Energi Terbarukan dalam Aplikasinya pada Mesin

Posted: 12th December 2011 by ade kurniawan in kuliah

KINERJA BIODIESEL BERBAHAN BAKU ALGA SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF MESIN DIESEL

Oleh :   Ade Kurniawan    (0911020022)

Dendi Satyabima  (0911020036)

Anung Nugroho J (0911023024)

 

PENDAHULUAN

Pertumbuhan ekonomi dikombinasikan dengan meningkatnya populasi telah menyebabkan peningkatan yang stabil dalam tuntutan energi global. Pada saat ini, hanya biodiesel dan bioetanol yang diproduksi pada skala industri. Mereka adalah minyak pengganti untuk mesin pembakaran internal, dan berasal dari tanaman pangan seperti tebu, gula bit, jagung (jagung), sorgum dan gandum, walaupun bentuk-bentuk lain dari biomassa dapat digunakan, dan mungkin akan lebih baik.  Perhatian yang paling signifikan adalah inefisiensi dan keberlanjutan dari generasi pertama biofuel. Sebaliknya, generasi kedua biofuel yang berasal dari non-makanan bahan baku. Mereka diekstrak dari mikroalga dan sumber mikroba lainnya, ligno-selulosa biomassa, jerami padi dan bio-eter, dan merupakan pilihan yang lebih baik untuk mengatasi ketahanan pangan dan energi dan masalah lingkungan.

POTENSI MIKROALGA

Mikroalga, menggunakan proses fotosintesis mirip dengan tanaman lebih tinggi dan dapat menyelesaikan seluruh siklus tumbuh setiap beberapa hari. Bahkan, dua kali lipat biomassa mikroalga hanya membutuhkan waktu selama pertumbuhan eksponensial dapat sesingkat 3.5 jam. Beberapa mikroalga tumbuh heterotrophikal pada sumber karbon organik. Namun, produksi heterotrofik tidak efisien dengan menggunakan fotosintesis mikroalga, karena sumber karbon organik yang diperlukan terbarukan pada akhirnya diproduksi oleh fotosintesis tanaman.

Mikroalga yang dikembangkan dari pabrik biokimia,  lebih efisien dibandingkan tanaman darat dan sekaligus pemecah masalah CO2 . Kemampuan alga untuk memperbaiki CO2 telah diusulkan sebagai metode untuk menghilangkan CO2 dari gas buang dari pembangkit listrik, dan dengan demikian dapat digunakan untuk mengurangi emisi. Banyak ganggang sangat kaya akan minyak, yang dapat dikonversi ke biodiesel. Kandungan minyak beberapa jenis mikroalga melebihi 80% dari berat kering biomassa alga itu sendiri.

EFISIENSI PENGGUNAAN ALGA SEBAGAI BAHAN BAKU BIODIESEL

Goudriaan et al  mengklaim efisiensi termal (didefinisikan sebagai rasio nilai-nilai pemanasan bio-mentah produk dan bahan baku ditambah masukan panas eksternal) untuk proses upgrade hidrotermal dari biomassa dari berat kering 10 kg h-1 pabrik percontohan setinggi 75%. Produk utama dari proses ini adalah bio-mentah dari perhitungan untuk berat 45% dari bahan baku yang bebas abu kering, dengan nilai kalor rendah dari 30-35 MJ kg-1, yang kompatibel dengan solar fosil dan dapat ditingkatkan lebih lanjut karena dapat menggantikan minyak solar di boiler dan mesin pembakaran internal tanpa penyesuaian besar, hanya penurunan kecil dalam penelitian.

Meskipun biodiesel memiliki banyak keuntungan, ia masih memiliki beberapa sifat-sifat yang perlu ditingkatkan, seperti rendah nilai kalor, tenaga mesin yang lebih rendah dan kuarang efektif, emisi NOx yang lebih tinggi , dan sensitivitas yang lebih besar pada suhu rendah.

KINERJA BIODIESEL PADA MESIN DIESEL

Alasan lebih praktis dan menguntungkan mendorong pengembangan terobosan bahan bakar alter-natif saat ini lebih diarahkan ke bahan bakar bentuk cair. Bahan bakar cair  yang sedang pesat diteliti dan dikembangkan sekarang ini adalah bahan bakar cair pengganti solar. yang dikenal dengan istilah Biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar cair yang diproses dari lemak hewan atau minyak nabati. Biodiesel adalah bahan bakar cair dari hasil proses transesterifikasi minyak atau lemak.

Proses transesterifikasi tersebut pada prinsipnya dilakukan dengan maksud mengeluarkan gliserin dari minyak dan mereaksi-kan asam lemak bebasnya dengan alkohol menjadi  alcohol ester. Dalam prakteknya transesterifikasi dilakukan dengan mencampur minyak nabati/hewani dengan alcohol (methanol, etanol dan  lain sebagainya) dengan menggunakan katalisator KOH atau NaOH. Proses transesterifikasi dilakukan selama ½ sampai 1 jam pada suhu kamar atau pada suhu yang lebih tinggi, campuran yang terjadi didiamkan sehingga terbentuk dua lapisan, yaitu lapisan bawah (gliserin) dan lapisan atas adalah metil ester.

