penggunaan biodiesel minyak jarak pagar dan pengaruhnya

Pengaruh Konsentrasi Biodiesel (Alia Damayanti)
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: [email protected]
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.
Keywords: Biodiesel, jatropha fuel, emision, hydrocarbon and carbon monocside.
1
Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia 2011: xx-xx
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.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Density pada 15oC
Pada tabel 1 dapat dilihat nilai density sampel. Hubungan penambahan biodiesel minyak
jarak terhadap density 15˚C dapat dilihat pada gambar 1.
2
Pengaruh Konsentrasi Biodiesel (Alia Damayanti)
Tabel 1. Nilai Density 15˚C.
Density 15oC
Suhu
(oF)
86
92
91
89
88
87
86
Variasi
Solar
solar + 5% biodiesel
solar + 10% biodiesel
solar + 15% biodiesel
solar + 20% biodiesel
solar + 25% biodiesel
solar + 30% biodiesel
840,6
842,5
844
846,3
848
849,5
851
API
Gravity
36,75
36,37
36,07
35,62
35,28
34,99
34,70
Density 15˚C
900
750
600
450
300
150
0
SG
60o/60oF
0,841
0,8429
0,8444
0,8467
0,8484
0,8499
0,8514
(kg/m3)
0
5
10
15
20
25
30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
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).
3
Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia 2011: xx-xx
Tabel 2. Nilai flash point dan pour point.
Flash Point
(oC)
72
74
74,5
75
76
77
78
Variasi
Flash Point (˚C)
Solar
solar + 5% biodiesel
solar + 10% biodiesel
solar + 15% biodiesel
solar + 20% biodiesel
solar + 25% biodiesel
solar + 30% biodiesel
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Pour Point
(oC)
6
2
1,5
1
0
-1
-2
0
5
10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Gambar 2. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar
terhadap flash point.
Pour Point (˚C)
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.
7
6
5
4
3
2
1
0
-1 0
5
10
15 20 25
30
-2
-3
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Gambar 3. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar
terhadap Pour Point.
Pada penambahan biodiesel sebanyak 25 persen ternyata memiliki nilai 0oC. Hal tersebut
menunjukkan bahwa solar mengalami titik kejenuhan, dimana suatu saat pour point dapat
berada di bawah titik 0oC. 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.
4
Pengaruh Konsentrasi Biodiesel (Alia Damayanti)
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.
Solar
solar + 5% biodiesel
solar + 10% biodiesel
Destilat 300˚C
(mL)
65
63
60,5
solar + 15% biodiesel
solar + 20% biodiesel
56
53,5
solar + 25% biodiesel
solar + 30% biodiesel
49,5
46
Variasi
Hubungan penambahan biodiesel minyak jarak terhadap destilat pada suhu 300˚C dapat
dilihat pada gambar 4.
Destilat 300˚C
(ml)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5 10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
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).
5
Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia 2011: xx-xx
Tabel 4. Nilai Calculated Cetane Index (CCI).
Calculated Cetane Index (CCI)
53,36
53,44
53,45
53,51
53,57
53,67
53,74
Calculated Cetane Index
(CCI)
Variasi
Solar
solar + 5% biodiesel
solar + 10% biodiesel
solar + 15% biodiesel
solar + 20% biodiesel
solar + 25% biodiesel
solar + 30% biodiesel
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
5
10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
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
Solar
solar + 5% biodiesel
solar + 10% biodiesel
solar + 15% biodiesel
solar + 20% biodiesel
solar + 25% biodiesel
solar + 30% biodiesel
Waktu alir
(t)
(sekon)
249
271
287
302
318
333
350
6
Koefisien
Kapiler
0,01459
0,01459
0,01459
0,01459
0,01459
0,01459
0,01459
Viskositas kinematik (c
x t)
(mm2/sekon)
3,633
3,954
4,187
4,406
4,640
4,858
5,107
Pengaruh Konsentrasi Biodiesel (Alia Damayanti)
Viskositas Kinematik
(mm2/sec)
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0.000
0
5
10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
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
(rpm)
1.000
1.500
2.000
Emisi
HC
CO
HC
CO
HC
CO
0%
0,117
0,145
0,104
0,117
0,087
0,103
Konsentrasi Biodiesel (g/km)
10%
15%
20%
0,098
0,087
0,082
0,117
0,089
0,079
0,068
0,063
0,060
0,098
0,079
0,070
0,057
0,055
0,052
0,089
0,065
0,056
5%
0,104
0,131
0,098
0,107
0,082
0,098
7
25%
0,064
0,065
0,055
0,051
0,045
0,042
30%
0,060
0,056
0,049
0,042
0,041
0,033
Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia 2011: xx-xx
Emisi Hidrokarbon
(g/km)
0.140
0.120
0.100
0.080
0.060
0.040
0.020
0.000
1.000 rpm
1.500 rpm
2.000 rpm
0 5 10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
Gambar 7. Grafik hubungan penambahan Biodiesel Minyak Jarak Pagar
terhadap emisi Hidrokarbon dengan kecepatan tertentu.
Emisi Karbon monoksida
(g/km)
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.
0.160
0.140
0.120
0.100
0.080
0.060
0.040
0.020
0.000
1.000 rpm
1.500 rpm
2.000 rpm
0 5 10 15 20 25 30
Penambahan Biodiesel Minyak Jarak (%)
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
angka setana bahan bakar, dimana kondisi ini dapat memperkecil keterlambatan penyalaan
dalam proses pembakaran. Dengan berkurangnya keterlambatan penyalaan, maka bahan bakar
yang bereaksi dengan udara (oksigen) semakin besar, sehingga mengurangi terbentuknya sisa
bahan bakar yang nantinya dikeluarkan dalam bentuk gas karbon monoksida (CO). Hal ini
sama dengan penelitian Soerawidjaja dan Tatang (2006) dan review dari Xue dkk. (2011).
8
Pengaruh Konsentrasi Biodiesel (Alia Damayanti)
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.
Song, Chunsan, Chang S, Hsu and Mochida Isao. Chemistry of Diesel Fuels. New York: Taylor & Francis, 2000.
9
Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia 2011: xx-xx
10