Abstrak
Studi
Homogenisasi berbasis kavitasi adalah metode yang menjanjikan untuk meningkatkan stabilitas dan kinerja bahan bakar. Dengan menghasilkan gelembung mikro intens yang runtuh dengan keras, kavitasi mendorong pencampuran fisik dan aktivasi kimiawi yang ringan, meningkatkan reologi, dispersi, dan perilaku pembakaran. Studi ini mengevaluasi efek kavitasi pada campuran HFO-biodiesel-gliserin, menilai densitas, viskositas, kandungan sulfur dan logam, nilai kalor, pembentukan endapan, dan kinerja mesin.
Tabel 1 merangkum perbandingan sifat fisik dan kimia dari tiga komponen bahan bakar utama yang digunakan dalam penelitian ini: HFO 380, biodiesel (FAME), dan gliserin. HFO 380 berfungsi sebagai referensi dasar, sementara biodiesel dan gliserin bertindak sebagai komponen pencampuran yang dapat diperbaharui dan bebas sulfur. Kepadatan, viskositas, dan kandungan oksigen yang kontras merupakan faktor kunci yang memengaruhi perilaku campuran selama homogenisasi dan pembakaran. Memahami sifat-sifat dasar ini memberikan dasar untuk menilai kinerja perawatan kavitasi RAPTECH dalam meningkatkan keseragaman bahan bakar, stabilitas, dan kualitas secara keseluruhan.
Tabel 1: Properti Bahan Bakar Komparatif HFO 380, Biodiesel (FAME), dan Gliserin.
2. Bahan dan Metode
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Sifat Fisik dan Reologi
Gambar 1: Kepadatan campuran bahan bakar sebagai fungsi suhu
Dalam hal gravitasi API, yang ditunjukkan pada Gambar 2, nilai terendah diamati untuk HFO 380 murni, yang mencerminkan densitasnya yang relatif tinggi. Ketika HFO dicampur menggunakan kavitasi, gravitasi API sedikit meningkat, yang mengindikasikan pengurangan densitas yang sederhana. Efek yang lebih jelas terlihat ketika 20% biodiesel ditambahkan dengan pencampuran tangan, karena biodiesel memiliki kepadatan yang jauh lebih rendah daripada HFO, sehingga menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam gravitasi API. Gravitasi API tertinggi dicapai dengan HFO yang mengandung 20% biodiesel yang diolah dengan kavitasi. Dalam hal ini, perbedaan antara pencampuran dengan tangan dan pencampuran dengan kavitasi relatif kecil, tetapi proses kavitasi masih memberikan peningkatan tambahan pada API gravity di luar pengaruh biodiesel saja.
Gambar 2: Gravitasi API untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Gambar 3: Viskositas kinematik campuran bahan bakar sebagai fungsi suhu
3.2 Sifat Kimia dan Peningkatan Bahan Bakar
Gambar 4: Kandungan sulfur untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Gambar 5: Kandungan Vanadium, Silikon dan Aluminium untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Gambar 6: Nilai kalor bersih yang dipelajari Campuran bahan bakar
Gambar 7: Titik nyala untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Gambar 8: Titik tuang untuk campuran bahan bakar yang diteliti
3.3 Sedimen, Abu, dan Residu Karbon
Gambar 9: Total Sedimen yang Ada (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Gambar 10: Potensi Sedimen Total (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Peningkatan substansial ini menunjukkan stabilitas bahan bakar yang jauh lebih tinggi dan risiko pembentukan endapan yang jauh lebih rendah selama penyimpanan dan pengoperasian mesin. Kita tahu, bahwa pembentukan lumpur di bunkering kapal tetap menjadi tantangan operasional dan peraturan yang terus-menerus dengan konsekuensi ekonomi yang besar.
Faktanya, laju pembentukan lumpur tergantung pada berbagai faktor, termasuk komposisi bahan bakar, kondisi penyimpanan, dan praktik penanganan. Pengalaman operasional dan panduan IMO menunjukkan bahwa pembentukan lumpur selama pemurnian dan penyimpanan bahan bakar biasanya berkisar antara 1-3% volume HFO yang dikonsumsi, meskipun ini mengacu pada residu pemisah/bunker dan tidak boleh disamakan secara langsung dengan spesifikasi endapan ISO 8217.
Untuk kapal yang menyimpan 1.000 ton HFO 380:
Tabel 2. Dampak Ekonomi dari Pembentukan Lumpur dari HFO380
Untuk kapal yang mengkonsumsi 20.000 ton HFO per tahun, ini setara dengan penghematan bahan bakar sekitar 20-200 ton per tahun, atau sekitar 10.000-100.000 USD per tahun (berdasarkan harga referensi 500 USD/t). Harga bahan bakar yang lebih tinggi atau konsumsi yang lebih besar akan meningkatkan penghematan ini secara proporsional.
