Mutu Bensin [PDF]

Citation preview

MUTU BENSIN (ANGKA OKTAN)



Mutu dan Kualitas Bensin, Bilangan Oktan, Kertakan Katalitik dan Kukus - Bensin merupakan fraksi minyak bumi yang paling dibutuhkan manusia saat ini. Komponen utama penyusun bensin yaitu n-heptana dan iso-oktana. Peningkatan kuantitas dan kualitas bensin dalam pengolahan minyak bumi dilakukan melalui proses kertakan (cracking) dan reformasi fraksi-fraksi bertitik didih tinggi. Ada dua jenis kertakan yang biasanya dilakukan pada fraksi bensin. 1. Kertakan katalitik, adalah proses memanaskan bahan bakar bertitik didih tinggi di bawah tekanan dengan penambahan katalis (tanah liat aluminium silikat dicuci dengan asam dan dijadikan bubuk halus). Dalam kondisi demikian, molekul besar akan patah-patah menjadi fragmen kecil. 2. Kertakan kukus, adalah suatu teknik mengubah alkana menjadi alkena. Reformasi katalitik mengubah senyawa alifatik menjadi senyawa aromatik. Alkena dan senyawa aromatik yang terbentuk dimanfaatkan sebagai bahan baku plastik dan senyawa sintetik organik. Proses kertakan akan menghasilkan alkana bercabang dan senyawa aromatik yang mengurangi suara ketukan (knocking). Sebagaimana Anda ketahui bahwa penyusun utama bensin yaitu alkana rantai lurus dan isooktana. Alkana rantai lurus tersebut memiliki titik didih yang lebih tinggi dari isooktana, sehingga di dalam mesin tidak terbakar sempurna. Tidak sempurnanya proses pembakaran tersebut menimbulkan suara ketukan pada mesin ketika mobil dipercepat, maupun pada tanjakan. Hal ini menyebabkan mesin aus. Untuk mengurangi hal tersebut, bensin berkualitas harus lebih banyak terdiri dari alkana rantai cabang dan senyawa aromatik. Kualitas bensin ditentukan berdasarkan bilangan oktan, yaitu angka yang menunjukkan persentase isooktana (2,2,4–trimetilpentana) dalam bensin. Bilangan oktan 100 berarti bensin tersebut setara dengan isooktana murni dalam hal sifat pembakaran. Sedangkan bilangan oktan 0 berarti bensin tersebut setara dengan heptana murni. Bilangan oktan 75 berarti bensin tersebut terdiri dari 75% isooktana dan 25% heptana. Semakin tinggi bilangan oktan, semakin baik kualitas bensin tersebut. Bensin premium memiliki bilangan oktan 85, dan bensin super memiliki bilangan oktan 98. Dimungkinkan diperoleh bilangan oktan lebih dari 100 karena beberapa senyawa memiliki karakteristik bakar lebih baik daripada isooktana. Penambahan zat aditif ke dalam bensin bertujuan untuk mengurangi ketukan dan meningkatkan bilangan oktan. Efisiensi energi yang tinggi diperoleh dari bensin yang memiliki rantai karbon yang bercabang banyak. Adanya komponen bensin berantai lurus menghasilkan energi yang kurang efisien, artinya banyak energi yang terbuang sebagai panas bukan sebagai kerja mesin, dan hal ini menyebabkan terjadinya knocking atau ketukan pada mesin. Ketukan pada mesin ini menyebabkan mesin menjadi cepat rusak. Beberapa zat aditif yang biasa digunakan dan memiliki bilangan oktan lebih dari 100 yaitu benzena, t-butilalkohol [(CH3)3COCH], dan t-butil metil eter [(CH3)3COCH3]. Terkadang digunakan juga campuran zat aditif dalam bensin bertimbal yaitu etilfluid: 65% tetraetil timbal TEL (tetraetil lead) [(CH3CH2)4Pb], 25% 1,2-dibromoetana (BrCH2CH2Br), dan 10% 1,2-dikloroetana (ClCH2CH2Cl). Senyawa-senyawa hidrokarbon yang telah terhalogenasi tersebut bermanfaat untuk mengubah timbal yang dihasilkan pada pembakaran bensin menjadi timbal (II) bromida (PbBr2) yang mudah menguap agar mudah dibuang bersama gas buang lainnya. Penggunaan tetraetil timbal dalam bensin akan segera dihentikan karena menimbulkan pencemaran udara yang sangat parah. Untuk itu sekarang sedang digalakkan penggunaan bensin tanpa timbal, yaitu dengan mengganti TEL dengan MTBE (metil tersier butil eter), yang memiliki fungsi sama untuk meningkatkan bilangan oktan, tetapi tidak melepaskan timbal di udara.



