Bahan Bakar Nabati

Biomassa

Bahan biologis yang hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk produksi industri. Umumnya biomassa berasal dari tumbuh-tumbuhan yang dipelihara untuk digunakan sebagai biofuel, produksi serat, bahan kimia, atau panas. Biomassa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dibakar sebagai bahan bakar. Biomassa tidak mencakup materi organik yang telah tertransformasi oleh proses geologis menjadi zat seperti batu bara atau minyak bumi.

Bahan Bakar dari Biomassa

• Bahan dari tumbuhan, yang terdiri dari :
– selulosa
– hemiselulosa
– lignin
– gula yang diperoleh dari hasil penguraian selulosa dan hemiselulosa

• Pati (polimer dari gula)


Biomassa dari Tumbuhan
Contohnya :
- Biji2an, gula dan tepung
- Bahan berselulosa, termasuk jenis rumput2an,pepohonan dan sampah hijau.
- Biji2an yang mengandung minyak(kedele, biji bunga matahari dlsb).
- Limbah organik lain.

Keuntungan Bahan Bakar Nabati yaitu :

> Mengurangi penggunaan,
- Bahan bakar asal fosil dan
- Pelepasan gas rumah kaca(Green House Gas/GHG) ke atmosfir

> Mendaur ulang karbon dioksida dari atmosfir
> Menaikkan harga dan pendapatan sektor pertanian.
> Kontribusi terhadap pengamanan energi, karena akan mengurangi ketergantungan terhadap Timur Tengah untuk minyak bumi (petroleum)
> Membantu proteksi kenaikan harga minyak mentah .
> Mengurangi emisi berbahaya seperti emisi sulfur dioksida.

Bahan Bakar Nabati Utama

> Substitusi untuk gasolin
- Metanol
- Etanol
> Substitusi untuk diesel
- Biodiesel

Metanol

Produksi :
> Dari gas metana diubah menjadi metanol

- Sumber metana
a. Gas alam (90% metana)
b. Dekomposisi anaerobik (pembusukan)
* TPA ( Tempat Pembuangan Akhir)
* Hewan
* Rumen (kotoran ternak)
* Limbah organik rumah tangga.
c. Sumber-sumber lain.
* Kayu bakar.

Pada Metanol, Metana tidak perlu dikonversikan menjadi metanol. Selain itu Metanol bisa dijadikan sumber energi generator.
- kota Joetsu, Jepang
* 170 kL/hari dari lumpur septik tank.
* 70 kL/hari dari tanah kompos.
* 8 tons/hari dari limbah rumah tangga.
- Menghasilkan 600-1100 KWH per hari
* Tergantung dari waktu setiap tahunnya.

Masalah dengan Metanol
Mesin kendaraan bermotor harus diubah agar dapat menggunakan bahan bakar M100 karena kebanyakan kendaraan bermotor dapat memakai M15 tanpa masalah. Selain itu mobil memerlukan tangki bahan bakar yang lebih besar.

Bioetanol

Etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi gula atau sumber karbohidrat menggunakan bantuan mikroorganisme.

Gasoholº
campuran bioetanol kering/absolut terdenaturasi dan bensin pada kadar alkohol s/d sekitar 22%-volume. Istilah bioetanol identik dengan bahan bakar murni.
BEXº gasohol berkadar bioetanol X%-volume.


> Pemanfaatan Bioetanol
- Sebagai bahan bakar substitusi BBM pada motor berbahan bakar bensin ;
digunakan dalam bentuk murni 100% (B100) atau dicampur dengan premium (EXX)
- Gasohol s/d E10 bisa digunakan langsung pada mobil bensin biasa(tanpa mengharuskan mesin dimodifikasi).

> Proses Pembuatannya
• Proses/sintesa kimia dari senyawa hidrokarbon
• Fermentasi gula, dilanjutkan distilasi(untuk pemurnian)
> Metoda :
• Fermentasi gula dan/atau pati
- USA – Jagung ( + kedele)
- Brazil – Batang tebu
* 18.5 hingga 19.8 gallon per ton tebu untuk fermentasi
• Lignoselulosa
- Uses low grade biomass
* 75 galon of etanol per ton of biomassa
* Bermudagrass, tall Fescue, Switchgrass,dsb.