Perlu dicatat bahwa perkiraan ini hanya memperhitungkan kehilangan nilai bahan bakar secara langsung. Dalam praktiknya, biaya pengelolaan lumpur sering kali lebih tinggi karena adanya pembuangan wajib di bawah MARPOL Annex I, biaya penerimaan di pelabuhan, dan persyaratan penanganan lumpur, yang secara signifikan dapat melebihi biaya sederhana dari bahan bakar yang hilang.
Dengan menggabungkan manajemen bahan bakar yang sistematis dengan homogenisasi berbasis kavitasi yang canggih, operator dapat:
Gambar 11: Kadar abu (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti.
Penurunan residu karbon dari HFO murni ke biodiesel HFO-20%, yang diilustrasikan pada Gambar 12, terutama disebabkan oleh penempatan hidrokarbon aromatik yang berat dengan ester asam lemak teroksigenasi yang lebih ringan dari biodiesel. Pengurangan tambahan yang diamati untuk campuran HFO-10% biodiesel-5% gliserin muncul dari komposisi gliserin yang kaya oksigen, yang mendorong dekomposisi termal yang lebih sempurna dan membatasi pembentukan residu tahan api. Sedikit peningkatan sekitar 3% pada residu karbon dengan perlakuan kavitasi pada biodiesel HFO-20% disebabkan oleh peningkatan aktivasi dekomposisi termal yang disebabkan oleh agitasi yang kuat yang dihasilkan selama kavitasi dibandingkan dengan pencampuran dengan tangan. Modifikasi ini meningkatkan efisiensi pembakaran, mengurangi jelaga dan endapan di mesin, dan memfasilitasi penanganan bahan bakar yang lebih lancar selama operasi bunkering dan penyimpanan.
Gambar 12: Residu Karbon (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti.
3.4 Pembakaran dan Kinerja Mesin
Campuran HFO-FAME yang diproduksi menggunakan kavitasi diuji dan dievaluasi untuk kinerja mesin diesel laut empat langkah, dibandingkan dengan campuran HFO-FAME yang diproduksi secara konvensional (Kasar). Investigasi dilakukan pada bangku uji mesin lengkap yang disediakan oleh FVTR GmbH, berdasarkan mesin Caterpillar MaK 6M20. Poin-poin berikut ini merangkum hasil utama dari pengujian tersebut:
3.5 Ringkasan Peningkatan Bahan Bakar dan Pembakaran - "Peningkatan Performa CaviFlow®"
Pada tahap ini, efek keseluruhan dari Perawatan Kavitasi RAPTECH pada properti bahan bakar, kinerja pembakaran, dan efisiensi operasional dapat diringkas sebagai berikut. Data tersebut mengkonfirmasi keuntungan fisik, kimia, dan ekonomi yang terukur untuk bahan bakar yang diberi perlakuan kavitasi dibandingkan dengan bahan bakar yang dicampur secara konvensional.
Tabel 3. Peningkatan Performa Utama dengan Perlakuan Kavitasi CaviFlow® Cavitation
Tabel 4. Perkiraan Dampak Ekonomi Tahunan dari Optimalisasi Bahan Bakar Berbasis Kavitasi
Dengan asumsi skenario kasus kapal tanker dengan 50.000 DWT yang beroperasi dengan komponen FAME sekitar 20%, ada pengurangan faktor emisi CO₂ bersih dari 3,114 t CO₂ / t bahan bakar untuk HFO murni menjadi 2,856 t CO₂ / t bahan bakar, dengan mempertimbangkan manfaat efisiensi dari teknologi kavitasi RAPTECH. Hal ini setara dengan penghematan CO₂ secara keseluruhan sekitar 1,548 t per tahun, yang secara efektif meningkatkan peringkat CII kapal dari C ke B. Perkiraan dampak ekonomi dan lingkungan dari peningkatan ini dirangkum dalam Tabel 4, yang menyoroti keuntungan gabungan dalam hal efisiensi energi, pengurangan emisi, dan penghematan biaya operasional.
Peningkatan yang terkonsolidasi ini menegaskan bahwa perawatan kavitasi secara efektif meningkatkan kinerja bahan bakar laut campuran secara keseluruhan - meningkatkan efisiensi energi, keandalan operasional, dan kepatuhan terhadap lingkungan.
4. Kesimpulan
Homogenisasi dengan bantuan kavitasi menunjukkan potensi yang jelas untuk meningkatkan sifat fisik dan kimiawi bahan bakar campuran - dalam penelitian ini, campuran HFO, biodiesel, dan gliserin.
Manfaat utama yang diamati meliputi:
Temuan ini menunjukkan bahwa homogenisasi kavitasi dapat berfungsi sebagai proses yang terukur, hemat energi, dan ramah lingkungan untuk meningkatkan dan menstabilkan bahan bakar laut campuran. Penelitian lanjutan mengenai mekanisme modifikasi kimia yang diinduksi kavitasi dan kinerja mesin jangka panjang akan semakin mendukung integrasinya ke dalam sistem pengisian bahan bakar dan pengolahan bahan bakar yang berkelanjutan.