MUTU BENSIN (ANGKA OKTAN) Hasil pengolahan minyak bumi umumya dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Selain itu, digunakan juga sebagai bahan baku industri petrokimia, misalnya plastik dan serat. Bensin merupakan salah satu bahan bakar hasil pengolahan minyak bumi yang penting. Saat ini, ada beberapa jenis bensin yang beredar di pasaran, seperti premium, pertamax, dan pertamax plus. Harga masing-masing jenis bensin tersebut tidak sama karena mutunya berbeda. Mutu bensin ditentukan oleh efektifitas pembakarannya di dalam mesin. Bensin yang baik tidak menimbulkan ketukan (knocking) pada mesin. Ketukan pada mesin terjadi bila bensin terbakar tidak pada saat yang tepat sehingga akan mengganggu gerakan piston pada mesin. Komponen Bensin Berdasarkan penelitian, bensin merupakan campuran dari berbagai macam senyawa hidrokarbon. Oleh karena itu, dilakukan penelitian untuk menentukan senyawa manakah yang paling efektif digunakan sebagai standar dalam menentukan mutu bensin. Penelitian umumnya dilakukan dengan membuat bensin standar, yaitu bensin yang dibuat dari senyawa n-heptana dan isooktana (2,2,4-trimetil pentana). Angka yang digunakan untuk menunjukan mutu bensin ini disebut bilangan oktan ataau bilangan oktana. Semakin tinggi bilangan oktan bensin, semakin baik mutu bensin tersebut.



Bensin standar yang mengandung 100% isooktana diberi bilangan oktan 100, sedangkan yang mengandung 100% n-heptana diberi bilangan oktan 0. Jadi, bensin standar yang mengandung 60% isooktana dan 40% n-heptana diberi bilangan oktan 60. Bilangan Oktan Penentuan angka oktan suatu bahan bakar dilakukan dengan pengujian di laboratorium, yaitu dengan membandingkan efisiensi pembakarannya dengan bensin standar. Alkohol yang mempunyai angka oktan 112, bukan berarti bahwa alkohol tersebut mengandung 112% isooktana. Tetapi, alkohol tersebut mempunyai efisiensi pembakaran 12% di atas bensin standar yang berkadara 100% isooktana. Jadi, jika suatu bahan bakar mempunyai bilangan oktan 80,mutu (kualitas) pembakarannya setara dengan bensin standar yang mengandung 80% isooktana dan 20% n-heptana. Tabel berikut memuat bilangan oktan dari beberapa bahan bakar. Tabel bilangan oktan beberapa bahan bakar Senyawa



Bilangan oktan



Senyawa



Bilangan oktan



n-heptana



0



Metilsikloheksana



104



2-metilheksana



41



Benzena



108



3-metilheksana



56



Metilbenzena



124



2,2-dimetilpentana



89



1-heptena



68



2,3-dimetilpentana



87



5-metil-1-heksena



96



2,4-dimetilpentana



77



2-metil-2-heksena



129



3,3-dimetilpentana



95



2,4-dimetil-1-pentena



142



3-etilpentana



64



4,4-dimetil-1-pentena



144



2,2,3-trimetilbutana



113



2,3-dimetil-2-pentena



165



n-heksana



26



2,4-dimetil-2-pentena



135



sikloheksana



77



2,2,3-trimetil-1-butena



145



Pada umumnya, bensin yang dihasilkan dari proses penyulingan tahap pertama mempunyai angka oktan antara 70-80. Untuk itu, perlu dinaikan bilangan oktan -nya agar tidak menyebabkan mesin mudah aus.



Peningkatan bilangan oktan dapat dilakukan dengan menambahkan zat aditif anti ketukan seperti Tetra Ethyl Lead (TEL), Methyl Tertier Buthyl Ether (MTBE) dan etanol. 1. TEL (Tetra Ethyl Lead) TEL (Tetra Ethyl Lead) dengan rumus kimia Pb(C2H5)4. Cara ini efektif, tetapi timbal hasilpembakarannya dapat mengendap di mesin. Oleh karena itu, perlu ditambahkan senyawa 1,2-dibromoetana (C2H4Br2), yanga kan mengikat timbal menjadi PbBr2 yang mudah menguap. Adanya PbBr2 yang berasal dari bensin menimbulkan masalah baru, yaitu dapat menimbulkan pencemaran. Selain itu, timbal yang terlepas ke udara juga berbahaya bagi kesehatan. Oleh karena itu, saat ini penggunaan timbal untuk meningkatkan bilangan oktan sudah ditinggalkan. 2. MTBE (Methyl Tertier Buthyl Ether) Dengan bilangan oktan 118, senyawa MTBE mempunyai rumus kimia:



Meskipun tidak mengandung timbal seperti TEL, sehingga relatif lebih aman dibandingkan TEL, namun tetap saja MTBE ini memiliki potensi mencemari lingkungan karena mikroorganisme sulit menguraikannya. 3. Etanol Zat Aditif lainnya yang dapat meningkatkan efisiensi pembakaran bensin, dengan bilangan oktan 112 adalah Etanol. Etanol ini memiliki keunggulan dibanding saudaranya TEL dan MTBE, tidak mengandung timbal dan bisa diuraikan oleh mikroorganisme sehingga tidakmencemari udara/lingkungnan. Disamping itu, etanol bisa didapat dari hasil fermentasi tumbuh-tumbuhan sehingga di alam ketersediannya cukup melimpah dan juga dapat dibudidayakan.



DAMPAK PEMBAKARAN BAHAN BAKAR Pembakaran bahan bakar minyak akan menghasilkan gas-gas sisa pembakaran. Kandungan utama bahan bakar minyak adalah hidrokarbon, serta sedikit senyawa belerang, nitrogen dan oksigen. Pembakaran sempurna hidrokarbon dalam minyak bumi menghasilkan karbon dioksida dan uap air. Sementara itu pembakaran tidak sempurna akan menghasilkan partikel padat yang dikenal dengan asap dan berisi butiranbutiran halus dari karbon (jelaga), karbon monoksida, karbon dioksida, dan uap air. Bensin merupakan salah satu hasil pengolahan minyak bumi yang kandungan utamanya adalah oktana (C8H18). Jika bensin dibakar sempurna, akan terjadi reaksi: 2C8H18(l) + 25O2(g) → 8CO(g) + 8CO2(g) + 18H2O(g) ……………… (1) Pada pembakaran tidak sempurna dapat terjadi reaksi: 2C8H18(l) + 21O2(g) → 8CO(g) + 8CO2(g) + 18H2O(g) ………………. (2) Atau 2C8H18(l) + 15O2(g) → 8C(s) + 4CO(g) + 4CO2(g) + 18H2O(g) ……(3) Jika kita perhatikan reaksi pembakaran sempurna (reaksi 1) dan tidak sempurna (reaksi 2 dan 3), dapat disimpulkan bahwa pembakaran dapat berlangsung sempurna atau tidaknya, ditentukan oleh perbandingan jumlah (volume) bensin (C8H18) dengan volume gas oksigen (O2). Semakin terbatas jumlah oksigen, semakin tidak sempurna pembakaran yang terjadi, dan semakin banyak jelaga (C) yang dihasilkan. Gas karbon dioksida (CO2) merupakan gas rumah kaca yang dapat menyebabkan terjadinya pemanasan global, sedangkan gas karbon monoksida akan berikatan dengan hemoglobin sehingga mengganggu fungsi hemoglobin dalam mengikat oksigen. Akibatnya, pada kadar tertentu dapat menyebabkan kematian. Sementara itu, jelaga merupakan serbuk halus dari karbon (C) yang jika terhidrup dapat merusak alat pernafasan. Dampak pembakaran bahan bakar ini memang berbahaya. Pada dasarnya pembakaran pada mesin kendaraan bermotor tidak ada yang 100 persen sempurna. Oleh karena itu gas buang yang keluar dari knalpot kendaraan sangat berbahaya bagi kesehatan karena menghasilkan gas CO. Selain gas karbon dioksida dan karbon monoksida, dampak pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan bermotor dapat menghasilkan gas belerang dioksida (SO 2) karena di dalam minyak bumi terdapat senyawa belerang, serta gas oksida nitrogen (NOx) karena untuk membakar bahan bakar (bensin) dalam mesin digunakan udara sebagai sumber oksigen dan udara mengandung gas nitrogen. Belerang dari minyak bumi dapat teroksidasi menjadi gas belerang dioksida (SO2) S(s) + O2(g) → SO2(g) Ketika di udara gas SO2 ini dapat teroksidasi mejadi gas SO3. SO2(g) + O2(g) → SO3(g)



Gas SO3 ini sangat mudah bereaksi dengan air menghasilkan asam sulfat, sehingga gas SO 3 ini dapat menyebabkan hujan asam. SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) Pada suhu tinggi, di dalam mesin kendaraan bermotor dapaat terjadi reaksi antara nitrogen dan oksigen. N2(g) + O2(g) → NOx(g) Gas oksida nitrogen dalam kadar tinggi dapat menyebabkan iritasi pada mata sehingga menyebabkan mata perih dan merah. Selain itu, dampak pembakaran bahan bakar yang menghasilkan gas oksida nitrogen merupakan salah satu gas penyebab terjadinya efek rumah kaca (greenhouse effect) yang berdampak pada pemanasan global (peningkatan suhu bumi).