> Keuntungan Etanol
• Dapat dibuat dengan mudah dari bahan terbarukan
• Tidak beracun (terhadap manusia)
• Bahan bakar yang baik untuk mesin dengan penyalaan (busi)
• Reaktan yang baik untuk membuat biodiesel

> Yang kurang menguntungkan dari etanol :

• Ada beberapa produk pembakaran yang kurang baik.
• Densitas energi lebih rendah dibandingkan terhadap gasoline
• Energi untuk distilasi lebih intensif.
• Lebih mahal dibandingkan dengan metanol
• Untuk membuat biodiesel diperlukan etanol lebih banyak.
• Membuat etil ester lebih licin.

Produksi Etanol dengan proses batch dilakukan dengan cara
• Penghancuran (sakarifikasi)
• Fermentasi
• Distilasi.

Sakarifikasi
• Mengubah karbo hidrat menjadi gula.
• Melarutkan pati dengan air panas.
• Mengubah pati menjadi gula dengan enzim

Masalah dengan Etanol adalah
• E10 dan E20 memiliki tekanan uap rendah, sehingga lebih mudah menguap dibandingkan dengan E0.
• Campuran Etanol dan gasoline dapat mengakibatkan kenaikan emisi formaldehida dari 100% hingga 200%. Pernah ditemui emisi hingga 700%.
• Jika ada air, etanol dapat terpisah dari gasoline. Memicu korosi pada mesin.
• Dapat menurunkan kondisi logam, karet, dan plastik,baik di mobil, tangki penampung di pompa bahan bakar, dan pompanya sendiri.
• Memiliki tegangan permukaan rendah, sehingga mudah merembes bila ada pori atau retakan kecil.

Sumber : Endang Padminingsih, Ir., M.Sc.

CORROSION

Proses Alamaiah yang merugikan

1. Logam =====> Lingkungan =====> Terkorosi
2. Produk logam baja
> 70% dimanfaatkan
> 30% rusak
- 2/3 daur ulang + ikutan + energi
- 1/3 produk kor

Definisi Korosi

> Logam dari alam (oksida) kembali ke alam (oksida = produk korosi)
> Kerusakan pada bahan (logam) karena bereaksi (interaksi reaksi kimia) dengan
lingkungan.
> Fe -> Fe++ + 2e-
> Gejala destruktif yang mempengaruhi hampir semua logam
Korosi bukan karat.


Zat/Unsur

- Semua zat pada hakekatnya terdiri atas atom, molekul atau ion-ion.
- Terdapat 103 macam unsur (yang telah ditemukan).
- Dari 103 unsur, hanya ada 5 unsur yang membentuk 91% kerak bumi
- Banyak oksigen + silikon membentuk 74,3 % dari seluruh massa.
- Dari 103 macam unsur, bagian terbesar adalah logam.

Macam-macam Bentuk Korosi

1. Korosi merata (uniform corrosion)

Serangan korosi merata adalah korosi yang terjadi karena reaksi elektrokimia yang berlangsung merata pada permukaan logam. Logam akan menjadi tipis yang dapat menimbulkan kerusakan.Seluruh permukaan terkorosi dengan laju yang sama anoda dan katoda tersebar merata dan dapat tukar tempat kerusakan dinyatakan sebagai laju penetrasi (mpy) menyebabkan kehilangan material terbesar tetapi tidak dianggap berbahaya karena laju serangan mudah diukur dan diketahui.