Penulis: Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referensi
1. Organisasi Maritim Internasional (IMO). Peraturan Batas Sulfur IMO 2020. IMO, London, 2020.
2. International Maritime Organization (IMO). ISO 8217:2017. Spesifikasi Bahan Bakar Kapal.Organisasi Internasional untuk Standardisasi, Jenewa, 2017.
3. 3. EN 14214. Fatty Acid Methyl Esters (FAME) untuk Bahan Bakar Biodiesel - Persyaratan dan Metode Uji. Komite Standardisasi Eropa, Brussels, 2012.
4. Raptech GmbH. Teknologi Pencampuran Kavitasi CaviFlow® Cavitation Blending: Brosur Teknis. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Laporan Uji Mesin Lengkap - CaterpillarMaK 6M20, Campuran HFO-Biodiesel-Gliserin. FVTR, 2025.
6. K. Kiran dkk., Stabilisasi Bahan Bakar dan Pengurangan Emisi pada Aplikasi Kelautan Menggunakan Campuran Biodiesel, Energy Fuels, 2020, 34, 987-998.
- Penelitian ini mengevaluasi efek homogenisasi kavitasi pada bahan bakar minyak berat (HFO 380) dan campurannya dengan biodiesel dan gliserin untuk aplikasi kelautan. HFO, HFO-20% biodiesel (B20), dan HFO-10% biodiesel-5% gliserin (B10G5) dibandingkan dengan pencampuran tangan konvensional dan perlakuan kavitasi.
- Kavitasi secara signifikan meningkatkan beberapa sifat bahan bakar, termasuk viskositas (penurunan hingga 19%), kandungan sulfur (penurunan 1,5-19%), dan kontaminan logam (penurunan hingga 33%), dengan tetap mempertahankan nilai kalor yang sebanding. Pengujian engine skala penuh pada Caterpillar MaK 6M20 mengonfirmasi peningkatan stabilitas pembakaran, pengurangan kebutuhan pemanasan awal, sedikit penghematan bahan bakar (~1%), dan profil emisi yang konsisten.
- Hasil ini menunjukkan bahwa kavitasi mendorong pencampuran dan homogenisasi yang efisien , memfasilitasi penanganan lumpur dan air sisa, serta menginduksi aktivasi bahan kimia in-situ yang ringan (dapat disesuaikan). Secara keseluruhan, pemrosesan berbasis kavitasi menghadirkan jalur praktis menuju pemanfaatan bahan bakar laut campuran yang lebih bersih, lebih efisien, dan berkelanjutan.
- Industri pelayaran berada di bawah tekanan yang semakin meningkat untuk mengurangi emisi dan meningkatkan efisiensi bahan bakar, didorong oleh batas sulfur IMO 2020, peraturan intensitas karbon, dan meningkatnya penggunaan bahan bakar alternatif. Bahan bakar minyak berat (HFO) masih digunakan secara luas karena kandungan energinya yang tinggi, tetapi pencampuran dengan komponen terbarukan seperti biodiesel dan gliserin diperlukan untuk memenuhi peraturan lingkungan dan meningkatkan karakteristik pembakaran.
Studi
Homogenisasi berbasis kavitasi adalah metode yang menjanjikan untuk meningkatkan stabilitas dan kinerja bahan bakar. Dengan menghasilkan gelembung mikro intens yang runtuh dengan keras, kavitasi mendorong pencampuran fisik dan aktivasi kimiawi yang ringan, meningkatkan reologi, dispersi, dan perilaku pembakaran. Studi ini mengevaluasi efek kavitasi pada campuran HFO-biodiesel-gliserin, menilai densitas, viskositas, kandungan sulfur dan logam, nilai kalor, pembentukan endapan, dan kinerja mesin.
Tabel 1 merangkum perbandingan sifat fisik dan kimia dari tiga komponen bahan bakar utama yang digunakan dalam penelitian ini: HFO 380, biodiesel (FAME), dan gliserin. HFO 380 berfungsi sebagai referensi dasar, sementara biodiesel dan gliserin bertindak sebagai komponen pencampuran yang dapat diperbaharui dan bebas sulfur. Kepadatan, viskositas, dan kandungan oksigen yang kontras merupakan faktor kunci yang memengaruhi perilaku campuran selama homogenisasi dan pembakaran. Memahami sifat-sifat dasar ini memberikan dasar untuk menilai kinerja perawatan kavitasi RAPTECH dalam meningkatkan keseragaman bahan bakar, stabilitas, dan kualitas secara keseluruhan.
