Test)

Grafik Perubahan Berat Komponen Metal

B 0 B 5 B 10 B15 B 20

METAL

(%) Berat 0.007 0.054 0.016 0.048 0.048

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Pe

rub

ah

an

Be

rat

(%)

Komponen Injection Pump

B 0 B 5 B 10 B15 B 20

METAL

Berat 0.039 0.030 0.040 0.050 0.065

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

Pe

rub

ah

an

Be

rat

(%)

Komponen Injection Pipe

B0 B5 B10 B15 B20

METAL

Series1 0.209 0.382 0.042 0.191 0.595

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

PE

RU

BA

HA

N D

IME

NS

I (%

)

Komponen Fuel Injection Tube

Perubahan berat terkecil

diperoleh pada komponen

metal di Injection Pump


Grafik Perubahan Berat Komponen Non Metal

B 0 B 5 B 10 B15 B 20

NON METAL

Berat 9.576 9.642 7.386 9.177 7.484

0

2

4

6

8

10

12

Pe

rub

ah

an

Be

rat

(%)

Komponen Fuel Filter

B 0 B 5 B 10 B15 B 20

NON METAL

(%) Berat 8.836 13.85 7.458 8.275 7.323

0

3

6

9

12

15

Pe

rub

ah

an

Be

rat

(%)

Komponen Injection Pump

B0 B5 B10 B15 B20

PLASTIK

Series1 -0.001 0.861 0.967 0.901 0.901

-0.200

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

Pe

rub

ah

an

Be

rat

(%)

Komponen Fuel Injection Pump Perubahan berat terkecil diperoleh

pada komponen non-metal di Fuel

Injection Pump


Komposisi Material Penyusun Komponen Metal

Komponen Sistem Bahan Bakar Material Penyusun Komposisi (%)

Tubing of Fuel Injection System

CuO 93.2

Al2O3 2.78

SiO2 1.58

Tubing of Fuel Return System

CuO 83.3

Al2O3 7.0

SiO2 4.05

Tubing of Fuel Tank (Main)

Fe2O3 87.7

ZnO 5.3

Al2O3 2.6

Injector Pipe

Fe2O3 85.9

ZnO 2.7

Al2O3 4.9

Diuji dengan metode XRD dan XRF untuk mengetahui jenis material penyusun dan komposisinya


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 -


Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B0

0 Jam 2500 Jam


Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B20

0 Jam 2500 Jam


KESIMPULAN

SARAN

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, Al2O3 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

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


No Parameter Uji Hasil Uji B-

100 Min /Max Metode Uji

1 Massa Jenis pada 40oC, Kg/m3 857,5 850 – 890 ASTM D 4052

2 Viskositas pada 40oC, cSt 4,61 2,3 – 6,0 ASTM D 445

3 Angka Setana 60,7 Min. 51 ASTM D 613

4 Titik Nyala (PMCC), oC 150 Min. 100 ASTM D 93

5 Korosi Lempeng Tembaga (@50 oC) 1a Kelas 1 ASTM D130

6 Residu karbon: (%Massa, Max)

-Dalam Percontoh Asli

Nil

ASTM D 4530

7 Belerang (mg/Kg) -24 Max. 100 ASTM D 4294

8 Angka Asam (mg KOH/g) 0,6153 Max. 0,6 ASTM D 664

9 Gliserol Bebas (% Massa) 0,0067 Max. 0,02 AOCS Ca 14-56

10 Gliserol Total (% Massa) 0,1685 Max. 0,24 AOCS Ca 14-56

11 Kadar Etil Metil (% Massa) 98,078 Min. 96,5 Kalkulasi

12 Angka Iodium (mg I2/g) 98,09 % Max. 115 AOCS Cd 1-25

13 Stabilitas Oksidasi 976 Min. 360 Rancimat

HASIL UJI BIODIESEL


PENGUJIAN STABILITAS PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BIODIESEL



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


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


KELUARAN

Data teknis karakteristik stabilitas biodiesel setelah penyimpanan berbagai kondisi

Masukan kebijakan Stabilitas Penyimpan Biodiesel Terhadap Karakteristik Fisika Kimia.


METODOLOGI


Desain Tangki dan Pemilihan Material Ukuran 100 X 50 cm

Tetebalan 2 mm

Jenis bahan Carbon Steel

Tekanan operasi 0 – 100 psia

Termokopel 0 – 50 0C

Pressure gauge 0 – 100 psia

Pipa 1/2 “

Valve Neadel Valve


Fabrikasi Tangki Stabilitas Penyimpanan


KONSTRUKSI DAN INSTALASI TANGKI STABILITAS

PENYIMPAN DI LUAR RUANGAN

Tangki pengujian stabilitas penyimpanan

biodiesel yang ditimbun

Tangki pengujian stabilitas penyimpanan

biodiesel diatas permukaan tanah


INSTALASI TANGKI STABILITAS PENYIMPAN DI DALAM RUANGAN


Pengujian Bilangan Angka Asam

Grafik Bilangan Asam B-0

Grafik Bilangan Asam B-100 Grafik Bilangan Asam B-20

Grafik Bilangan Asam B-10


Pengujian Viskositas

Grafik Viskositas B-0 Grafik Viskositas B-10

Grafik Viskositas B-20 Grafik Viskositas B-100


Pengujian Stabilitas Oksidasi

Grafik Stabilitas Oksidasi B-100 Grafik Stabilitas Oksidasi B -20

Grafik Stabilitas Oksidasi B -0 Grafik Stabilitas Oksidasi B-10


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 43OC 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.


Kunjungan JAMA Jepang


www.lemigas.esdm.go.id

seminar kajian teknis dan uji pemanfaatan...

Documents