PENGARUH KONSENTRASI BIODIESEL MINYAK JARAK PAGAR
DALAM BAHAN BAKAR DIESEL TERHADAP EMISI
HIDROKARBON DAN KARBON MONOKSIDA
THE INFLUENCED OF BIODIESEL FROM JATROPHA
TO EMISSION OF HYDROCARBON AND CARBON MONOCSIDE
Alia Damayanti dan Hilda Fatnasari Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan-ITS Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, Jawa Timur, Indonesia
Email: lia@its.ac.id
Abstrak: Penggunaan bahan bakar dari minyak bumi menghasilkan zat pencemar udara yang dapat
mengakibatkan penurunan kualitas udara, antara lain gas hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO).Dalam penelitian ini digunakan biodiesel minyak jarak pagar sebagai campuran bahan bakar mesin diesel, untuk menunjukkan pengaruhnya terhadap emisi hidrokarbon dan karbon monoksida. Nilai cetane index dari campuran biodiesel dan solar sehingga masih memenuhi kriterisdi manabahan bakar di bawah 48 akan mengakibatkan kesulitan penyalaan mesin, timbulnya white smoke (disebabkan oleh keluarnya emisi hidrokarbon bersama uap air), dan kebisingan mesin. Variasi yang digunakan adalah komposisi campuran antara biodiesel minyak jarak pagar dengan solar sebesar nol persen, lima persen, sepuluh persen, 15 persen, 20 persen, 25 persen, dan 30 persen. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa emisi hidrokarbon dan karbon monoksida terendah terjadi pada penambahan konsentrasi biodiesel 30 persen, yaitu 0,041 g/km dan 0,033 g/km. Semakin tinggi suhu bahan bakar (semakin positif), maka semakin rendah kinerja mesinnya.Hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu bahan bakar, maka semakin cepat pula waktu yang dibutuhkan bahan bakar untuk membeku.Pembekuan yang terjadi dalam mesin dapat mengakibatkan kerusakan dan kemacetan mesin. Sedangkan campuran biodiesel dengan solar menunjukkan penurunan temperatur titik beku (pour point), sehingga dapat diaplikasikan sebagai bahan bakar mesin diesel.
Kata kunci: Biodiesel, minyak jarak pagar, emisi, hidrokarbon dan karbon monoksida.
Abstract:The used of petroleum fuels produce air pollutants that can result in decreased air quality, several
example gaseous hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO). This study used Jatropha oil as a biodiesel fuel mixture of diesel engines, to show its effect on emissions of hydrocarbons and carbon monoxide. Cetane index values from a mixture of biodiesel and diesel that is still where the fuel meets criterias under 48 would result in difficulties engine ignition, the emergence of white smoke (caused by the discharge of emissions of hydrocarbons with water vapor), and engine noise. Variations in the composition used is a mixture of castor oil biodiesel with diesel fuel at zero percent, five percent, ten percent, 15 percent, 20 percent, 25 percent, and 30 percent. The results of this study indicate that the emissions of hydrocarbons and carbon monoxide concentration of the lowest occurred in the addition of 30 percent biodiesel, which is 0.041 g/km and 0.033 g/km. The higher temperature of the fuel (more positive), the lower the performance of the engine.This is because the higher the temperature of the fuel, then the sooner it takes fuel to freeze. Freezing that occurs in the engine can cause engine damage and congestion. While biodiesel blends with diesel fuel showed reduced freezing temperatures (pour point), so it can be applied as a fuel for diesel engines.
PENDAHULUAN
Udara sebagai atmosfer bumi merupakan media lingkungan yang sangat penting dalam kehidupan, namun dengan adanya perkembangan teknologi yang semakin pesat, akan terjadi perubahan kualitas lingkungan, termasuk kualitas udara (Amin, 2003). Penggunaan bahan bakar dari minyak bumi menghasilkan zat pencemar udara yang dapat mengakibatkan penurunan kualitas udara, antara lain gas karbon monoksida (CO), nitrogen oksida (NOx), hidrokarbon (HC), sulfur oksida (SOx), ozon (O3), dan partikulat (Colls, 2002). Penurunan
kualitas udara ini sebagian besar diakibatkan oleh keberadaan kendaraan bermotor (Boedisantoso, 2003).
