Solar B20 Lemigas_Presentasi EBTKE 17 Februari 2015

KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL

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

Jakarta, 17 Februari 2015

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

OUTLINE

1. STUDI PENGARUH PENGARUH PENGGUNAAN PENGGUNAAN BIOSOLAR BIOSOLAR TERHADAP TERHADAP KOMPONEN KOMPONEN METAL METAL DAN NONMETAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL 2. PENGUJIAN PENGUJIAN STABILITAS STABILITAS PENYIMPANA PENYIMPANAN N BAHAN BAHAN BAKAR BAKAR BIODIESEL BIODIESEL

KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL

STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN METAL DAN NONNON-METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

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 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

Latar Belakang 2016 B20 (Permen ESDM no.20/2016) Realisasi s/d 2014 biosolar 10% vol (Ditjen EBTKE)

Diperlukan penelitian lanjutan untuk mengidentifikasi jenis material dengan kompatibilitas yang baik

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%

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

Penelitian Terdahulu •

2009

•

•

2010

•

•

2011

•

•

2013

•

•

2014

•

Studi aplikasi biodiesel sebagai bahan bakar genset Uji ketahanan 250 jam pada mesin genset

Studi peningkatan mutu biodiesel dengan penambahan aditif etanol (Uji ketahanan B-10, B-20) Studi penggunaan PPO sebagai bahan bakar kendaraan bermotor

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 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 Kompilasi hasil-hasil pengujian F/K dan uji kinerja B-5 s/d B-20 d ari 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

Tinjauan Pustaka 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 s o y b e a n    dan s u n f l o w e r minyak solar menunjukkan bahwa biodiesel dari s o y b e a n lebih kompatibel terhadap baja karbon. Secara mikroskopis, pengamatan dengan mikroskop optis dan SEM ( S c a n n i n g ) pada semua E le c t r o n M i c r o s c o p e )  menunjukkan adanya goresan ( e t c h i n g   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 u n s a t u r a t i o n  , dan sifat higroskopik. Material tembaga dan kuningan (b r a s s )  dilaporkan lebih rentan terhadap korosi yang teramati melalui pembentukan lubang ( p i t t i n g  ) dan deposit permukaan, sedangkan korosivitas material baja ( steel  ) tidak jelas dan berbeda-beda datanya [B.Singh et.al, 2012] 7

Tinjauan Pustaka Pengaruh terhadap Komponen Elastomer - Elastomer merupakan persenyawaan kompleks dari senyawa polar dan nonpolar seperti : polimer, minyak, filler, plastic izer, curin g agent s, antioxid ant, dan senyawa pemroses lainnya (4-25 senyawa) -

Komposisi biodiesel dapat berubah terhadap waktu penyimpanan dan meningkatkan pH, yang meningkatkan kecenderungan terjadinya s w e l l i n g  

- S w e l l i n g adalah pertambahan volume dan massa elastomer akibat absorpsi cairan biodiesel oleh komponen polimer. Jenis interaksi sebaliknya pun mungkin terjadi, yaitu s h r i n k a g e atau pengerutan akibat sifat biodiesel sebagai solvent melarutkan senyawa2 terlarut dalam elastomer (misal ) plasticizer 

seperti h a r d n e s s , t e n s i l e s t r e n g t h , a b r a s i o n - Karakteristik elastomer r e s i s t a n c e dan t e ar s t r e n g t h ditentukan oleh adanya c r o s s - l i n k i n g    antara rantai-rantai polimer di dalamnya. Interaksi dengan biodiesel menyebabkan komponen c r o s s - l i n k i n g a g e n t     dan filler   dari elastomer bereaksi dengan biodiesel, sehingga terjadi degradasi sifat fisik dan mekanik elastomer [A.S.M.A.Haseeb et.al , 2010] 8

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.

MANFAAT 





Pemerintah : (1). Mendapatkan masukan mengenai implementasi B20 (2). Identifikasi solusi untuk permasalahan kompatibilitas terhadap B20

mesin

Industri/transportasi : (1). Mendapat masukan jenis material yang kompatibel terhadap B20 Konsumen : Mengetahui dampak yang mungkin timbul pada komponen mesin pada pemakaian B20

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

SOLAR

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

Pengujian Sifat Fisika Kimia Komponen dan Bahan Bakar

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

Analisa dan Evaluasi

Laporan

Biodisel

PERSIAPAN KOMPONEN UJI

UJI PERENDAMAN & DISKUSI DENGAN GAIKINDO-JAMA

HASIL PENGUJIAN BAHAN BAKAR Minyak Solar 48 dan Biodiesel telah diuji dan memenuhi spesifikasi Tabel Hasil Pengujian Fisika Kimia Bahan Bakar Perendam (B5  – B20)