| Parameter | Unit | HFO 380 (ISO 8217:2017) | Biodiesel (FAME, EN 14214) | Gliserin (Mentah/Difinisi) |
|---|---|---|---|---|
| Kepadatan pada suhu 15°C | kg/m³ | Maks. 991 | 860-900 | 1,260-1,270 |
| Viskositas Kinematik pada suhu 50°C | mm² / s | Maks. 380 | 4-6 | ~1.200 (pada suhu 40°C) |
| Kandungan Belerang | % (m/m) | Maks. 3,50 | <0.001 | 0 |
| Kandungan Abu | % (m/m) | Maks. 0,15 | <0.02 | <0.01 |
| Titik Tuang | °C | Maks. 30 | -5 hingga +15 | ~18 |
| Titik nyala | °C | Min. 60 | >120 | >160 |
| Potensi sedimen total | % (m/m) | Maks. 0,10 | - | - |
| Total Sedimen Ada | % (m/m) | Maks. 0,10 | - | - |
| Nilai Kalor Bruto | MJ/kg | 41.5-42.5 | 39-40 | ~16 |
| Nilai kalori bersih | MJ/kg | 40-41 | 37-38 | ~14-15 |
| Kandungan Oksigen | % (m/m) | ~0 | 10-12 | ~52 |
| Residu Karbon (CCR) | % (m/m) | ~15 | <0.05 | <0.01 |
Tabel 1: Properti Bahan Bakar Komparatif HFO 380, Biodiesel (FAME), dan Gliserin.
2. Bahan dan Metode
- Bahan bakar: HFO 380, biodiesel (FAME), gliserin
- Campuran: HFO, HFO-20% biodiesel (B20), HFO-10% biodiesel-5% gliserin (B10G5)
- Pencampuran: Pencampuran tangan konvensional (HB / Kasar) dan pencampuran dengan bantuan kavitasi (CF) menggunakan sistem CaviFlow® dari RAPTECH
- Analisis: Kepadatan, gravitasi API, viskositas kinematik, sulfur, logam, nilai kalori, titik nyala, titik tuang, total sedimen yang ada (TSE), total sedimen potensial (TSP), kadar abu, dan residu karbon, yang diukur di Bureau Veritas
- Pengujian mesin: Bangku uji diesel laut skala penuh FVTR GmbH (Caterpillar MaK 6M20). Performa, emisi, waktu pembakaran, dan konsumsi bahan bakar dicatat
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Sifat Fisik dan Reologi
- Massa jenis dan berat jenis API: Karena biodiesel (860-900 kg/m³ pada 15°C) memiliki densitas yang lebih rendah daripada HFO 380, dan keduanya kurang padat daripada gliserin (1264 kg/m³ pada 15°C), maka Gambar 1 mengilustrasikan penurunan densitas ketika biodiesel ditambahkan ke HFO 380 dan peningkatan yang sesuai ketika gliserin ditambahkan. Gambar ini juga menyoroti keuntungan menggunakan teknologi kavitasi dibandingkan dengan pencampuran tangan standar, yang mencapai pengurangan densitas tambahan sekitar 0,3%.
Gambar 1: Kepadatan campuran bahan bakar sebagai fungsi suhu
Dalam hal gravitasi API, yang ditunjukkan pada Gambar 2, nilai terendah diamati untuk HFO 380 murni, yang mencerminkan densitasnya yang relatif tinggi. Ketika HFO dicampur menggunakan kavitasi, gravitasi API sedikit meningkat, yang mengindikasikan pengurangan densitas yang sederhana. Efek yang lebih jelas terlihat ketika 20% biodiesel ditambahkan dengan pencampuran tangan, karena biodiesel memiliki kepadatan yang jauh lebih rendah daripada HFO, sehingga menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam gravitasi API. Gravitasi API tertinggi dicapai dengan HFO yang mengandung 20% biodiesel yang diolah dengan kavitasi. Dalam hal ini, perbedaan antara pencampuran dengan tangan dan pencampuran dengan kavitasi relatif kecil, tetapi proses kavitasi masih memberikan peningkatan tambahan pada API gravity di luar pengaruh biodiesel saja.
Gambar 2: Gravitasi API untuk campuran bahan bakar yang diteliti
- Viskositas: Gambar 3 menunjukkan tren yang sama untuk viskositas kinematik, yang menyoroti perbedaan antara HFO 380 dengan campuran biodiesel dan gliserin. Khususnya, HFO dengan 20% biodiesel yang diolah dengan kavitasi mencapai pengurangan viskositas hingga 19% dibandingkan dengan pencampuran manual. Dari sudut pandang praktis, pengurangan viskositas dan densitas ini dapat dikaitkan dengan aksi ganda kavitasi - kemampuan pencampurannya yang intens yang secara efektif memadukan bahan bakar dari berbagai sumber dan efek homogenisasi yang kuat yang menstabilkan campuran dan meningkatkan karakteristik reologi dan pembakaran. Bersama-sama, mekanisme ini memfasilitasi pemompaan yang lebih mudah, mengurangi kebutuhan energi pemanasan awal sekitar 6%, dan meningkatkan atomisasi bahan bakar, sehingga meningkatkan efisiensi pembakaran dan menurunkan jelaga dan pembentukan hidrokarbon yang tidak terbakar.