Salah satu cara untuk menangani masalah ini adalah dengan cara mencari alternatif bahan bakar sebagai pengganti bahan bakar minyak bumi (Fazal dkk., 2011). Biodiesel merupakan bahan bakar yang sangat potensial bagi masa depan, dimana bahannya dapat diperbaharui dan ramah terhadap lingkungan. Biodiesel mempunyai dampak positif bagi lingkungan (Janaun and Ellis, 2010). Bahan bakar ini dapat mengurangi emisi hidrokarbon, karbon monoksida, sulfur oksida, dan partikulat. Emisi yang dihasilkan oleh biodiesel kadarnya lebih rendah daripada solar, sehingga lebih ramah lingkungan (Atadashi dkk., 2010). Jika biodiesel ini tumpah atau tercecer di tanah, maka akan cepat terdegradasi karena berasal dari bahan organik.
Pada penelitian ini digunakan minyak jarak pagar (Jatropha curcas) sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Pemilihan jarak pagar sebagai bahan baku biodiesel didasari oleh keberadaannya sebagai bahan baku non-pangan, selain itu tanaman ini dapat bertahan hidup pada berbagai kondisi kesuburan tanah. Untuk pengukuran emisinya lebih difokuskan pada hidrokarbon dan karbon monoksida karena senyawa ini merupakan emisi gas buang beracun paling utama yang dihasilkan oleh mesin diesel.
Tujuan penelitian ini untuk Mengetahui pengaruh pencampuran minyak jarak pagar dengan solar pada konsentrasi tertentu sebagai bahan bakar mesin diesel terhadap emisi hidrokarbon dan karbon monoksida yang ditimbulkan.
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilakukan pada kendaraan mesin diesel dengan bahan baku biodiesel minyak jarak pagar dan solar. Sedangkan untuk pengujian emisi dilakukan menggunakan gas analyzer. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah Komposisi campuran antara biodiesel minyak jarak pagar dengan solar, yaitu nol persen, lima persen, sepuluh persen, 15 persen, 20 persen, 25 persen, dan 30 persen. Parameter-parameter yang digunakan adalah emisi hidrokarbon dan karbon monoksida.
Tabel 1. Nilai Density 15˚C. Variasi Suhu (oF) Density 15oC SG 60o/60oF API Gravity (kg/m3) Solar 86 840,6 0,841 36,75 solar + 5% biodiesel 92 842,5 0,8429 36,37 solar + 10% biodiesel 91 844 0,8444 36,07 solar + 15% biodiesel 89 846,3 0,8467 35,62 solar + 20% biodiesel 88 848 0,8484 35,28 solar + 25% biodiesel 87 849,5 0,8499 34,99 solar + 30% biodiesel 86 851 0,8514 34,70
Gambar 1. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap Density 15oC.
Nilai density dari campuran biodiesel dan solar adalah berada lebih besar dari solar yaitu 840,6kg/m3. Jika nilai density 15oC dari campuran melebihi batas maksimum solar, maka viskositas dari campuran akan semakin besar sehingga akan memperberat kerja dari pompa. Hal tersebut akan menyebabkan pembakaran dalam mesin menjadi tidak sempurna. Sedangkan apabila berada di bawah batas minimum, viskositas campuran akan semakin menurun dan derajat volatilnya semakin besar. Hal ini akan mengurangi tekanan dalam pemompaan pada mesin, sehingga terjadi pembakaran tidak sempurna (Rosyadi, 2006). Pembakaran tidak sempurna mengakibatkan terjadinya peningkatan jumlah asap. Angka densitas bahan bakar mesin diesel yang dianjurkan untuk menghindari pembentukan asap yang berlebihan berada pada range 800 kg/m3 sampai 860 kg/m3(Song, 2000).