Meskipun nilai kalori minyak biodiesel lebih rendah dari solar, namun karena proses pembakarannya lebih sempurna, maka kekuatannya sama besar dengan bahan bakar berbasis mineral. Pembuatan biodiesel dari minyak nabati dilakukan dengan mengkonversi trigliserida (komponen utama minyak nabati) menjadi metil ester asam lemak, dengan memanfaatkan katalis pada proses metanolisis/esterifikasi.  Beberapa katalis telah digunakan secara komersial dalam memproduksi biodiesel. Selain itu, juga diupayakan katalis katalis dari sisa produksi alam seperti, janjang sawit, abu sekam padi dan sebagainya.

Penelitian karakteristik pembakaran injeksi langsung mesin turbocharged  diesel menggunakan campuran metil, isopropil dan winterized metil ester dari biodiesel sebagai bahan bakar. Mereka menemukan  bahwa bahan bakar campuran kecuali semua telah sama reaksi pembakaran isopropil ester, pengapian untuk ester / solar campuran lebih pendek daripada solar sebagai bahan bakar. Hasil yang sama dilaporkan oleh  McDonald et al. Mereka menyelidiki metil  ester biodiesel sebagai bahan bakar pada mesin diesel injeksi langsung dan menemukan bahwa karakteristik pembakaran secara keseluruhan cukup sama seperti untuk solar kecuali keterlambatan pengapian yang lebih pendek untuk biodiesel metil ester.

BSFC (Brake Spesific Fuel Consumption) dengan B100 ( biodiesel murni 100%) adalah menurun dari 0,93 kg / kWh pada beban rendah untuk 0,44 kg / kWh di beban penuh. Pada kondisi beban rendah, BSFC dengan B20 (campuran biodiesel sekitar 20%) adalah sekitar 23% dan dengan B100 adalah sekitar 33% lebih tinggi dari solar. Pada kecepatan rendah, kondisi beban rendah, suhu silinder yang rendah, volatilitas biodiesel yang lebih rendah dibandingkan solar, silinder rendah temperatur tidak mendukung pembakaran yang tepat. Hal ini mungkin alasan BSFC lebih tinggi dengan B100 dan B20. Akibat pada BSFC adalah menurun menjadi hanya 2,5% untuk B20 dan 13% untuk B100 pada beban penuh operasi. Pada kondisi beban rendah, BSFC dengan B20 adalah sekitar 4% dan dengan B100 adalah sekitar 15% lebih tinggi dari bahwa dari diesel. Karena kandungan energi yang lebih rendah dari BSFC biodiesel meningkat secara signifikan dengan B100. Meskipun B20 dan B100 mengandung energi sekitar 2,5% dan 12% lebih sedikit dari solar, mesin diesel mengkonsumsi 6% dan bahan bakar 18% lebih tinggi dari solar yang berarti bahwa efisiensi mesin dengan bahan bakar biodiesel lebih boros.

Sebuah penyelidikan eksperimental dilakukan untuk mengeksplorasi kinerja biodiesel dan campuran sebagai pengganti diesel pada mesin diesel kecil. Hasil yang diperoleh menunjukkan kesimpulan konsumsi bahan bakar rata-rata dengan B20 dan B100 lebih tinggi
dari solar. Pada beban rendah dan kecepatan rendah, beban penuh, kecepatan tinggi operasi, konsumsi bahan bakar dengan biodiesel adalah jauh lebih tinggi daripada diesel dibandingkan dengan kondisi lain.

Pada kecepatan mesin tinggi dan kondisi beban berat, efisiensi termal biodiesel 100% dan campuran sebagus solar. Namun, ketika kecepatan mesin dan beban terlalu rendah atau kandungan biodiesel terlalu tinggi dan campuran memiliki kekurangan yang lebih besar dibandingkan dalam efisiensi  dengan solar. Secara keseluruhan peningkatan NOx dengan B20 adalah sekitar 2% dan bahwa dengan B100 adalah sekitar 10% dari solar. Namun, pada kecepatan rendah – kondisi tidak berbeban dimana ada banyak kelebihan udara, tidak ada peningkatan emisi NOx dengan biodiesel dan campuran dibandingkan dengan solar. Produksi CO didominasi oleh kondisi campuran lokal bukan dari kondisi campuran secara keseluruhan.

Hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa biodiesel dapat digunakan sebagai bahan bakar motor diesel, baik sebagai campuran dengan minyak solar atau 100% biodiesel berbahan dasar alga. Beberapa tumbuhan penghasil lemak yang dapat digunakan sebagai bahan baku biodiesel sangat beragam, namun dalam perkembangannya kebutuhan tersebut berbenturan dengan kebutuhan produksi dan pangan masyarakat.