Angka Setana

-

CCI

48,7

50,2

50,7

52,5

50,0

48,07

49,09

49,23

Berat Jenis pada 15°C

g/cm³

0,8511

0,8523

0,8536

0,8548

Viskositas pada 40°C

mm²/s

3,281

3,277

3,298

3,397

Kandungan Sulfur

% m/m

0,112

0,106

0,100

0,094

Distilasi T 90

°C

356,0

350,0

348,5

346,5

Titik Nyala

°C

68

70

71

73

Residu Karbon

%

nil

nil

nil

Nil

Kandungan FAME

% v/v

5,20

10,20

15,30

20,60

Korosi Bilah Tembaga

Merit

1a

1a

1a

1a

Kandungan Sedimen

%

nil

nil

nil

Nil

Penampilan Visual

-

Jernih & terang

Jernih & terang

Jernih & terang

Jernih & terang

Micron

296

285

276

261

Lubricity

Uji Perendaman Komponen Sistem Bahan Bakar

Skema Sistem Bahan Bakar Mesin Diesel

Uji Perendaman (Immersion Test) Grafik Perubahan Berat Komponen Metal

Komponen Injection Pump

Komponen Injection Pipe

0.06     )     %     (    t   a   r   e    B   n   a     h   a     b   u   r   e    P

0.070     ) 0.060     %     (    t 0.050   a   r   e    B0.040   n   a     h0.030   a     b0.020   u   r   e    P 0.010

0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

B0

B5

B 10

B15

0.000

B 20

B0

B5

0.007

0.054

0.016

B15

B 20

0.050

0.065

METAL

METAL (%) Berat

B 10

0.048

Berat

0.048

0.039

0.030

0.040

Komponen Fuel Injection Tube     ) 0.700     %     ( 0.600    I    S    N0.500    E    M    I 0.400    D    N0.300    A    H0.200    A    B 0.100    U    R    E0.000    P

Perubahan berat terkecil diperoleh pada komponen metal di Injection Pump

B0

B5

0.209

0.382

B10

B15

B20

0.191

0.595

METAL Series1

0.042

Grafik Perubahan Berat Komponen Non Metal Komponen Injection Pump

Komponen Fuel Filter

15     )     %     (    t   a   r   e    B   n   a     h   a     b   u   r   e    P

12     )     %     (    t   a   r   e    B   n   a     h   a     b   u   r   e    P

12 9 6 3 0

(%) Berat

10 8 6 4 2 0

B0 8.836

B5 13.85

B 10 NON METAL  7.458

B15 8.275

B 20 7.323

1.200     ) 1.000     %     (    t 0.800   a   r   e    B 0.600   n   a     h 0.400   a     b 0.200   u   r   e    P 0.000

B0

B5

-0.001

0.861

B10

B15

B20

0.901

0.901

PLASTIK Series1

0.967

B5

B 10

B15

B 20

9.177

7.484

NON METAL Berat

Komponen Fuel Injection Pump

-0.200

B0 9.576

9.642

7.386

Perubahan berat terkecil diperoleh pada komponen non-metal di Fuel Injection Pump

Komposisi Material Penyusun Komponen Metal Diuji dengan metode XRD dan XRF untuk mengetahui jenis material penyusun dan komposisinya

Tubing of Fuel Injection System

Tubing of Fuel Return System

Tubing of Fuel Tank (Main)

Injector Pipe

CuO

93.2

Al2O3

2.78

SiO2

1.58

CuO

83.3

Al2O3

7.0

SiO2

4.05

Fe2O3

87.7

ZnO

5.3

Al2O3

2.6

Fe2O3

85.9

ZnO

2.7

Al2O3

4.9

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

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 2O3 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

HASIL UJI BIODIESEL

Massa Jenis pada 40oC, Kg/m3

857,5

850 – 890

ASTM D 4052

Viskositas pada 40oC, cSt

4,61

2,3 – 6,0

ASTM D 445

Angka Setana

60,7

Min. 51

ASTM D 613

Titik Nyala (PMCC), oC

150

Min. 100

ASTM D 93

Korosi Lempeng Tembaga (@50 oC)

1a

Kelas 1

ASTM D130

Residu karbon: (%Massa, Max)

ASTM D 4530

-Dalam Percontoh Asli

Nil

Belerang (mg/Kg)

-24

Max. 100

ASTM D 4294

Angka Asam (mg KOH/g)

0,6153

Max. 0,6

ASTM D 664

Gliserol Bebas (% Massa)

0,0067

Max. 0,02

AOCS Ca 14-56

Gliserol Total (% Massa)

0,1685

Max. 0,24

AOCS Ca 14-56

Kadar Etil Metil (% Massa)

98,078

Min. 96,5

Kalkulasi

Angka Iodium (mg I2/g)

98,09 %

Max. 115

AOCS Cd 1-25

976

Min. 360

Rancimat

Stabilitas Oksidasi

KEMENTERIAN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL

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-20

Grafik Bilangan Asam B-10

Grafik Bilangan Asam B-100

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 -0

Grafik Stabilitas Oksidasi B-10

Grafik Stabilitas Oksidasi B -20

Grafik Stabilitas Oksidasi B-100

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 OC 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