Flash point dan pour point
Pada tabel 2 dapat dilihat nilai flash point dan pour point sampel. Hubungan penambahan biodiesel minyak jarak terhadap flash point dan pour point dapat dilihat pada gambar 2 dan 3. Batasan minimum untuk bahan bakar diesel adalah 38oC sampai 52oC (Song, 2000).
0 150 300 450 600 750 900 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
De
nsity
1
Tabel 2. Nilai flash point dan pour point.
Variasi Flash Point Pour Point
(oC) (oC) Solar 72 6 solar + 5% biodiesel 74 2 solar + 10% biodiesel 74,5 1,5 solar + 15% biodiesel 75 1 solar + 20% biodiesel 76 0 solar + 25% biodiesel 77 -1 solar + 30% biodiesel 78 -2
Gambar 2. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap flash point.
Dari data pada tabel 2 dan gambar 2 dapat diketahui bahwa baik biodiesel murni maupun campuran biodiesel dengan solar memiliki nilai titik nyala di atas titik nyala minimum. Ini mengindikasikan bahwa biodiesel memiliki daya simpan yang layak karena tidak mudah terbakar.
Gambar 3. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap Pour Point.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
F las h P oin t (˚C) -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
P o u r P oi nt (˚C)
Destilasi
Kecepatan penguapan bahan bakar solar pada spesifikasi dinyatakan sebagai destilasi
recovery pada suhu 300oC yang perlu dibatasi dan ditetapkan minimum 40 persen volume.
Pada tabel 3 dapat dilihat perolehan destilat sampel pada suhu 300˚C. Tabel 3. Perolehan Destilat pada 300˚C.
Variasi Destilat 300˚C (mL) Solar 65 solar + 5% biodiesel 63 solar + 10% biodiesel 60,5 solar + 15% biodiesel 56 solar + 20% biodiesel 53,5 solar + 25% biodiesel 49,5 solar + 30% biodiesel 46
Hubungan penambahan biodiesel minyak jarak terhadap destilat pada suhu 300˚C dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap destilat pada 300oC.
Calculated Cetane Index (CCI)
Pada tabel 4 dan gambar 5 dapat dilihat nilai Calculated Cetane Index (CCI) bahan bakar dan hubungan penambahan biodiesel minyak jarak terhadap Calculated Cetane Index (CCI).
0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Destil at 30 0˚ C (m l)
Tabel 4. Nilai Calculated Cetane Index (CCI).
Variasi Calculated Cetane Index (CCI)
Solar 53,36 solar + 5% biodiesel 53,44 solar + 10% biodiesel 53,45 solar + 15% biodiesel 53,51 solar + 20% biodiesel 53,57 solar + 25% biodiesel 53,67 solar + 30% biodiesel 53,74
Gambar 5. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap Calculated Cetane Index (CCI).
Perhitungan angka setana yang kecil (berada di bawah nilai minimumya) akan berakibat buruk. Timbulnya knocking yang kasar pada mesin karena keterlambatan terbakarnya bahan bakar (ignition delay) di ruang bakar yang menyebabkan terjadinya akumulasi dan ketika terbakar akan terjadi ledakan keras secara berturut-turut (diesel knocking). Hal tersebut akan mengurangi tenaga yang dihasilkan oleh mesin dan pada akhirnya mengakibatkan pembakaran yang tidak sempurna, serta kerusakan pada mesin.Nilai Calculated Cetane Index bahan bakar di bawah 48 akan mengakibatkan kesulitan penyalaan mesin, timbulnya white smoke (disebabkan oleh keluarnya emisi hidrokarbon bersama uap air), dan kebisingan mesin. Viskositas kinematik
Pada tabel 5 dapat dilihat nilai viskositas kinematik sampel. Hubungan penambahan biodiesel minyak jarak terhadap viskositas kinematik dapat diketahui dari gambar 6.