Bahan bakar mesin diesel sebagian besar terdiri dari senyawa hidrokarbon dan senyawa nonhidrokarbon. Senyawa hidrokarbon yang dapat ditemukan dalam bahan bakar diesel antara lain parafinik, naftenik, olefin  dan aromatik. Untuk senyawa nonhidrokarbon terdiri dari senyawa yang mengandung unsur non logam, yaitu S, N, O dan unsur loga m seperti vanadium, nikel dan besi. Beberapa karakteristik bahan bakar motor diesel yang paling utama diantaranya adalah: Berat Jenis  (Specific Gravity), Viskositas  (Viscosity),  Nilai Kalori  (Calorific Value), Kandungan Sulfur (Sulphur Content), Daya Pelumasan, Titik Tuang (Pour Point), Titik Nyala (Flash point), Angka Cetane (Cetane Number),  Kandungan Arang, Kadar Abu (Ash Content)

Komposisi gas buang mesin diesel secara umum diambil rata-rata dengan kondisi kerja mesin normal. Gas buang mesin diesel sangat banyak mengandung partikulat karena banyak di-pengaruhi oleh faktor bahan bakar yang tidak bersih. Apabila di-kelompokkan secara keseluruhan, gas buang mesin diesel terdiri dari partikulat yang merupakan residu karbon, pelumas yang tidak terbakar, sulfat yang terkandung dalam bahan bakar dan lain-lain. Faktor lain yang sangat dominan dalam memberikan sumbangan zat pencemar ke udara adalah faktor campuran udara kompresi dengan bahan bakar yang disemprotkan. Pencampuran yang tidak sebanding (terlalu banyak bahan bakar) menghasilkan gas buang yang mengandung partikulat berlebihan.

Pengujian gas buang mesin diesel (asap) dimaksudkan untuk mengukur kepekatan asap yang dihasilkan oleh pembakaran dalam mesin. Kepekatan asap adalah kemampuan asap untuk meredam cahaya, apabila cahaya tidak bisa menembus asap maka kepekatan asap tersebut dinyatakan 100 persen (%), apabila cahaya bisa melewati asap tanpa ada pengurangan intensitas cahaya maka kepekatan asap tersebut dinyatakan sebagai 0%  (nol persen). Kepekatan asap disebut juga opasitas, yang dinyatakan dalam satuan berbeda-beda.

Sebagai suatu bahan bakar yang akan diaplikasikan pada sebuah mesin, maka bahan bakar harus memenuhi beberapa kriteria yang disebut dengan karakteristik bahan bakar yang dibandingkan dengan bahan bakar standar melalui beberapa pengujian yang telah ditentukan berdasarkan standar mutu internasional bahan bakar yaitu dari  American Standard and Testing Material.

Besarnya daya motor yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar pada berbagai fraksi biodiesel memiliki karakteristik yang lebih baik dari pada minyak diesel murni (100%) terutama pada campuran biodiesel sekitar 20%. Pada fraksi ini tampak bahwa besarnya daya pada poros untuk semua variasi rpm memiliki karakteristik yang lebih baik  daripada solar murni maupun beberapa fraksi lainnya.

Pengujian menunjukkan penggunaan biodiesel dalam hasil mesin diesel di substansial pengurangan hidrokarbon tidak terbakar, karbon monoksida, dan partikel. Knalpot emisi Total hidrokarbon (faktor kontribusi dalam pembakaran) asap dan ozon berada pada rata-rata 67 persen lebih rendah untuk biodiesel daripada bahan bakar solar. Knalpot emisi karbon monoksida (gas beracun) dari biodiesel pada rata-rata 48 persen lebih rendah dari emisi karbon monoksida dari solar.

Bahan bakar alternatif untuk masa depan harus memenuhi kriteria ketersediaan (sumber yang banyak dan/atau terbarukan), rendah/tidak menghasilkan emisi gas buang yang berbahaya, murah dan mudah didapat dimanapun.

Penelitian lebih lanjut tentang pengembangan biodiesel berbahan baku alga sangat diperlukan. Pendekatan secara keseluruhan akan mengadopsi produksi biomassa terintegrasi sistem konversi. Ini termasuk produksi mikroalga di pembangkit listrik tenaga termal untuk eksekusi CO2, pengolahan air limbah dan kontrol emisi, integrasi dari sebuah penukar panas internal jaringan dan pemanfaatan tekanan tinggi dan suhu tinggi dari reaktor dan konversi untuk daya. Jadi, biofuel mikroalga adalah sumber daya energi yang berkelanjutan, tantangan menjadi produksi skala besar.

 

REFERENSI

F. Halek, A. Kavousi, and M. Banifatemi. Biodiesel as an Alternative Fuel for Diesel Engines. World Academy of Science, Engineering, and Technology. 2009. 57

Vishwanath, Patil; Tran, Khanh-Quang; and Giselrød, Hans Ragnar. Towards Sustainable Production of  Biofuels from Microalgae. International Journal of Molecular Sciences . 2008, 9, 1188-1195.

Roy,  Murari M. Performance and Emissions of a Diesel Engine Fueled by Diesel biodiesel Blends with Special Attention to Exhaust Odor. Canadian Journal on Mechanical Sciences and Engineering. 2011. Vol. 2, No. 1.

CAPTCHA Image
*