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

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

OUTLINE

1. STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN METAL DAN

NON-METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BIOSOLAR TERHADAP KOMPONEN

METAL DAN NON-METAL SALURAN BAHAN BAKAR MESIN DIESEL

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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"

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Latar Belakang

5

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%, rekomendasiOEMdi 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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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]

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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]

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat



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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

UJI PERENDAMAN & DISKUSI

DENGAN GAIKINDO-JAMA

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Uji Perendaman Komponen Sistem Bahan Bakar

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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 P e rub a ha n Be ra t (%)

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 P e rub a ha n Be ra t (%)

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 P ER U BA H A N D IM EN S I (%)

Komponen Fuel Injection Tube

Perubahan berat terkecil

diperoleh pada komponen

metal di Injection Pump

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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 P e rub a ha n Be ra t (%)

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 P e rub a ha n Be ra t (%)

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 P e rub a ha n B e ra t (%)

Komponen Fuel Injection Pump

_{Perubahan berat terkecil diperoleh}

pada komponen non-metal di Fuel

Injection Pump

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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 -

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B0

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Hasil Uji Komposisi Bahan Bakar Perendam B20

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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, 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

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

No Parameter Uji Hasil Uji

B-100 Min /Max Metode Uji 1 Massa Jenis pada 40o_{C, Kg/m}3 _{857,5 850 – 890 ASTM D 4052}

2 Viskositas pada 40o_{C, cSt 4,61 2,3 – 6,0 ASTM D 445}

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

4 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

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

PENGUJIAN STABILITAS PENYIMPANAN BAHAN BAKAR BIODIESEL

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

KELUARAN

Data teknis karakteristik stabilitas biodiesel

setelah penyimpanan berbagai kondisi

Masukan kebijakan Stabilitas Penyimpan

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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 0_C

Pressure gauge 0 – 100 psia

Pipa 1/2 “

Valve Neadel Valve

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

KONSTRUKSI DAN INSTALASI TANGKI STABILITAS

PENYIMPAN DI LUAR RUANGAN

Tangki pengujian stabilitas penyimpanan biodiesel yang ditimbun

Tangki pengujian stabilitas penyimpanan biodiesel diatas permukaan tanah

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Pengujian Bilangan Angka Asam

Grafik Bilangan Asam B-0

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Pengujian Viskositas

Grafik Viskositas B-0

Grafik Viskositas B-10

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

Pengujian Stabilitas Oksidasi

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

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

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.

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat

ESDM untuk Kesejahteraan Rakyat