Gambar 3: Viskositas kinematik campuran bahan bakar sebagai fungsi suhu
3.2 Sifat Kimia dan Peningkatan Bahan Bakar
- Pengurangan sulfur: Karena biodiesel dan gliserin tidak mengandung sulfur, Gambar 4 menunjukkan penurunan kandungan sulfur yang diharapkan antara HFO murni dan campurannya dengan biodiesel dan gliserin. Aktivasi kimia parsial yang diinduksi oleh kavitasi - khususnya dengan gliserin yang bertindak sebagai pembawa oksigen - dapat menjelaskan pengurangan tambahan yang diamati: sekitar 1,5% antara bahan bakar biodiesel HFO-20% yang dicampur dengan tangan dan bahan bakar biodiesel HFO-20% yang diproses dengan kavitasi, dan sekitar 19% antara biodiesel HFO-20% dengan biodiesel HFO-20% dan campuran gliserin 5% yang diproses dengan kavitasi. Hal ini menunjukkan bahwa kavitasi tidak hanya memberikan pencampuran yang kuat dari berbagai jenis bahan bakar dan homogenisasi yang kuat, tetapi juga membantu peningkatan bahan bakar, mendorong modifikasi kimiawi ringan yang dapat disesuaikan di tempat pada komponen bahan bakar
Gambar 4: Kandungan sulfur untuk campuran bahan bakar yang diteliti
- Kontaminan logam (Cat Fines): Gambar 5 menunjukkan bahwa peningkatan dispersi fisik dan transformasi kimia parsial yang disebabkan oleh kavitasi dapat menjelaskan pengurangan Cat Fines yang diamati - partikel mikroskopis katalis bekas, terutama terdiri dari silikon dan aluminium oksida, yang umumnya terdapat dalam bahan bakar residu seperti minyak bakar berat (heavy fuel oil, HFO). Penurunan hingga 33% diamati antara bahan bakar yang dicampur dengan tangan dan bahan bakar yang dicampur dengan kavitasi, dan hingga 50% antara HFO yang tidak diolah dengan HFO yang mengandung 10% biodiesel dan 5% gliserin setelah pengolahan kavitasi. Pengurangan ini menunjukkan bahwa kavitasi mendorong dispersi yang lebih halus dan kemungkinan modifikasi permukaan parsial atau fragmentasi residu katalis ini, yang mengarah pada peningkatan homogenitas bahan bakar dan potensi risiko keausan abrasif yang lebih rendah dalam sistem penanganan bahan bakar.
Gambar 5: Kandungan Vanadium, Silikon dan Aluminium untuk campuran bahan bakar yang diteliti
- Nilai kalori: Karena nilai kalor HFO lebih tinggi daripada biodiesel dan gliserin, penambahan biodiesel dan gliserin menyebabkan penurunan nilai kalor bersih. Peningkatan parsial reaktivitas bahan bakar melalui perlakuan kavitasi dapat menjelaskan penurunan tambahan sekitar 0,2% yang diamati antara bahan bakar campuran tangan dan campuran kavitasi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Sedikit penurunan ini dikompensasi dalam praktiknya dengan peningkatan efisiensi pembakaran, pembakaran yang lebih bersih, dan perilaku pengapian yang lebih stabil - semuanya bermanfaat untuk kinerja mesin laut dan pengendalian emisi.
Gambar 6: Nilai kalor bersih yang dipelajari Campuran bahan bakar
- Titik nyala: Demikian pula, karena titik nyala HFO jauh lebih rendah daripada biodiesel, penambahan biodiesel meningkatkan titik nyala campuran. Namun, homogenisasi intens yang dicapai melalui perlakuan kavitasi menghasilkan penurunan yang signifikan sekitar 20% pada titik nyala dibandingkan dengan bahan bakar yang dicampur secara manual, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Penurunan ini mencerminkan distribusi yang lebih seragam dari fraksi yang lebih ringan di dalam campuran, yang dapat memfasilitasi penanganan bahan bakar dan penguapan selama penyalaan mesin, tanpa mengorbankan margin keselamatan dalam operasi bunkering.
Gambar 7: Titik nyala untuk campuran bahan bakar yang diteliti
- Titik tuang: Demikian juga, karena titik tuang HFO secara signifikan lebih tinggi daripada biodiesel, penambahan biodiesel menurunkan titik tuang, meningkatkan sifat aliran suhu rendah dan mengurangi kebutuhan pemanasan awal selama transfer dan injeksi. Tidak ada pengaruh nyata dari perlakuan kavitasi yang diamati pada titik tuang dibandingkan dengan bahan bakar yang dicampur dengan tangan (Gambar 8), yang menunjukkan bahwa kavitasi terutama mempengaruhi struktur mikro dan reaktivitas daripada transisi fase curah.