2. Korosi galvanik

Apabila dua logam berbeda saling kontak listrik dan terbuka ke media korosif yang sama, maka akan terjadi korosi galvanik (korosi bimetal).
Beda : jenis (komposisi), struktur tegangan, dan beda potensial.
Logam yang lebih aktif terkorosi lebih parah sedangkan yang lebih mulia akan berkurang laju korosinya. (Lihat deret galvanik). Faktor lain yang berpengaruh: tahanan elektrolit jarak dari titik kontak, perbandingan luas permukaan anoda dibanding katoda. Korosi galvanik tidak akan terjadi bila kedua logam yang berbeda tersebut tidak berhubungan langsung, walaupun keduanya berada di dalam elektrolit yang sama.
- Contohnya : stainless steel : bisa aktif dan bisa juga bersifat pasif.
- Baja dan aluminium. Dalam larutan chloride pekat, baja bersifat pasif, sedangkan
dalam larutan chloride encer sebaliknya

> Pengukuran lebih teliti dengan :
- Kurva polarisasi
- Potensial kritis
> Metoda kontrol :
- Design
- Pemilihan material
- Mengontrol lingkungan/elektrolit
- Barrier coating
- Metoda elektrokimia :
- Isolasi
- Logam transisi
- Proteksi katodik (anoda korban, impress current)


3. Korosi celah (crevice corrosion)

Korosi ini dipicu oleh keterbatasan perpindahan massa oksigen terlarut ke tempat-tempat yang sempit (celah yang terjadi akibat kesalahan konstruksi atau akibat adanya endapan atau kotoran dipermukaan logam), sehingga terbentuk kondisi lingkungan yang berbeda antar lokasi di dalam celah dan diluar celah. Permukaan logam di dalam celah sempit berangsur-angsur akan bersifat lebih anodik dibandingkan dengan permukaan logam di luar celah. Akibatnya laju korosi di dalam celah akan lebih cepat terkorosi.

4. Korosi sumuran (pitting corrosion)

Adalah bentuk korosi yang menghasilkan lubang (sumuran) pada logam-logam pasif yang akibat pecahnya selaput pasif dalam media yang mengandung ion agresif. Lubang sumuran yang terbentuk diameternya kecil, kadang sangat berjauhan kadang berdekanan hingga kelihatan permukaannya kasar.

> Korosi sumuran ini merupakan salah satu bentuk korosi yang sangat merusak dan kejadiannya tiba-tiba. Ia akan menyebabkan peralatan gagal berfungsi karena terbentuknya sumuran yang hanya memberikan kehilangan berat yang kecil dari keseluruhan strukturnya.

5. Korosi intergranular (intergranular corrosion)

Serangan korosi intergranular mengarah kedalam menyebabkan kehilangan kekuatan yang sangat besar pada material, dibandingkan dengan serangan korosi merata yang menyebabkan kehilangan berat yang sama. Korosi intergranular akibat segregasi pengotor atau konstituen paduan atau pengendapan karbida (yang menyebabkan kekurangan unsur pasif) pada batas butir.

6. Pelindihan selektif (selective leaching or parting)

Akibat terlarutnya unsur pemadu yang paling aktif, proses ini sering juga diberi nama menurut unsur-unsur yang hilang pada kasus spesifik. Seperti dezincfication, dealuminification, grafitization dll.

> Dezincfication : larutnya Zn dari kuningan yang berkadar Zn tinggi (brass) didalam lingkungan asam / basa/ netral. Dezincfication ini terlihat nyata dari warna paduan yang merah yang kontras dari warna aslinya kuning. Ada dua tipe umum dari dezincfication yaitu :
1. Dezincfication merata atau tipe lapisan
2. Dezincfication setempat atau tipe plug.


7. Korosi erosi (erosion corrosion)

Korosi erosi adalah kerusakan kumulatif akibat adanya lingkungan korosif dan gerak relatif antara lingkungan dengan material. Modus korosi lainnya yang masuk dalam kelompok ini adalah : kavitasi (cavitation), fretting.
- Adhesive Wear : solid vs solid
- Abrasive wear : solid vs partikel
- Erosion wear : solid vs fluida yang mengandung partikel

> Erosion Corrosion : percepatan korosi karena adanya gerakan relatif antara
permukaan logam dengan fluida korosif
> Laju korosi akan dipercepat dengan adanya turbulensi aliran
> Faktor-faktor yang berpengaruh :

