Artikel

Sebuah Tinjauan Tentang Teknologi Efisiensi Dan Emisi Mesin Kapal Berbahan Bakar Gas

  • Di Publikasikan Pada: 11 Mar 2022
  • Oleh: Admin

Energi dan kehidupan adalah dua hal yang tidak terpisahkan. Ibaratnya jika kita kehilangan sumber energi berarti kehilangan kehidupan. Segala sendi kehidupan saat ini sangat bergantung pada ketersediaan sumber energi. Saat ini kita mengenal ada dua jenis sumber energi yaitu sumber energi fosil sebagai sumber energi tak terbarukan dan sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui. Penggunaan energi fosil didominasi oleh bahan bakar minyak. Selama beberapa tahun ini telah terjadi beberapa dampak yang kurang menguntungkan dari ketergantungan kita terhadap bahan bakar minyak. Dominasi bahan bakar cair ini menyebabkan harganya sangat fluktuatif dan hal ini menimbulkan efek domino kepada yang lain sehingga sangat mengganggu operasional kehidupan yang lain. Selain faktor kendali harga, nilai emisi dan tingkat pencemaran yang ditimbulkan juga relatif tinggi. Hal inilah yang mendorong munculnya inisiasi pemakaian bahan bakar gas, selain faktor nilai harganya yang relatif lebih bagus, bahan bakar gas dipandang lebih bersih dibandingkan dengan bahan bakar minyak.

Natural gas dan biogas adalah dua jenis bahan bakar jenis gas yang mulai dikenal pemakaiannya. Biogas dalam perkembangan aplikasinya kurang signifikan dikarenakan keterbatasan jumlah dalam proses produksinya. Kemajuan pesat dalam eksploitasi teknologi dan eksplorasi bahan bakar gas baik dalam bentuk bahan bakar fosil dan bahan bakar organik menjadi kekuatan pendorong meningkatnya penggunaan transportasi yang menggunakan gas sebagai sumber energi. Metana adalah salah satu jenis hidrokarbon yang paling sederhana, dengan rumus molekul metana CH4 yang dikenal sebagai salah satu bahan bakar terbersih. Oleh karena itu, penggunaan metana terus berkembang sebagai pengganti bahan bakar diesel di mesin pengapian kompresi. Data yang diperoleh dari Tobias Andersson, ©Svenskt Gastekniskt Center - December 2002 menunjukkan hasil bahwa pada tahun 2020 konsumsi metana dalam sarana transportasi adalah 11% di Asia, 12% di Amerika dan 14% di Eropa sehingga konsumsi bahan bakar gas dunia dalam transportasi akan terus meningkat

Perkembangan teknologi dalam penggunaan bahan bakar gas di kapal didukung oleh semakin ketatnya peraturan emisi lingkungan, indikasi terjadinya pemanasan global dan perubahan iklim yang mengancam kelangsungan hidup umat manusia. Berikut adalah salah satu rangkuman regulasi pencemaran udara yang telah diterapkan di Jepang, Usa dan Eropa.

Terlihat betapa peraturan semakin ketat dari tahun ke tahun, dengan satu tujuan untuk menjaga bumi dari dampat perubahan iklim yang akan mengancam kelangsungan kehidupan dimuka bumi.

Perkembangan teknologi permesinan kapal berbahan bakar gas dikapal terbagi menjadi 5 teknologi dasar yaitu lean burn spark engine (LBSI), dual fuel low pressure (LPDF) 4 stroke, dual fuel fuel (HPDF), dual fuel (LPDF) 2 stroke dan gas turbin (GT).

Di dunia pelayaran, kapal berbahan bakar gas pertama diluncurkan pada tahun 2000 dan menurut sumber data dari Marintek hingga Desember 2016 di sana sekitar 120 kapal berbahan bakar gas. Dari sumber yang sama diperoleh data bahwa sebagian besar (lebih dari 50%) kapal berbahan bakar gas beroperasi di perairan Norwegia.

Berikut adalah tabel jenis kapal berbahan bakar gas dan jumlahnya hingga tahun 2016

 

    

   

Jenis Kapal

Jumlah dalam Operasional

 

Jenis Kapal

Jumlah dalam Operasional

barge

2

 

LNG FSRU

1

Bulk ship

2

 

LNG Tanker

8

Car carrier

2

 

Offshore vessel

23

Car / passenger ferry

32

 

Ore bulk oil carrier

0

Container ship

3

 

Pasengger ship

1

Cruise ship

1

 

Patrol vessel

4

dredger

2

 

Product tanker

8

Gas carrier

6

 

ROPAX

4

General cargo

4

 

Roro Ship

3

High speed ROPAX

1

 

Tug

8

High speed ROPAX

1

 

Tug

8

Hopper barge

1

 

LNG Bunker ship

1

 

 

 

Jumlah total hingga 2016

117
Sumber : Sintef Ocean 2017

Kapal jenis ferry yang mengangkut kendaraan dan penumpang berdasarkan data mendominasi persentase kapal berbahan bakar gas pada tahun 2000 - 2011, sedangkan perkembangan dan diferensiasi mulai terjadi setelah 2011. Berikut adalah grafik perkembangan jumlah kapal berbahan bakar gas hingga Desember 2016 berdasarkan sumber Sintef Ocean 2017.