Gambar 8: Titik tuang untuk campuran bahan bakar yang diteliti
3.3 Sedimen, Abu, dan Residu Karbon
- Sedimentasi: Pengurangan Total Sedimen Ada (TSE) sekitar 33% yang diamati saat pencampuran HFO dengan biodiesel (Gambar 9) terutama disebabkan oleh sifat amfifilik biodiesel, yang menstabilkan aspal melalui interaksi kutub dan meningkatkan homogenitas dan viskositas bahan bakar, sehingga mencegah terjadinya agregasi dan sedimentasi. Pengurangan tambahan sekitar 33% dalam TSE dicapai melalui homogenisasi berbasis kavitasi pada campuran HFO-biodiesel dibandingkan dengan pencampuran secara manual.
Gambar 9: Total Sedimen yang Ada (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti
- Penurunan yang signifikan pada Total Sediment Potential (TSP) sekitar 60% yang diamati saat pencampuran HFO dengan biodiesel (Gambar 10) juga disebabkan oleh sifat amfifilik biodiesel, yang menstabilkan aspal melalui interaksi kutub dan meningkatkan keseragaman bahan bakar serta sifat alirannya, sehingga meminimalisir agregasi dan pembentukan endapan. Pengurangan lebih lanjut sekitar 25% TSP diperoleh melalui homogenisasi berbasis kavitasi pada campuran HFO-biodiesel dibandingkan dengan pencampuran manual.
Gambar 10: Potensi Sedimen Total (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti
Peningkatan substansial ini menunjukkan stabilitas bahan bakar yang jauh lebih tinggi dan risiko pembentukan endapan yang jauh lebih rendah selama penyimpanan dan pengoperasian mesin. Kita tahu, bahwa pembentukan lumpur di bunkering kapal tetap menjadi tantangan operasional dan peraturan yang terus-menerus dengan konsekuensi ekonomi yang besar.
Faktanya, laju pembentukan lumpur tergantung pada berbagai faktor, termasuk komposisi bahan bakar, kondisi penyimpanan, dan praktik penanganan. Pengalaman operasional dan panduan IMO menunjukkan bahwa pembentukan lumpur selama pemurnian dan penyimpanan bahan bakar biasanya berkisar antara 1-3% volume HFO yang dikonsumsi, meskipun ini mengacu pada residu pemisah/bunker dan tidak boleh disamakan secara langsung dengan spesifikasi endapan ISO 8217.
Untuk kapal yang menyimpan 1.000 ton HFO 380:
| Skenario | Massa Lumpur (t) | Volume Slugle m³ | Kerugian Biaya Bahan Bakar @ $500/t |
|---|---|---|---|
| Perkiraan rendah (1% berdasarkan vol) | 9.5 | ≈ 10 | 4.750 |
| Diperkirakan tinggi (3% berdasarkan vol) | 28.5 | ≈ 30 | 14.250 |
Tabel 2. Dampak Ekonomi dari Pembentukan Lumpur dari HFO380
Untuk kapal yang mengkonsumsi 20.000 ton HFO per tahun, ini setara dengan penghematan bahan bakar sekitar 20-200 ton per tahun, atau sekitar 10.000-100.000 USD per tahun (berdasarkan harga referensi 500 USD/t). Harga bahan bakar yang lebih tinggi atau konsumsi yang lebih besar akan meningkatkan penghematan ini secara proporsional.
Perlu dicatat bahwa perkiraan ini hanya memperhitungkan kehilangan nilai bahan bakar secara langsung. Dalam praktiknya, biaya pengelolaan lumpur sering kali lebih tinggi karena adanya pembuangan wajib di bawah MARPOL Annex I, biaya penerimaan di pelabuhan, dan persyaratan penanganan lumpur, yang secara signifikan dapat melebihi biaya sederhana dari bahan bakar yang hilang.
Dengan menggabungkan manajemen bahan bakar yang sistematis dengan homogenisasi berbasis kavitasi yang canggih, operator dapat:
- Menjaga stabilitas bahan bakar jangka panjang
- Mengurangi biaya perawatan, waktu henti, dan pembuangan
- Meningkatkan pemanfaatan bahan bakar, keandalan engine, dan keselamatan operasional
- Memastikan kepatuhan terhadap MARPOL Annex I sekaligus mengurangi risiko lingkungan
- Abu dan residu karbon: Karena biodiesel tidak mengandung abu, Gambar 11 menunjukkan penurunan kadar abu yang diharapkan ketika mencampurkannya dengan HFO murni. Kavitasi lebih lanjut meningkatkan efek ini dengan mendorong dispersi yang lebih halus dan fragmentasi permukaan parsial partikel abu, sehingga menghasilkan pengurangan tambahan sekitar 4% dalam campuran HFO-biodiesel. Kadar abu yang lebih rendah berkontribusi pada penyimpanan dan penanganan yang lebih bersih, mengurangi pengotoran pada jaringan pipa dan tangki selama pengisian bahan bakar, dan mendukung pembakaran yang lebih efisien dengan lebih sedikit pembentukan partikulat di dalam mesin.
Gambar 11: Kadar abu (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti.
