Analisis Ultrafine Bubble untuk Meningkatkan Kinerja Bahan Bakar Motor Diesel

Abstract

Bahan bakar biosolar merupakan campuran solar fosil dan biodiesel (FAME) yang digunakan di Indonesia untuk menurunkan emisi gas rumah kaca, meningkatkan ketahanan energi nasional, serta mengurangi ketergantungan pada bahan bakar minyak. Namun demikian, baik biosolar maupun biodiesel masih memiliki beberapa kelemahan, seperti kestabilan oksidasi yang rendah, viskositas yang relatif tinggi, serta performa pembakaran yang belum optimal. Untuk mengatasi hal tersebut, salah satu pendekatan yang dikembangkan adalah pemanfaatan ultrafine bubble berbasis oksigen yang merupakan gelembung berukuran kurang dari 1 µm yang memiliki stabilitas tinggi, mudah terdispersi, dan mampu memengaruhi sifat fisika kimia bahan bakar. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi pengaruh injeksi ultrafine bubble dalam bahan bakar terhadap sifat fisika kimia, kestabilan oksidatif, karakteristik gelembung secara mikroskopis, kinerja pembakaran, serta perubahan struktur kimia FAME pada bahan bakar B0, B35, dan B100. Penelitian dilakukan melalui serangkaian uji eksperimental di laboratorium, ultrafine bubble dihasilkan dengan mengalirkan oksigen melalui nozzle venturi sehingga terbentuk gelembung berdiameter di bawah 1 µm, kemudian disirkulasikan ke dalam 2,5 liter bahan bakar dengan laju oksigen 1, 3, dan 5 lpm selama 10-60 menit. Sampel sebelum dan sesudah perlakuan diuji untuk melihat perubahan kinerja dan sifat fisikokimia, meliputi densitas, viskositas, dan bilangan asam, serta stabilitas oksidatif berdasarkan metode standar ASTM untuk minyak dan gas. Ukuran dan distribusi gelembung diamati menggunakan particle analyzer, stabilitas muatan permukaan dianalisis dengan zeta analyzer, sedangkan potensi perubahan pada struktur kimia FAME diidentifikasi melalui pengujian GC-MS. Seluruh data kemudian dianalisis secara statistik untuk menilai besarnya pengaruh UFB terhadap kualitas bahan bakar. Hasil pengujian karakteristik fisika kimia menunjukkan adanya peningkatan angka cetana seiring meningkatnya laju alir dan durasi injeksi UFB. Pada B0, angka cetana naik dari 56,5 menjadi 63; pada B100 meningkat dari 59,2 menjadi 61,4; dan pada B35 naik dari 57,2 menjadi 60,6 pada injeksi 5 lpm selama 60 menit. Perlakuan UFB pada ketiga jenis bahan bakar tersebut juga menyebabkan sedikit penurunan viskositas, densitas, suhu titik distilasi, dan titik nyala yang mengindikasikan perbaikan kualitas pembakaran. Stabilitas oksidasi bahan bakar menurun seiring bertambahnya volume dan durasi injeksi oksigen, namun masih berada dalam batas standar mutu bahan bakar. Hasil pengamatan karakteristik mikroskopis memperlihatkan bahwa ultrafine bubble terdistribusi secara homogen di dalam bahan bakar dan mampu menurunkan ukuran gelembung secara signifikan seiring bertambahnya durasi injeksi oksigen. Perubahan diameter gelembung dominan pada B100 berkurang dari 12 nm menjadi 7 nm, pada B35 dari 295 nm menjadi 255 nm, serta pada B0 dari 141 nm menjadi 38 nm. Reduksi ukuran ini menunjukkan peran ultrafine bublke dalam mendispersikan partikel dengan memutus ikatan aglomerat sehingga sistem menjadi lebih stabil. Seiring bertambahnya waktu penyimpanan hingga minggu keempat, ukuran gelembung kembali meningkat akibat terjadinya penggabungan dan aglomerasi partikel, dengan diameter gelembung 16 nm pada bahan bakar B100, 342 nm pada B35, dan 122 nm pada B0. Meskipun terjadi peningkatan ukuran, bahan bakar yang diberi perlakuan ultrafine bubble tetap menunjukkan kestabilan dispersi yang lebih baik dan masih beraada pada standar gelembung ultrafine bubble dibandingkan sampel tanpa perlakuan. Zeta potensial negatif -25 turut membantu mempertahankan kestabilan sistem selama waktu simpan. Secara Keseluruhan, perlakuan ultrafine bubble dengan laju 1, 3, dan 5 lpm selama 60 menit dan penyimpanan hingga 30 hari tetap memenuhi standar kualitas bahan bakar B0, B35, dan B100. Analisis GC-MS mendukung bahwa perlakuan ultrafine bubble tidak mengubah struktur utama FAME pada B100, hanya menimbulkan oksidasi ringan pada senyawa minor. Penurunan kecil pada metil oleat dan metil linoleat serta kestabilan metil palmitat menunjukkan degradasi minimal yang justru berpotensi meningkatkan homogenitas, stabilitas kimia, dan efisiensi pembakaran. Penurunan stabilitas oksidasi terlihat dari berkurangnya waktu induksi. Pada B0, waktu induksi turun dari 186,9 menjadi 115,9 menit; pada B35 dari 194,35 menjadi 76,1 menit; dan pada B100 dari 77,33 menjadi 58,2 menit (perlakuan 5 lpm selama 60 menit). Analisis regresi menunjukkan durasi injeksi optimum untuk B100 adalah 100 menit dengan nilai stabilitas oksidasi BBM 49 menit, serta bahan bakar B0 optimum pada 130 menit dengan stabilitas oksidasi BBM 45 menit, dan bahan bakar B35 optimum pada 90 menit dengan Stabilitas Oksidasi 45 menit. Hasil pengujian kinerja menunjukkan bahwa perlakuan ultrafine bubble mampu meningkatkan kwalitas bahan bakar, daya mesin sekaligus menurunkan konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Peningkatan daya tertinggi terjadi pada bahan bakar B100 sebesar 18,2%, diikuti B35 sebesar 13,67% dan B0 sebesar 10,67%. Sementara itu, konsumsi bahan bakar mengalami penurunan masing masing sebesar 19,40 ml/s untuk B100, 18,90 ml/s untuk B35, dan 16,58 ml/s untuk B0. Selain itu, perlakuan UFB juga efektif menurunkan emisi, sebesar 51,7% untuk B0, 37% untuk B35, dan 26% untuk B100. Temuan ini menegaskan bahwa injeksi ultrafine bubble efektif dalam meningkatkan performa pembakaran, menurunkan polusi serta efisiensi energi pada berbagai jenis bahan bakar diesel.