- Kecepatan relatif
- Massa, ukuran, distribusi ukuran, bentuk, kekerasan, dan komposisi
partikel padat
- Kerapatan partikel, dan frekuensi tumbukan
- Kerapatan dan viskositas fluida
- Sudut tumbuk
> Cara Menghindari :

- Pemilihan material
- Ceramic coating
- Perancangan (belokan, turbulensi, tebal dinding, diameter)
- Filter partikel abrasive
- Proteksi katoda (external)
- Inhibitor



8. Environmental Cracking

Environmental cracking adalah bentuk parah dari korosi local.
Contohnya adalah stress corrosion cracking (SCC), fatigue corrosion, dan hydrogen embrittlement.

Perbandingan ketiga jenis cracking tersebut dapat dilihat dalam table berikut :

1). STRESS CORROSION CRACKING

- Gabungan dari stress dan lingkungan korosif yang menyebabkan timbulnya retakan
- Kedua faktor tersebut harus ada
- Terjadi dengan tiba-tiba setelah waku operasi tertentu
- Ditemukan pada bejana tekan, pipa, dan komponen yang mengalami stress besar
- Asal stress : kondisi kerja, residual stress
- Ada tegangan kritis (threshold stress) agar terjadi retakan
- Ada beberapa material tertentu yang mudah terkena SCC.

> Persyaratan terjadinya SCC :
- Material
- Lingkungan
- Tegangan tarik minimum

> Contoh pasangan :
- Brass : Ammonia
- Austenitic SS : Chloride
- High Strength Steel : Hydrogen

> Metoda Penanggulangan :
- Pemilihan material :
a. Material yg tdk mudah terkena SCC
b. Semakin tinggi koefisien y, semakin mudah terkena SCC
c. Semakin tahan terhadap SCC, semakin mahal
- Kontrol Stress :
a. Stress dari kondisi operasi tidak dapat dikurangi
b. Tegangan sisa tarik berbahaya
c. Tegangan sisa tekan lebih diinginkan

> Kontrol Lingkungan :
- Mengurangi severity lingkungan kerja (jika memungkinkan)
- Menggunakan inhibitor
- Menggunakan coating

2). SULFIDE STRESS CRACKING

- Retakan yang terjadi pada logam karena adanya tegangan tarik dalam
lingkungan air dan H2S.
- Terjadi karena penyerapan atom-atom hidrogen pada permukaan logam.
- Baja kekuatan tinggi, terutama daerah sambungan weld dan HAZ lebih
mudah terserang, karena adanya residual stress
> Faktor yang berpengaruh

- pH air
- Kandungan H2S (diatas 50 ppm)
- Hardness ( < 200 BHN) - Material - Standar NACE : MR0175 : Metals in Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking Resistance in Sour Oilfield Environments RP0472 : Methods and Control to Prevent In-Service Environmental Cracking of Carbon Steel Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments > Gabungan adhesive wear dan korosi

- Terjadi gerak relatif antara dua permukaan
- Amplitudo gerakan sangat kecil
- Partikel logam yang terlepas dari permukaan akan teroksidasi dan
menjadi partikel brasif
Contohnya : antara poros dengan bantalan luncur

3). CAVITATION EROSION

- Terjadi pada permukaan yang berkontak dengan cairan
- Ketika tekanan fluida turun di bawah tekanan uapnya, maka terjadi gas
dan gelembung
- Gas atau gelembung tersebut akan pecah ketika mencapai daerah tekanan tinggi
- Saat gelembung pecah terjadi transmisi tekanan sangat tinggi dan
menyebabkan kerusakan berupa cacat sumuran (pits)

4). INTERGRANULAR CORROSION

- Korosi terjadi pada batas butir

- Penyebab :
a. Kadar Cr pada batas butir lebih rendah dari dalam butir
b. Batas butir lebih reaktif dari butir
c. Unsur terlarut di batas butir akan meningkatkan laju korosi