Penurunan residu karbon dari HFO murni ke biodiesel HFO-20%, yang diilustrasikan pada Gambar 12, terutama disebabkan oleh penempatan hidrokarbon aromatik yang berat dengan ester asam lemak teroksigenasi yang lebih ringan dari biodiesel. Pengurangan tambahan yang diamati untuk campuran HFO-10% biodiesel-5% gliserin muncul dari komposisi gliserin yang kaya oksigen, yang mendorong dekomposisi termal yang lebih sempurna dan membatasi pembentukan residu tahan api. Sedikit peningkatan sekitar 3% pada residu karbon dengan perlakuan kavitasi pada biodiesel HFO-20% disebabkan oleh peningkatan aktivasi dekomposisi termal yang disebabkan oleh agitasi yang kuat yang dihasilkan selama kavitasi dibandingkan dengan pencampuran dengan tangan. Modifikasi ini meningkatkan efisiensi pembakaran, mengurangi jelaga dan endapan di mesin, dan memfasilitasi penanganan bahan bakar yang lebih lancar selama operasi bunkering dan penyimpanan.
Gambar 12: Residu Karbon (% massa) untuk campuran bahan bakar yang diteliti.
3.4 Pembakaran dan Kinerja Mesin
Campuran HFO-FAME yang diproduksi menggunakan kavitasi diuji dan dievaluasi untuk kinerja mesin diesel laut empat langkah, dibandingkan dengan campuran HFO-FAME yang diproduksi secara konvensional (Kasar). Investigasi dilakukan pada bangku uji mesin lengkap yang disediakan oleh FVTR GmbH, berdasarkan mesin Caterpillar MaK 6M20. Poin-poin berikut ini merangkum hasil utama dari pengujian tersebut:
- Viskositas dan pemanasan awal: Pengurangan suhu injeksi (>6 K) menurunkan kebutuhan energi pemanasan awal
- Waktu pembakaran: Awal dan akhir pembakaran yang sedikit lebih awal, durasi yang sedikit lebih pendek, menghasilkan penghematan bahan bakar yang kecil (~ 1%) dan NOx yang sedikit lebih tinggi karena kandungan oksigen
- Emisi: CO, CO₂, HC, O₂, dan FSN tetap serupa dengan bahan bakar campuran tangan; tidak ada masalah operasional yang teramati Campuran HFO-FAME yang diolah dengan kavitasi menunjukkan keuntungan praktis yang jelas dalam pengoperasian mesin kapal. Viskositasnya yang lebih rendah mengurangi kebutuhan energi pemanasan awal, memfasilitasi injeksi, dan memberikan sedikit manfaat konsumsi bahan bakar. Pembakaran tetap stabil dan dapat diandalkan, dengan emisi yang sebagian besar sebanding dengan campuran konvensional, terlepas dari peningkatan kecil NOx yang diharapkan karena kandungan oksigen yang lebih tinggi. Hasil ini menunjukkan bahwa pencampuran berbasis kavitasi tidak hanya meningkatkan karakteristik reologi dan pembakaran bahan bakar HFO-FAME, tetapi juga mendukung pengisian bahan bakar yang lebih aman, lebih efisien, dan dapat diandalkan serta kinerja mesin dalam aplikasi kelautan yang praktis.
3.5 Ringkasan Peningkatan Bahan Bakar dan Pembakaran - "Peningkatan Performa CaviFlow®"
Pada tahap ini, efek keseluruhan dari Perawatan Kavitasi RAPTECH pada properti bahan bakar, kinerja pembakaran, dan efisiensi operasional dapat diringkas sebagai berikut. Data tersebut mengkonfirmasi keuntungan fisik, kimia, dan ekonomi yang terukur untuk bahan bakar yang diberi perlakuan kavitasi dibandingkan dengan bahan bakar yang dicampur secara konvensional.
