Minyak Bumi : Makalah Kimia mengenai Hidrokarbon dan Pemanfaatannya

 Minyak Bumi 

Oleh : Nicholas Bayu Mahendra

Dewasa ini, kehidupan manusia tidak bisa dipisahkan lagi dengan keberadaan minyak bumi. Semua aktivitas yang dijalani manusia selalu membutuhkan olahan minyak bumi. Minyak bumi hadir dalam berbagai olahan seperti LPG ( Liquified Petroleum Gas ), avtur ( Aviator Turbine ), avgas ( Aviation Gasoline ), minyak tanah ( kerosin ), bensin ( gasoline ), solar ( diesel ), aspal, parafin, bensol, vaselin, spiritus, dan oli.

LPG merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari minyak mentah dan natural gas serta komponen utamanya adalah propana (C3H8) dan butana (C4H10). LPG digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak. Sedangkan avtur adalah salah satu jenis bahan bakar berbasis minyak bumi yang berwarna bening hingga kekuning-kuningan, memiliki rentang titik didih antara 145-300°C dan digunakan sebagai bahan bakar pesawat terbang. Sementara avgas yang juga dikenal sebagai roh penerbangan di Inggris, adalah avtur yang digunakan dalam pesawat mesin piston. Avgas dibedakan dari mogas (motor gasoline), yang merupakan bensin sehari-hari yang digunakan dalam mobil dan beberapa pesawat ringan non komersial. Avgas mengandung tetraetil timbal (TEL), zat beracun yang digunakan untuk mencegah mesin knocking (peledakan). Berbeda dengan avgas, minyak tanah adalah cairan hidrokarbon yang tak berwarna dan mudah terbakar. Minyak tanah diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada 150° C dan 275°C. Pada masa sebelum listrik ditemukan, minyak tanah digunakan dalam lampu minyak tanah. Pada masa kini, umumnya minyak tanah digunakan untuk keperluan industri ( seperti solvent ) dan sebagian masih digunakan sebagai bahan bakar di rumah tangga ( memasak, penerangan, dll ).

Tidak hanya di industri rumah tangga saja, minyak bumi juga digunakan dalam kebutuhan bahan bakar kendaraan yang umumnya dijumpai dalam kehidupan sehari-hari : sepeda motor, mobil, bus, dan lain-lain. Minyak bumi untuk kebutuhan ini dijumpai dalam bentuk bensin dan solar. Secara sederhana, Secara sederhana, bensin tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul yang hanya terdiri dari hidrogen dan karbon yang terikat antara satu dengan yang lainnya sehingga membentuk rantai. Jika bensin dibakar pada kondisi ideal dengan oksigen berlimpah, maka akan dihasilkan CO₂, H₂O, dan energi panas. Setiap kg bensin mengandung 42.4 MJ. Bensin memiliki beberapa perbedaan dengan solar. Bensin banyak digunakan pada kendaraan-kendaraan yang membutuhkan kecepatan dibandingkan power. Sehingga banyak dipakai pada kendaraan berukuran kompak seperti sepeda motor, MPV, mini SUV dan sedan. Sementara solar, dengan kandungan energi lebih tinggi dan torsinya juga besar maka cocok dipakai pada mobil yang lebih membutuhkan power dibandingkan kecepatan. Diesel dipakai pada truk, bus, alat berat, kereta api, mesin kapal, dan mesin-mesin industri.

A.    Bilangan Oktan

Bilangan oktan (octane number) merupakan ukuran dari kemampuan bahan bakar untuk mengatasi ketukan sewaktu terbakar dalam mesin. Semakin tinggi nilai oktan, berarti semakin sedikit ketukannya, dan semakin baik juga mutunya.

Hidrokarbon	Bilangan Oktan Road Index
n-heptana 2-metilheptana n-heksana 2-metilheksana 1-heptena n-pentana 1-pentena 1-butena Sikloheksana 2,2,4-trimetil pentana	0 23 25 44 60 62 84 91 97 100

     Tabel 1.1 Hidrokarbon dan Bilangan Oktannya

Nama oktan berasal dari oktana (C8), karena dari seluruh molekul penyusun bensin, oktana dapat dikompres sampai volume kecil tanpa mengalami pembakaran spontan. Tidak seperti yang terjadi pada heptana, yang dapat terbakar spontan meskipun baru ditekan sedikit. Isooktana menghasilkan ketukan paling sedikit dan diberi nilai oktan 100. Sedangkan n-heptana menyebabkan ketukan paling banyak dan diberi nilai 0.

Untuk menentukan nilai oktan, ditetapkan dua jenis senyawa sebagai pembanding yaitu isooktana dan n-heptana. Kedua senyawa ini adalah dua diantara banyak macam senyawa yang tedapat dalam bensin.

Alkana rantai bercabang/alisiklik/aromatik dalam bensin seperti isooktana tidak terlalu mudah terbakar. Jadi, lebih sedikit ketukan yang dihasilkan, dan energi yang ditransfer ke piston lebih besar. Oleh karena itu, bensin dengan kualitas yang baik harus mengandung lebih banyak alkana rantai bercabang/aromatik dibandingkan alkana rantai lurus.

Kemudian nilai oktan ditingkatkan dengan cara-cara berikut ini:

1. Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi bensin menjadi hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming. Reforming adalah perubahan dari bentuk molekul bensin yang bermutu kurang baik (rantai karbon lurus) menjadi bensin yang bermutu lebih baik (rantai karbon bercabang). Kedua jenis bensin ini memiliki rumus molekul yang sama bentuk strukturnya yang berbeda. Oleh karena itu, proses ini juga disebut isomerisasi. Reforming dilakukan dengan menggunakan katalis dan pemanasan.