Tabel 5. Nilai viskositas kinematik. Variasi Waktu alir (t) Koefisien Kapiler Viskositas kinematik (c x t) (sekon) (mm2/sekon) Solar 249 0,01459 3,633 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Ca lcu late d Ce tan e In d ex (CCI)
Gambar 6. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap Viskositas Kinematik.
Walaupun nilai viskositasnya semakin naik, tetapi masih berada dalam range spesifikasi dari bahan bakar diesel, dimana batasannya adalah 1,6 mm2/sec sampai dengan 5,8 mm2/sec. Viskositas dari suatu bahan bakar sangat berpengaruh pada kinerja mesin. Jika bahan bakar minyak mempunyai viskositas yang kecil, maka menyebabkan atomisasinya halus dan tekanan pemompaan terhadap bahan bakar berkurang. Hal tersebut akan menimbulkan kebocoran (aus) karena sifat pelumasannya kurang. Sebaliknya jika viskositasnya terlalu besar atau kental, maka atomisasinya akan kasar sehingga memperberat kinerja mesin. Oleh karena itu akan dibutuhkan tenaga yang besar untuk memompa bahan bakar minyak tersebut, sehingga terjadi pembakaran tidak sempurna. Pembakaran tidak sempurna dapat menimbulkan peningkatan kadar emisi hidrokarbon dan karbon monoksida dari mesin diesel.
Analisa Emisi dengan Variasi Konsentrasi dan Kecepatan Putaran Mesin
Pengujian berdasarkan variasi konsentrasi biodiesel sebagai campuran bahan bakar (nol per sen, lima per sen, sepuluh per sen, 15 per sen, 20 per sen, 25 per sen, dan 30 per sen). Pada tabel 6 dapat dilihat rata-rata emisi hidrokarbon dan karbon monoksida.
Tabel 6. Rata-rata emisi Hidrokarbon dan Karbon Monoksida. Kecepatan
Emisi Konsentrasi Biodiesel (g/km)
(rpm) 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 1.000 HC 0,117 0,104 0,098 0,087 0,082 0,064 0,060 CO 0,145 0,131 0,117 0,089 0,079 0,065 0,056 1.500 HC 0,104 0,098 0,068 0,063 0,060 0,055 0,049 CO 0,117 0,107 0,098 0,079 0,070 0,051 0,042 2.000 HC 0,087 0,082 0,057 0,055 0,052 0,045 0,041 CO 0,103 0,098 0,089 0,065 0,056 0,042 0,033 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Visk o sitas Kin em ati k (m m 2/se c)
Gambar 7. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar terhadap emisi Hidrokarbon dengan kecepatan tertentu.
Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan kadar hidrokarbon setiap kali penambahan konsentrasi biodiesel. Diketahui bahwa setiap kali penambahan konsentrasi biodiesel dapat memperkecil keterlambatan penyalaan dalam proses pembakaran bahan bakar. Dengan berkurangnya keterlambatan penyalaan, maka bahan bakar yang bereaksi dengan udara (oksigen) akan semakin besar, sehingga mengurangi terbentuknya sisa bahan bakar dalam bentuk hidrokarbon.
Gambar 8. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak terhadap emisi Karbon Monoksida dengan kecepatan tertentu.
Setiap kali dilakukan penambahan konsentrasi biodiesel, densitas bahan bakar semakin meningkat. Peningkatan densitas bahan bakar ini menyebabkan penurunan emisi hidrokarbon. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar densitas bahan bakar, maka kadar oksigen di dalamnya semakin besar, sehingga lebih mudah terjadi pembakaran sempurna dalam ruang bakar.