Ada empat jenis konsep yang dikenal untuk penggunaannya dalam pengoperasian kapal berbahan bakar gas, konsep ini dibedakan oleh perbedaan karakteristik, kinerja, efisiensi, dan emisi. Berikut dijelaskan pembagiannya  sebagai berikut:

·         Lean-Burn Spark Ignited engine (LBSI-engine), kecepatan sedang-tinggi, (0,5-8 MW)

Teknologi permesinan jenis ini bekerja berdasarkan konsep siklus otto, menggunakan teknologi prechamber untuk membantu proses pencampuran gas dengan udara karena konsep lean operation dengan kondisi udara berlebih mendekati lamda 2 sedangkan busi tidak dapat beroperasi pada kondisi tersebut. Memiliki ruang pembakaran yang kompak dengan tingkat turbulensi yang terkendali memastikan tingkat panas yang cepat, kondisi efisiensi termal yang lebih tinggi ini membuat mesin lebih hemat energi. Keuntungan lain dengan penggunaan teknologi busi dan pre chamber untuk pengapian menyebabkan semburan gas masuk ke ruang bakar utama

·         Low Pressure Dual Fuel Engine ( LPDF) 4 stroke, kecepatan sedang – tinggi

 ( 1 -18 MW)

Teknologi 4 stroke bertekanan rendah dual fuel (LPDF) sebenarnya hampir sama dengan teknologi LBSI yang keduanya beroperasi dalam lean combustion. Yang membedakan adalah fleksibilitas yang dimiliki oleh LPDF yang dapat beroperasi dalam mode diesel ketika tidak ada bahan bakar gas yang tersedia sehingga kelangsungan operasional tetap terjaga. Bahan bakar gas mengalir ke silinder setelah dicampur dengan udara melalui intake manifold. Dalam teknologi LPDF ini ada dua aplikasi injektor yaitu injektor untuk mode mikro-pilot injektor bahan bakar diesel untuk mode gas yang dilengkapi dengan kepala silinder. Pergantian mode bahan bakar dari mode diesel ke mode gas atau sebaliknya dapat terjadi secara bebas dengan pembatasan kondisi operasi tertentu

·         Low Pressure Dual Fuel Engine (LPDF) 2 Stroke ), kecepatan lambat, (5-63 MW)

Konsep mesin gas ini beroperasi di bawah kondisi tekanan rendah. Siklus yang digunakan adalah siklus otto yang memiliki tantangan serupa dengan LPDF 4 Stroke, yang merupakan konsep homogenitas dalam pencampuran udara dan bahan bakar, kontrol yang baik dari rasio udara dan bahan bakar, pengapian yang stabil dari bahan bakar pilot dan proses pembakaran. Sistem ini menggunakan bahan bakar pilot dalam kisaran 1% dari total konsumsi.

·         High Pressure Dual Fuel (HPDF),kecepatan lambat, 2-stroke (> 2,5 MW)

HPDF atau bahan bakar ganda bertekanan tinggi beroperasi berdasarkan konsep siklus diesel di mana udara terkompresi dan minyak pilot disuntikkan, semprotan gas disuntikkan di pusat titik mati hampir sama dengan penyalaan pengapian. Ada dua keuntungan dari konsep permesinan HPDF ini: tidak adanya slip metana dan tidak memerlukan kualitas gas seperti pada mesin siklus otto. Konsep pemesinan ini sangat cocok untuk kapal besar yang biasanya memilih kecepatan rendah.

Berikut adalah data seberapa besar nilai penurunan emisi yang dilakukan pada masing – masing konsep teknologi.

 

Jenis Emisi

LBSI

LPDF 4 Stroke

LPDF

2 Stroke

HPDF

2 Stroke

CO2

25-28%

20-25%

20-26%

20-24%

NOx

85-90%

75-90%

75-90%

25-30%

SOx

>99%

98-99%

95-99%

95-97%

Particle

>99%

95-98%

95-98%

30-40%


                                                Sumber : Sintef Ocean 2017

Terkait dengan konsep awal pemanfaatan bahan bakar gas pada kapal salah satunya adalah agar dapat membantu usaha – usaha mencegah dampak buruk pemanasan global dan perubahan iklim. Ternyata ada dampak buruk sampingan dalam pemanfaatan gas metana. Dampak emisi metana juga telah berkontribusi terhadap perubahan iklim dan pemanasan global. Data menunjukkan bahwa gas metana memiliki efek pemanasan 25 kali lebih kuat dalam menyebabkan pemanasan global daripada CO2. Perhitungan ini didasarkan pada rata-rata efek pemanasan metana selama 100 tahun. Namun, setelah 1 dekade, gas metana sulit dilacak dan hampir menghilang setelah 20 tahun, sehingga secara dramatis menghabiskan rata-rata 1 abad untuk mengurangi dampaknya. Dan karena kita tidak memiliki 100 tahun untuk mengurangi efek gas rumah kaca kita, perhitungan terbaru menunjukkan bahwa selama 20 tahun, efek pemanasan metana menjadi 72 kali lebih kuat. Sangat mencengangkan....

Akan tetapi apakah kita menjadi putus harap dengan kenyataan data diatas? Tentu saja sebuah kemunculan teknologi baru akan selalu diharapkan lahir dari para peneliti, tentang bagaimana merancang usaha – usaha meminimalisir emisi metana. Karena bagaimanapun nilai penurunan emisi pecemaran yang lain menunjukkan data penurunan yang signifikan dengan penerapan konsep bahan bakar gas. Dan lagi lagi pilihan kembali pada kita dan bagaimana kita berusaha mencari solusinya untuk kehidupan yang lebih baik .