5). INTERGRANULAaR CORROSION

- Austenitic Stainless Steel :
* Presipitasi karbida di batas butir (sensitisasi)
* Presipitisasi pada T = 425 – 815 oC
* Larut di atas T = 1035oC (solution treatment)
* Banyak ditemukan pada welding, casting
* Daerah sekitar batas butir akan terkorosi

- Cara Mengatasi :
* Kadar karbon < 0.03% (Seri-L) * Penstabil karbida (Stabilized Grade): - Ti (seri 321) - Nb (seri 347) > Stainless Steel :
- Ketahanan korosi : karena ada Cr > 11% (umumnya 18 – 20%)
- Kalau kadar karbon dalam stainless steel tinggi (> 0.03%); misalnya
seri 304,316.
- Jika di las atau dipanaskan di atas 500 C, maka Cr akan diikat oleh C,
membentuk Cr23C6
- Akibatnya Cr di sekitar batas butir turun di bawah 11%
- Maka daerah sekitar batas butir menjadi tidak stainless lagi
- Kalau material tsb diekspose ke lingkungan yang korosif, maka akan
terjadi korosi batas butir (intergranular corrosion) pada stainless
steel tsb.
- Peristiwa ini sering juga disebut sebagai SENSITISASI pada Stainless
Steel

6). EXFOLIATION CORROSION

- Korosi antar butir pada aluminium
- Terjadi delaminasi akibat ekspansi volume produk korosi di batas butir
- Terjadi pada high strength aluminium

7). DEZINCIFICATION

- Keluarnya Zn dari Paduan Cu-Zn
- Terjadi pada Zn > 15%
- Lingkungan :
* Air yang diam atau bergerak lambat
* Air dengan Cl tinggi
* Kadar O2 dan CO2 dalam air tinggi
* Air yang bersifat asam lemah pada 25oC
* Air bersifat netral pada T>25oC

Coating

Coating (organic atau inorganic) bertujuan untuk membentuk lapisan kontinyu diseluruh permukaan pipeline yang akan dilindungi.
Tujuannya adalah untuk mengisolasi pipeline dari kontak langsung dengan elektrolit disekitarnya (mencegah elektrolit agar tidak kontak dengan logam) dan menempatkan resistansi elektrik yang tinggi sehingga reaksi elektrokimia tidak terjadi.
Walaupun dapat melindungi pipeline dari korosi tetapi pada kenyataannya setiap coating mengandung lubang (disebut sebagai holidays) yang terbentuk pada saat aplikasi, transportasi atau instalasi mill-coated pipe.

> Coating (cont’d)

Beberapa pertimbangan dalam menentukan coating system untuk eksternal linepipe :
- Corrosion-protective
- Resistance to physical, chemical & biological degradation
- Memiliki sifat-sifat mekanik yang diperlukan selama instalasi & operasi
- Compatible dengan prosedur fabrikasi dan instalasi
- Compatible dengan concrete weight coating, jika diperlukan
- Compatible dengan proteksi katodik dan memiliki kemampuan mengurangi
kebutuhan arus proteksi
- Memiliki sifat insulasi termal yang baik
- Aman terhadap lingkungan, baik pada saat aplikasi, fabrikasi / instalasi
dan operasi

> Cathodic Protection / CP
CP merupakan teknik untuk menurunkan laju korosi dari permukaan logam dengan cara membuat logam tersebut menjadi katoda pada reaksi elektrokimia setengah sel.

Tujuan ini dicapai dengan cara menurunkan potensial logam sehingga mendekati / berada dalam daerah imunne korosi (lihat diagram pourbaix)
Teknik CP yang biasa digunakan pada pipeline:
- Sacrificial Anode
- Impressed Current

> Impressed Current (cont’d)

Jenis-jenis anoda yang digunakan
- High Silicon Cast Iron (HSCI)
- Graphite
- Magnetite
- Conductive Plastic
- Pb-Ag Alloy
- Mixed Metal Oxide
- Platinized Ti, Nb, Ta


SUMBER : Bambang Hari Prabowo,ST.,MT.
Inda Giana,ST.,M.eng.