Ini Jawaban Pertanyaan

Aplikasi Gas sebagai Alternatif Bahan Bakar

A. Energi Alternatif

Energi alternatif adalah energi yang dapat digunakan yang bertujuan untuk menggantikan bahan bakar konvensional seperti bahan bakar fosil. Energi alternative digunakan untuk mengurangi penggunaan  fosil  yang mengakibatkan kerusakan lingkungan akibat emisi  karbon dioksida yang tinggi. Istilah "alternatif" merujuk kepada suatu teknologi selain teknologi yang digunakan pada bahan bakar fosil untuk menghasilkan energi. Teknologi alternatif yang digunakan untuk menghasilkan energi dengan mengatasi masalah dan tidak menghasilkan masalah seperti penggunaan bahan bakar fosil. Adapun beberapa syarat yang dimiliki eneergi alternative yaitu :

a. Ramah lingkunganEnergi alternatif harus bersahabat dengan lingkungan attinya pembakaran yang dihasilkan oleh energi alternative tersebut tidak menghasilkan zat atau senyawa yang membahayakan lingkungan seperti NOx, SOx, dan emisi gas CO2 yang berlebih.

b. Dapat Diperbaharui atau Kesediaan di Alam melimpahEnergi Alternatif harus bersifat diperbaharui atau kesediaan di Alam melimpah. Hal ini tidak seperti energy fosil yang merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Energy alternatif merupakan energy yang akan digunakan di masa mendatang sehingga, energy ini dapat menjamin ketersediaan energi di masa depan.

c. Mudah dalam pembuatannya dan AplikasinyaHal lain yang harus dipenuhi oleh energy alternative adalah mudah dalam pembuatan dan aplikasinya. Hal ini dikarenakan energy alternative diusahakan mengeluarkan biaya seminimal mungkin dalam proses pembuatan dan pengaplikasiannya dapat dengan cara menggunakan fasilitas yang sudah ada untuk pembuatan energy alternative tersebut dan memakai atau menciptakan teknologi terbaru untuk memaksimalkan produk dari energy alternative tersebut.

B. Dimetil Eter (DME) sebagai bahan bakar alternatif

Dimetil eter (DME) merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan. Dimetil eter merupakan salah satu produk kimia yang berguna sebagai bahan bakar alternatif pengganti energi fosil seperti LPG. Dimetil eter tergolong bahan alternatif yang dapat diperbaharui dan dapat digunakan untuk mesin diesel serta untuk kompor gas (LPG) sebagai bahan bakar rumah tangga. Dimethyl Ether, disingkat DME, memiliki struktur kimia yang sederhana (CH3-O-CH3), berbentuk gas yang tidak berwarna pada suhu ruang, zat kimia yang stabil, dengan titik didih -25,1oC . Berikut merupakan sifat fisik DiMetil Eter, sebagai berikut :

Tabel 1 Sifat Fisik Dimetil Eter

Sifat Fisik Nilai

Rumus molekul CH3OCH3

Berat molekul 56,069 kg/kmol

Titik beku -138,5°C

Titik didih (pada 760 mmHg) -24,7°C

Densitas (pada 20°C) 677 kg/mol

Indeks bias, pada (-42,5°C) 1,3441

Specific gravity cairan 0,661 (pada 20°C)

Flash point (pada wadah tertutup) -42°F

Panas pembakaran 347,6 kkal/mol

Panas spesifik (pada -27,68°C) 0,5351 kkal/mol

Panas pembentukan (gas) -44,3 kal/g

Panas laten (gas), (pada -24,68°C) 111,64 kal/g

Kelarutan dalam air (pada 1atm) 34 %berat

Kelarutan air dalam DME (1 atm) 7 %berat

Fase, 25°C, 1 atm gas

Temperatur kritis 400 K

Tekanan kritis 53,7 bar abs

Berikut klasifikasi DME sebagai bahan bakar alternatif, sebagai berikut :

a. Ramah Lingkungan

DME termasuk bahan kimia tidak beracun. DME merupakan senyawa yang tidak mengandung unsur Sulfur (S) dan Nitrogen (N), sehingga memungkinkan emisi SOx, NOx, particulate matter, dan jelaga yang jauh lebih rendah dari solar. Sebuah studi tentang kandungan racun dalam DME menegaskan bahwa kandungan racunnya sangat rendah, sama dengan kandungan racun di LPG, dan jauh di bawah kandungan racun methanol.