2. Menambahkan hidrokarbon alisiklik/aromatik ke dalam campuran akhir fraksi bensin.

3. Menambahkan aditif anti ketukan ke dalam bensin untuk memperlambat pembakaran bensin.  Zat Aditif adalah suatu zat yang di tambahkan kedalam suatu campuran / adonan / larutan  dengan jumlah yang sangat sedikit dengan tujuan memberikan kualitas yang baik / yang di inginkan dengan signifikan. Berikut contoh zat aditif yang di tambahkan ke dalam bahan bakar :

1)  Ethyl Tertier Butil Ether (ETBE).CH3O(C2H5)3

2)  Tertier Amil Metil Eter (TAME). CH3 O (CH3) C2H5

3)  Metil Tertier Butil Eter (MTBE). CH3O(CH3)3

4)  Tetra Etil Lead (TEL) . Pb(C2H5)4

B.    Mutu Bensin

Bensin atau sering disebut gasoline/premium terdiri dari campuran isomer heptane (C7H16) dan oktana (C8H18). Bensin merupakan salah satu fraksi minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar mesin dan kendaraan bermotor.

Mutu bahan bakar bensin ditentukan oleh jumlah ketukan (knocking) yang ditimbulkan. Jumlah ketukan dinyatakan dengan nilai oktan. Semakin tinggi mutu bensin, berarti jumlah ketukan semakin sedikit, dan angka oktanya semakin tinggi. Sebagai pembanding dalam penentuan bilangan oktan pada bensin digunakan nilai n – heptana dan isooktana. Kedua senyawa ini merupakan sebagian senyawa yang terdapat dalam bensin. Isooktana memberikan ketukan paling sedikit, diberi nilai oktan 100. N – heptane menghasilkan ketukan paling sedikit, diberi nilai nol. Suatu campuran yang terdiri dari 80% isooktana dan 20% n – heptane mempunyai nilai oktan sebesar 80 .

Salah satu jenis bensin, misalnya premium mempunyai nilai oktan 88. Ini berarti mutu premium setara dengan campuran 88% isooktan dan 12% n – heptane. Namun, mutu premium atau jumlah ketukan yang dihasilkan setara dengan campuran 88% isooktan dan 12% n – heptana. Pada umumnya bensin menimbulkan banyak ketukan. Hal ini terjadi karena sebagian besar bensin yang merupakan hasil penyulingan terdiri dari alkane rantai lurus.

Bensin yang berantai hidrokarbon lurus kualitasnya kurang baik karena mengakibatkan penyalakan/knocking pada mesin sehingga mesin menjadi cepat rusak. Namun, knocking ini dapat dikurangi dengan menambahkan TEL (tetraethyl lead), yaitu Pb(C2H5)4. Penambahan 2-3 mL TEL kedalam 1 galon bensin, dapat menaikan nilai oktan 15 poin. Kekurangan dari penambahan TEL ini adalah dalam pembakaran bensin akan menghasilkan oksida timah hitam yang keluar bersama asap knalpot atau menempel pada mesin. Untuk mengantisipasinya, maka ke dalam bensin bertimbal ini dicampurkan 1,2 – dibromo etana sehingga endapan PbO dalam mesin tidak terjadi.

Bensin terbagi menjadi 3 jenis, yaitu premium, pertamax, dan pertamax plus. Ketiganya mempunyai performance atau mutu yang berbeda. Di Indonesia terdapat beberapa bahan bakar jenis bensin yang memiliki nilai mutu pembakaran berbeda. Nilai mutu jenis BBM bensin ditemukan berdasarkan nilai RON (reserch octane number).

1.     Premium (RON 88). Umumnya, premium digunakan untuk bahan bakar kendaraan bermesin bensin, seperti mobil, sepeda motor, dan motor tempel. Bahan bakar ini sering juga disebut motor gasoline atau petrol.

2.  Pertamax (RON 92). Pertamax ditujukan untuk kendaraan yang mensyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi tanpa timbel (unleaded). Pertamax juga direkomendasikan untuk kendaraan yang diproduksi diatas tahun 1990, terutama yang telah menggunakan teknologi setara dengan electronic fuel injection.

3.   Pertamax Plus (RON 95). Jenis BBM ini mempunyai nilai oktan tinggi. Pertamax Plus ditujukan untuk kendaraan berteknologi mutakhir yang mensyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi. Pertamax Plus sangat direkomendasikan untuk kendaraan yang memiliki kompresi ratio lebih besar dari 10,5 dan menggunakan teknologi electronic fuel injection (EFI), variable valve timing (VVT-I pada Toyota, VVT pada Suzuki, VTEC pada Honda dan VANOS/Valvetronic pada BMW), turbochargers, serta catalic converters.

      Kesimpulan

            Minyak bumi memiliki banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari. Tidak hanya bermanfaat di kebutuhan rumah tangga tetapi juga kebutuhan industri. Salah satu hasil olahan minyak bumi adalah bensin. Perbedaan mutu bensin dipengaruhi oleh bilangan oktan. Semakin bagus mutu bensin semakin besar bilangan oktan. Semakin besar bilangan oktan semakin baik proses pembakaran dalam mesin kendaraan.