DAMPAK PEMBAKARAN BAHAN BAKAR Pembakaran bahan bakar minyak dapat berlangsung dua cara yaitu pembakaran sempurna dan tidak sempurna. Pembakaran sempurna menghasilkan energi yang cukup besar dibandingkan pembakaran tidak sempurna. Tetapi gas CO2 yang dihasilkan dapat menyebabkan terjadinya green house effect (efek rumah kaca).Reaksi pembakaran sempurna: CH4(g) + 2 O2(g)==>CO2(g) + 2 H2O(g) + Energi Gas CO2 merupakan gas tak berwarna, tak berbau, mudah larut dalam air, meneruskan sinar matahari gelombang pendek tapi menahan pantulan energi matahari gelombang panjang (sinar inframerah). Jika jumlahnya melebihi ambang batas (lebih dari 330 bpj), maka akan menyebabkan sesak napas dan membentuk “selubung” di atmosfer. Gas CO2 mempunyai kemampuan untuk menahan energi matahari gelombang panjang sehingga panas tidak dapat dilepaskan ke ruang angkasa. Peristiwa terjebaknya sinar matahari oleh gas CO2 inilah yang disebut efek rumah kaca. Akibatnya suhu bumi menjadi naik atau lebih dikenal dengan istilah pemanasan global. Coba bayangkan jika suhu di seluruh permukaan bumi ini naik, apa yang terjadi? Bukankah es di kedua kutub bumi akan mencair? Dapatkan kamu membayangkan apa dampak selanjutnya? Pembakaran tidak sempurna dari bahan bakar minyak akan menghasilkan jelaga yang dapat mengotori alat-alat seperti perkakas rumah tangga, mesin, knalpot, dan lain-lain. Sehingga mempercepat kerusakan pada alat-alat tersebut. Selain itu juga menghasilkan gas CO yang dapat menyebabkan keracunan. Reaksi pembakaran tak sempurna: 2 CH4(g) + 3 O2(g) ==> 2 CO(g) + 4 H2O(g) + Energi Gas CO merupakan gas tak berwarna, tak berbau, tak berasa, dan sukar larut dalam air. Gas CO mempunyai daya ikat yang lebih tinggi dibanding gas oksigen terhadap hemoglobin, sehingga jika terhirup manusia menyebabkan dalam darah lebih banyak mengandung CO daripada oksigen. Gejala yang timbul jika keracunan gas CO adalah sesak napas, daya ingat berkurang, ketajaman penglihatan menurun, dan lelah jantung. Tubuh akan kekurangan suplai oksigen, akibatnya badan lemas, pingsan, bahkan dapat menyebabkan kematian. Reaksi: CO(g) + Hb(aq) ==> HbCO(aq) Pembakaran bahan bakar minyak juga dapat menghasilkan zat polutan lain seperti: oksida belerang (SO2 dan SO3), oksida nitrogen (NO dan NO2), dan partikel-partikel debu. Gas-gas tersebut jika masuk di udara dapat menyebabkan terjadinya hujan asam. Gas SO2 merupakan gas tak berwarna tetapi berbau sangat menyengat dan larut dalam air. Gas CO2 dapat menyesakkan napas, memedihkan mata, dan mematikan daun karena merupakan racun bagi klorofil. Gas SO2 dan SO3 di udara lembap dapat bereaksi dengan uap air membentuk asam. Reaksinya:



SO2(g) + H2O(l)==> H2SO3(aq) Bereaksi dengan O2 membentuk SO3 kemudian bereaksi dengan uap air membentuk asam sulfat. Reaksinya: 2 SO2(g) + O2(g) ==> 2 SO3(g) SO3(g) + H2O(l)==> H2SO4(aq) Asam sulfat di udara lembap mudah larut dalam air hujan sehingga air hujan bersifat asam, atau dikenal dengan hujan asam. Hujan asam dapat menyebabkan tumbuhan dan hewan yang tidak tahan hidup dalam suasana asam akan mati, dan perabotan yang berasal dari logam terkorosi. Selain gas SO 2 dan SO3, gas NO dan NO2 juga dapat menyebabkan hujan asam. Gas NO merupakan gas yang tak berwarna tetapi beracun. Gas NO dapat bereaksi dengan O2 menghasilkan gas NO2. Reaksinya: 2 NO(g) + O2(g) ==> 2 NO2(g) Gas NO2 berwarna merah cokelat, berbau menyengat, mudah larut dalam air, dan beracun. Gas NO2 dapat menyebabkan kanker karena bersifat karsinogenik. Gas-gas tersebut juga mempunyai potensi menjadi gas rumah kaca yang dapat menyebabkan terjadinya efek rumah kaca. Gas NO dan NO2 juga menjadi katalis pada penguraian ozon di stratosfer.