Tabel 2. Studi toksisitas DME

Exposure Limits to Human 1000 ppm, 8- and 12-hour TWA: DuPont Acceptable Exposure Limit (AEL)1000 ppm (1880 mg/m3), 8-hour TWA: AIHA WEEL1000 mL/m3 Limit value; TWA = 1000 ppm or 1910 mg/m3: MAC (NL)1000 mL/m3 Limit value; Short-term limit value = 2000 mL/m3 for 60 minutes, three

times per shift, skin notation: MAC (DE)Acute Toxicity to Fish(Method: NEN 6504)

> 4000 mg/L

Acute Toxicity to Invertebrates (Method: NEN 6501)

> 4000 mg/L

Acute Toxicity to Aquatic Plants(Type: 96-hour EC50)

-

Oral Toxicity -

Inhalation 4-hour LC50 164,000 ppm (95 % confidence limits)

Cardiac Sensitization 200,000 ppm

b. Bahan Bakar Multisource

Dimetil eter merupakan bahan bakar multi-source (dapat didapatkan dari banyak sumber) karena methanol sebagai bahan baku pembuatan dimetil eter . Methanol tersebut dapat diperoleh dari banyak sumber diantaranya dari gas alam, batubara, limbah plastik, limbah kertas, limbah pabrik gula, dan biomassa. Namun, gas alam dan batu bara tidak digunakan sebagai bahan pembuatan DME karena bahan bakar tersebut merupakan yang tidak dapat diperbaharuhi.

c. DME dapat digunakan seperti LPG

DME juga memiliki sifat yang sama dengan propana dan butana, senyawa pembentuk LPG, dapat ditunjukkan pada tabel 2 sehingga DME dapat didistribusikan dan disimpan menggunakan teknologi penanganan LPG. Oleh karena itu, DME dapat digunakan sebagai pengganti LPG. Tekanan uap DME sekitar 0,6 MPa pada 25oC dan dapat dicairkan seperti halnya LPG. Viskositas DME 0,12 - 0,15 kg/ms, setara dengan viskositas propana dan butana (konstituen utama LPG) dan juga DME juga dapat dicairkan seperti halnya Liquefied Petroleum Gas (LPG, sehingga infrastruktur untuk LPG dapat juga digunakan untuk DME.

DME memiliki rasio nilai kalor dengan resistasi aliran bahan bakar gas (Number of Wob Iindex) 52 – 54 atau setara dengan gas alam. Kompor untuk gas alam atau LPG bisa digunakan untuk DME tanpa modifikasi. Efisiensi termal dan emisinya hampir sama dengan gas alam.

Tabel 3. Karakteristik DME, Propan dan Butana, konstituen utama dari LPG

Karakteristik DME Propane MethaneRumus Kimia CH3OCH3 C3H8 CH4

Titik Didih (C) -25,1 -42,0 -161,5

Densitas (g/cm3 @20C) 0,67 0,49 0,42

Viskositas (kg/ms @25C) 0,12-0,15 0,2 -

Specific gravity dari gas (vs. Udara) 1,59 1,52 0,55

Tekanan Uap (MPa @25C) 0,61 0,93 -

Explosion limit (%) 3,4 - 17 2,1 – 9,4 5 - 15

Cetane number 55-60 5 0

Net calorific value (kcal/Nm3) 14.200 21.800 8.600

Net calorific value (kcal/kg) 6.900 11.100 12.000

d. DME sebagai Bahan Bakar Diesel

DME merupakan bahan bakar yang menjanjikan untuk mesin diesel karena centane number DME lebih tinggi dan tidak jauh berbeda yaitu 55, dibandingkan dengan cetane number diesel yaitu 40-53. Hanya modifikasi moderat yang diperlukan untuk mengkonversi mesin diesel untuk membakar DME. Pembakaran DME sebagai senyawa pendek mengarah pada pembakaran dengan emisi CO2 yang sangat rendah.

C. Produksi DiMetil Eter

Dimetil Eter dapat diproduksi dalam 2 cara yaitu proses tidak langsung dan proses langsung.