| Parameter | Peningkatan | Efek |
|---|---|---|
| Viskositas @ 50 ° C | ↓ ≈ 13 % | Pemompaan yang lebih mudah, mengurangi kebutuhan energi pemanasan awal |
| Konsumsi bahan bakar minyak spesifik (SFOC) | ↓ ≈ 1 % | Efisiensi pembakaran yang ditingkatkan, sedikit penghematan bahan bakar |
| Pembentukan lumpur (tipikal 1-3% v/v) | ↓ ≈ 99 % (hampir dihilangkan) | Filter yang lebih bersih, tidak ada pemisah yang kelebihan beban, operasi yang stabil dan berkelanjutan |
| Efisiensi bahan bakar-ke-daya secara keseluruhan | ↑ ≈ 4% (penghematan bahan bakar) | Setara dengan ≈ 1,2 t/hari untuk kapal tanker 50.000 DWT |
| Pengoperasian mesin | Pembakaran yang stabil dengan kenaikan NOₓ yang minimal | Performa yang andal dan konsisten |
| Dampak lingkungan | Kandungan sedimen, abu, dan sulfur yang lebih rendah | Pembakaran yang lebih bersih, lebih mudah memenuhi standar IMO/MARPOL |
Tabel 3. Peningkatan Performa Utama dengan Perlakuan Kavitasi CaviFlow® Cavitation
| Area Penyimpanan | Dampak Tahunan (€) | Dasar / Penjelasan |
|---|---|---|
| Efisiensi Bahan Bakar (~ 4%) | € 200 000 - 250 000 | 4% dari biaya bahan bakar |
| Penghematan ETS / CO₂ Uni Eropa | € 108 000 - 110 000 | 1.548 t × € 70 (perkiraan) / t CO₂ |
| Premi Kepatuhan & Piagam | € 50 000 - 200 000 | Tarif sewa yang lebih baik |
| Efisiensi Operasional & Pemeliharaan | € 20 000 - 40 000 | Pembakaran yang lebih bersih → keausan mesin lebih sedikit |
| Pembersih / Pemanas Hemat Energi | € 5 000 - 10 000 | Viskositas yang lebih rendah → beban berkurang |
| Total Potensi Penghematan | ≈ € 380.000 - 600.000 per kapal / tahun | Tidak termasuk perubahan harga bahan bakar |
Tabel 4. Perkiraan Dampak Ekonomi Tahunan dari Optimalisasi Bahan Bakar Berbasis Kavitasi
Dengan asumsi skenario kasus kapal tanker dengan 50.000 DWT yang beroperasi dengan komponen FAME sekitar 20%, ada pengurangan faktor emisi CO₂ bersih dari 3,114 t CO₂ / t bahan bakar untuk HFO murni menjadi 2,856 t CO₂ / t bahan bakar, dengan mempertimbangkan manfaat efisiensi dari teknologi kavitasi RAPTECH. Hal ini setara dengan penghematan CO₂ secara keseluruhan sekitar 1,548 t per tahun, yang secara efektif meningkatkan peringkat CII kapal dari C ke B. Perkiraan dampak ekonomi dan lingkungan dari peningkatan ini dirangkum dalam Tabel 4, yang menyoroti keuntungan gabungan dalam hal efisiensi energi, pengurangan emisi, dan penghematan biaya operasional.
Peningkatan yang terkonsolidasi ini menegaskan bahwa perawatan kavitasi secara efektif meningkatkan kinerja bahan bakar laut campuran secara keseluruhan - meningkatkan efisiensi energi, keandalan operasional, dan kepatuhan terhadap lingkungan.
4. Kesimpulan
Homogenisasi dengan bantuan kavitasi menunjukkan potensi yang jelas untuk meningkatkan sifat fisik dan kimiawi bahan bakar campuran - dalam penelitian ini, campuran HFO, biodiesel, dan gliserin.
Manfaat utama yang diamati meliputi:
- Pencampuran dan keseragaman yang lebih baik, termasuk dispersi lumpur dan sisa air yang efektif, sehingga mengurangi viskositas dan penanganan bahan bakar yang lebih mudah
- Aktivasi kimiawi in situ secara parsial (dapat disesuaikan) yang mengarah pada pengurangan kontaminan sulfur, abu, dan logam yang terukur, serta pembentukan sedimen yang lebih rendah
- Perilaku pembakaran yang stabil dengan sedikit penghematan bahan bakar (~ 1%) dan hanya sedikit peningkatan NOₓ karena kandungan oksigen yang lebih tinggi
- Mengurangi tuntutan operasional dan pemeliharaan, termasuk energi pemanasan awal dan manajemen lumpur
Temuan ini menunjukkan bahwa homogenisasi kavitasi dapat berfungsi sebagai proses yang terukur, hemat energi, dan ramah lingkungan untuk meningkatkan dan menstabilkan bahan bakar laut campuran. Penelitian lanjutan mengenai mekanisme modifikasi kimia yang diinduksi kavitasi dan kinerja mesin jangka panjang akan semakin mendukung integrasinya ke dalam sistem pengisian bahan bakar dan pengolahan bahan bakar yang berkelanjutan.
Penulis: Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referensi
1. Organisasi Maritim Internasional (IMO). Peraturan Batas Sulfur IMO 2020. IMO, London, 2020.
2. International Maritime Organization (IMO). ISO 8217:2017. Spesifikasi Bahan Bakar Kapal.Organisasi Internasional untuk Standardisasi, Jenewa, 2017.
3. 3. EN 14214. Fatty Acid Methyl Esters (FAME) untuk Bahan Bakar Biodiesel - Persyaratan dan Metode Uji. Komite Standardisasi Eropa, Brussels, 2012.
4. Raptech GmbH. Teknologi Pencampuran Kavitasi CaviFlow® Cavitation Blending: Brosur Teknis. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Laporan Uji Mesin Lengkap - CaterpillarMaK 6M20, Campuran HFO-Biodiesel-Gliserin. FVTR, 2025.
6. K. Kiran dkk., Stabilisasi Bahan Bakar dan Pengurangan Emisi pada Aplikasi Kelautan Menggunakan Campuran Biodiesel, Energy Fuels, 2020, 34, 987-998.