Pada gambar 8 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan kadar karbon monoksida setiap kali penambahan konsentrasi biodiesel. Penurunan ini dikarenakan pada bahan bakar, kandungan senyawa aromatiknya semakin kecil. Hal ini mengakibatkan proses pembakaran terjadi dalam kondisi cukup udara (oksigen). Selain itu penambahan konsentrasi ini dapat meningkatkan
0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Emisi Hid ro k arb o n (g /k m ) 1.000 rpm 1.500 rpm 2.000 rpm 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0 5 10 15 20 25 30 Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Emisi Ka rb o n m o n o k si d a (g /k m ) 1.000 rpm 1.500 rpm 2.000 rpm
Aspek Ekonomi Biodiesel di IndonesiaSehubungan Dengan Carbon Trade
Pada tahun 2020, bahan bakar diesel diproyeksikan mencapai sekitar 59 milyar liter. Jika 30 per sen dari kebutuhan tersebut dipenuhi oleh bahan bakar alternatif, maka Indonesia memerlukan 17,7 milyar liter biodiesel. Asumsi dari produksi pada akhir tahun 2020, bahan bakar ini dapat mengurangi emisi karbon dioksida di udara sekitar 47,26 juta ton karbon dioksida. Jika karbon dioksida ini dapat dijual dengan harga Rp 150.000,- tiap ton karbon dioksida, maka dari proyek biodiesel didapatkan keuntungan sebesar Rp 7,089 triliyun.
KESIMPULAN
Terjadi penurunan emisi hidrokarbon dan karbon monoksida seiring dengan adanya penambahan konsentrasi biodiesel sebesar lima per sen, sepuluh per sen, 15 per sen, 20 per sen, 25 per sen, dan 30 per sen pada campuran bahan bakar mesin diesel. Emisi hidrokarbon dan karbon monoksida terendah terjadi pada penambahan konsentrasi biodiesel 30 per sen, yaitu 0,041 g/km dan 0,033 g/km. Viskositas dengan penambahan biodiesel menjadi naik. Walaupun nilai viskositasnya semakin naik, tetapi masih berada dalam range spesifikasi dari bahan bakar diesel, dimana batasannya adalah 1,6 mm2/sec sampai dengan 5,8 mm2/sec. Viskositas dari
suatu bahan bakar sangat berpengaruh pada kinerja mesin. Jika bahan bakar minyak mempunyai viskositas yang kecil, maka menyebabkan atomisasinya halus dan tekanan pemompaan terhadap bahan bakar berkurang. Hal tersebut akan menimbulkan kebocoran (aus) karena sifat pelumasannya kurang.
Daftar Pustaka
Achmat Rosyadi. “Aplikasi Minyak Jarak sebagai Bahan Bakar Diesel”. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia ITS 2006, Surabaya. 2006.
Amin S. Membandingkan Emisi Gas Buang Bahan Bakar Solar dan Biodiesel. Jakarta: P3T Agroindustri-BPPT, 2006.
Atadashi I. M., Aroua M. K., and Abdul Aziz A. “High Quality Biodiesel and Its Diesel Engine Application: A Review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (7) (2010): 1999–2008.
Colls, J. Air Pollution. 2nd ed., London: SPON Press, 2002.
Fazal M. A., Haseeb, A. S. M. A., and Masjuki, H. H. “Biodiesel Feasibility Study: An Evaluation of Material Compatibility; Performance; Emission and Engine Durability. Review Article.” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (2) (2011): 1314-1324.
Janaun, J. dan N. Ellis. “Perspectives on Biodiesel as A Sustainable Fuel Review Article”. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (4) (2010): 1312-1320.
Xue, J., Grift, T. E., and Hansen, A. C. “Effect of Biodiesel on Engine Performances and Emissions Review Article.” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (2) (2011): 1098-1116.
Rachmat Boedisantoso. Teknologi Pengendalian Pencemar Udara. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS, 2003.
Soerawidjaja dan Tatang H. Biodiesel (II): Modifikasi Mesin atau Kimia, 2006.