Proses tidak langsung

Proses tidak langsung terdiri dalam 2 proses reaksi yaitu sintesis methanol dan dehidrasi methanol. Melalui proses tidak langsung, metanol disintesis terlebih dahulu, diikuti dengan reaksi dehidrasi Metanol, dan pada reaktor terpisah Dimetil Eter akan disintesis. Sintesis methanol merupakan reaksi pembuatan methanol dari biomassa (saat ini kebanyakan biomass yang digunakan sebagai bahan baku sintesis methanol karena biomass merupakan bahan baku yg dapat diperbaharui). Dalam proses ini diperlukan katalis berupa tembaga seng-alumina untuk mensintesis methanol.

Metanol sintesis-1: CO + 2 H2 –> CH3OH ∆H= +90.7 kJ/mol (1)

Metanol sintesis-2: CO2 + 3 H2 –> CH3OH +H2O ∆H= +49.4 kJ/mol (2)

Kemudian, proses selanjutnya adalah dehidrasi methanol yaitu reaksi pembuatan dimetil eter dari methanol. Katalis yang digunakan. yaitusilica-alumina Dalam reaksi ini 2 molekul methanol mengalami proses penarikan air (H2O) menghasilkan satu molekul dimetil eter dan molekul H2O. Berikut reaksi dehidrasi methanol :

Metanol dehydration : 2CH3OH –> CH3OCH3 + H2O ∆H= +23.4 kJ/mol (3)

Overall: CO + CO2 + 5 H2 –> CH3OCH3 +2H2O ∆H= +163.5 kJ/mol (4)Kentungan: Suhu dan tekanan operasi reaktor relatif rendah.

Kerugian: Peralatan yang digunakan lebih banyak. Menggunaakan asam sulfat yang berfsifat korosif sehingga diperlukan peralatan dengan bahan konstruksi yang tahan terhadap korosi yang harganya lebih mahal. Konversinya rendah, yaitu : 45% (Galuh, 2011)

Proses Langsung

Pada proses pembentukan langsung, gas sintetis (H2 & CO) disintesis menjadi Dimetil Eter. Proses reaksi Dimetil Eter langsung merupakan hasil sintesa Metanol dari gas sintetis dan dehidrasi Metanol yang terproses dalam reaktor yang sama. Berikut reaksinya :

CO + 2H2 - CH3OHCH3OH CH3OCH3 + H2O

CO + H2 CO2 + H2OKeuntungan: Prosesnya sederhana, peralatan yang dipergunakan sedikit. Konversinya tinggi, rata-rata lebih dari 90%.

Kerugian: Suhu operator cukup tinggi (2500C)

Pada proses pembentukan langsung, gas sintetis (H2 & CO) disintesis menjadi Dimetil Eter (Sumahamijaya, 2008). Gas sintesis yang telah dibersihkan, diatur perbandingan CO/H2 = 1,0, masuk ke reaktor sintesis Dimetil Eter. Dalam reaktor sintesis DME, konversi kesetimbangan pada temperatur 250oC dan tekanan 2 Mpa. Catalyst loading ratio (= perbandingan berat katalis (kg) terhadap laju alir gas reaktan (kg/jam)) = 0,003

Gambar 1. Reaktor Sintesis Dme (Ohno, 2001)

Katalis yang digunakan berbentuk serbuk halus dimasukkan bersamaan dengan minyak sebagai medium. Gas sintesis diumpankan ke reaktor dan membentuk gelembung kecil yang homogen dan bereaksi ketika gelembung tersebut naik. Eksperimen yang dilakukan Khandan, Kazemeini, Aghaziarati (2008) menunjukkan katalis yang baik untuk reaksi ini adalah CuZn/Al2O3. Katalis ini dapat menghasilkan konversi CO sebesar 76% dan selektivitas DME sebesar 97,8%.

Ini TEORI DASAR yang satu halaman itu

Massa Molar

Massa molar adalah massa per satu mol zat dengan satuan gram permol. Lalu, massa molar gas adalah massa gas per satu mol gas. Massa molar sering digunakan dalam perhitungan stoikiometri dalam ilmu kimia dengan tujuan sebagai factor konversi antara jumalah gram suatu zat murni dan jumlah mol tersebut. Selain itu, massa molar juga dapat digunakan untuk menentukan elemen yang ada dalam komposisi dan proposisi suatu molekul sehingga didapatkan rumus empiris suatu molekul. Massa molar berkaitan dengan massa molar relative (mr) yaitu suatu senyawa yang berkaitan dengan berat atom standar unsur-unsur penyusun molekul.

Metode menentukan massa molar

a. Metode Regnault, digunakan untuk menentukan berat molekul (massa molar) dari zat gas pada ruang temperatur tertentu. Perhitungan massa molar menggunakan rumus

P .V =nRT

P .V =WM

RT

M=WRTVP

M=p RT / P

.

Kenyataan bahwa perilaku dari gas real medekati perilaku gas ideal jika tekanan diturunkan dipergunakan sebagai dasar penetapan massa molar dari gas. Rasio dari densitas terhadap tekanan seharusnya tidak bergantung dari tekanan: ρ/p = M/RT. Hal ini benaruntuk gas ideal, akan tetapi densitas dari gas real diukur pada satu temperatur pada beragamtekanan, rasio densitas terhadap tekanan ditemukan bergantung pada tekanan. Pada tekanan yangcukup rendah, ρ/p merupakan fungsi linier dari tekanan. Garis lurus dapat diekstrapolasikan untuk menghasilkan satu nilai ρ/p, yang dapat dipergunakan untuk memberikannilai yang tepat dari M. Jika diketahui p(densitas) dan P(Tekanan) dalam suatu pengukuran gas, maka perhitungan yaitu :

M=RT ( pP )

P=0 saat P=0

The extropulate value of pP

(0 atm).

b. Metode Dumas, digunakan ketika liquid dipanaskan menjadi uap dalam suatu tabung(bulb) pada temperature tinggi. jika Semua liquid di dalam bulb berubah menjadi uap maka uap didinginkan pada temperature ruang. Hukum gas ideal sangat berguna untuk menentukan massa molar dari zat volatil. Untuk maksud ini suatu wadah yang volumenya diketahui diisi dengan gas dan tekanan serta temperatur diukur. Massa dari gas dalam wadah diukur. Tekanan ketika bulk tertutup sama dengan tekanan atmosphere. Berikut rumus menentikan Wvapor

W vapor = W (bulb+vapor) – W (bulb +air) +W air

W air didapatkan dengan mengalikan volume flask (tabung /bulb) dengan densitas udara.

c. Persamaan Van Der WallsUntuk gas nyata, perhitungan konstanta a dan b diperhitungkan, berikut rumus :

(V−b )(P− aV )=nRT

(V−b )(P− aV )=W

MRT

M= W RT

(V−b )(P− aV )

d. Persamaan BerthelotKeadaan kritis, Tc (temperature kritis) dan Pc ( Tekanan Kritis), berikut rumus :

M=WV

RTP [1+ 9 P T c

128 Pc T (1−6T c2

T 2 )]

M=pRTP [1+

9 PT c

128 Pc T (1−6 Tc

2

T 2 )]

Ini Jawaban Pertanyaan ke duaPenentuan massa molar saat T=0oC

P(kPa) p(gcm-3x10-

3)P(atm) p

P12.223 0.225 0.121 1.87525.200 0.456 0.248 1.83836.970 0.664 0.365 1.81960.370 1.062 0.600 1.77085.230 1.468 0.841 1.745102.30 1.734 1.001 1.734

0.121 0.248 0.365 0.6 0.841 1.0011.65

1.7

1.75

1.8

1.85

1.9

DMELinear (DME)Linear (DME)Linear (DME)Linear (DME)

Didapatkan persamaan : y=-0.1576 x + 1.880

Dari Grafik diatas didapatkan bahwa ( pP )

P=0 saat P (atm) = 0 adalah 1.880

y = -0.1576(0) + 1.880y = 1.880

M=RT ( pP )

P=0

M=0.082(273.05)(1.880 )P=0

M=¿ 42.094

Bila dihitung berdasatkan Mr senyawa DME, maka Massa molar DME (H3C-O-CH3 )

( pP )

( P )atm

M= 2xAr C + 6xAr H + Ar O = 24 + 6 +16 = 46,00

Gray C. and Webster G., “A Study of Dimethyl Ether (DME) as an Alternative Fuel for Diesel Engine Applications”, Advanced Engine Technology Ltd., 2001.

Anam, Ahsonul . “Dimethyl Ether (DME) dari BatuBara sebagai Bahan Bakar gas Alternatif selain LPG”

Maron, Lando. Fundamentals of Physical Chemistry.