LPG, sebelum digunakan sebagai sumber energi pada sektor transportasi, digunakan secara luas pada sektor industri, perumahan, sektor komersial, pembangkit listrik, pertanian, hingga pada sektor pariwisata, seperti diilustrasikan pada Gambar 3.1. Industri petrokimia menggunakan LPG/propana sebagai bahan baku, sedangkan di sektor perumahan dan komersial, digunakan untuk pemanas ruangan, pemanas air, dan memasak. Dalam sektor pertanian, LPG digunakan untuk pengkondisian temperatur tanaman, pembangkit listrik, pengendalian hama, dan sumber panas untuk biodigester.
Gambar 3.1 Beberapa penggunaan LPG selain sektor transportasi
Penggunaan LPG sebagai bahan bakar sebenarnya sudah memiliki sejarah yang sangat panjang. Pada awal 1900-an, bahan bakar utama yang tersedia untuk mobil adalah bensin dan alkohol (ethanol). Bensin dengan cepat menjadi pilihan yang luar biasa karena harga yang kompetitif dan ketersediaan yang luas, meskipun praktek pemurnian waktu itu membuat bensin menjadi bahan bakar yang sangat volatil yang menguap dengan cepat.
Dr Walter Snelling dari US Bureau of Mines menemukan metode untuk memisahkan hidrokarbon ringan dari bensin. Dia kemudian mengidentifikasi senyawa ini sebagai butana dan propana, yang merupakan pembentuk utama dari LPG. Dr Snelling dan rekan-rekannya juga menemukan metode untuk mencairkan LPG. Sebuah cara praktis memisahkan butana dan propana dari minyak mentah dan gas alam. Pengembangan ini mendukung munculnya mobil LPG pada awal 1900-an.
Percobaan menggunakan LPG untuk sector otomotif dimulai sekitar tahun 1910 hingga tahun 1920. Percobaan pertama diterapkan pada kendaraan di California, Amerika serikat. Pada tahun 1950, Chicago Transit Authority memesan 1.000 unit bus dengan bahan bakar LPG, dan Milwaukee mengkorversi 270 unit taksi untuk beralih dari bahan bakar minyak ke LPG. Sejak saat itu aplikasinya menjadi meluas.
Pada tahun 1973, Embargo minyak di Arab meningkatkan ketertarikan publik terhadap bahan LPG. Pada saat itu, tiba-tiba bensin menjadi sangat mahal dan rantai pasokannya tidak menentu. Hal itu mendorong pertumbuhan retrofit LPG pada kendaraan yang tinggi pada rentang sampai awal 1980-an. Pada tahun 1978 sekitar 35.000 kendaraan per tahun dikonversi ke LPG di Amerika Serikat. Pada 1981 jumlah tersebut hampir 250.000. Pada tahun 1989 hampir 4 juta kendaraan di seluruh dunia didukung dengan bahan bakar LPG.
Sejak saat itu, LPG menjadi salah satu bahan bakar alternatif yang populer untuk kendaraan. Dari Amerika Serikat berkembang ke Eropa, Asia, dan hingga kini telah merambah ke seluruh benua. Di beberapa Negara, LPG yang digunakan sebagai bahan bakar otomotif lebih dikenal dengan “Autogas”. Menurut data dari World Liquid Petroleum Gas Assotiation (WLPGA), hingga tahun 2012 diperkirakan lebih dari 17 juta kendaraan dengan berbagai tipe dan merk beroperasi dengan LPG dan menghiasi jalan jalan di seluruh dunia.
Generasi terbaru dari teknologi kendaraan LPG hampir setara dengan teknologi Electronic Fuel Injection (EFI), bahkan telah mencapai teknologi Gasoline Direct Injection (GDI). LPG diinjeksikan pada fasa cairan dan dikabutkan langsung oleh injector ke intake manifold atau langsung ke silinder. Suatu Electronic Control Unit (ECU) diaplikasikan untuk mengatur dengan teliti jumlah LPG yang dimasukkan ke mesin.
ECU LPG ini dapat berkomunikasi langsung dengan ECU mesin (original) untuk menyesuaikan volume injeksi berdasarkan informasi dari beberapa sensor. Sensor ini mengirimkan signal umpan baik untuk mengontrol campuran LPG dan udara hingga diperoleh AFR stoichiometri atau campuran yang sedikit lebih kaya sesuai kebutuhan dan beban mesin. Bahkan, pada kondisi akselerasi, aliran LPG diputus sementara untuk penghematan dan reduksi emisi.
Kebijakan Bahan Bakar Alternatif
LPG adalah bahan bakar alternatif non-blended yang paling banyak digunakan untuk bahan bakar transportasi untuk menggantikan bahan bakar minyak konvensional, bensin dan solar.
Sejumlah negara memiliki pasar LPG yang berkembang dengan baik. Konsumsi global LPG terus meningkat dalam beberapa tahun terakhir, mencapai 26,7 juta ton pada tahun 2016 (terjadi peningkatan 283.000 ton) atau 1,1%, dan 3,7 Mt, atau 16% naik dari tahun 2000. Pasar LPG telah meningkat sebesar 85% sejak tahun 2000 (Gambar 3.2).
Gambar 3.2 Konsumsi LPG Global [44]
Namun demikian, permintaan tetap sangat terkonsentrasi di sejumlah negara (Korea, Turki, Rusia, Polandia, dan Italia) menyumbang 49% dari konsumsi dunia pada tahun 2016. Ada 23 negara yang disurvei oleh WLPGA bersama-sama menyumbang 83% dari penggunaan LPG dunia. Dua dari tiga konsumen terbesar (Turki dan Rusia) mengalami peningkatan terbesar dalam konsumsi LPG selama sepuluh tahun hingga 2016, sementara penurunan terbesar terjadi di Meksiko, Australia, Jepang, dan Korea. Di seluruh dunia, LPG saat ini menyumbang 1,2% dari total konsumsi bahan bakar transportasi jalan. Konsumsi, jumlah kendaraan, dan jumlah stasiun LPG di negara-negara yang sukses menerapkan LPG untuk transportasi disajikan pada Tabel 3.1 sebagai berikut.
Tabel 3.1 Data kendaraan LPG di dunia [44]
Sampai 2016 saja, ada hampir 27 juta kendaraan LPG yang digunakan di seluruh dunia dan lebih dari 76.000 situs pengisian bahan bakar. LPG untuk kendaraan menyumbang 9% dari konsumsi LPG global pada tahun 2016, meskipun pasar ini bervariasi di berbagai negara. Di antara negara-negara yang disurvei, pasar tertinggi di Ukraina, sebesar 85%, dan terendah di Amerika Serikat hanya 1,5%
Jenis dan penggunaan kendaraan LPG disuatu negara berbeda dengan negara yang lain, ini menyangkut dengan kebijakan energi dari pemerintah. Dalam dua pasar terbesar Asia (Korea dan Jepang) misalnya, armada taksi dan kendaraan ringan menjadi target terbesar dari konsumsi LPG. Di kedua negara tersebut, mayoritas taksi beoperasi dengan LPG sebagai bentuk kebijakan pemerintah dalam hal bahan bakar alternatif.
Di Eropa, mobil pribadi menjadi pasar utama LPG. Di sebagian besar negara, kendaraan yang beroperasi dengan LPG adalah kendaraan bensin yang telah dikonversi dengan sistem bi-fuel (LPG/Bensin), belum dengan mode full dedicated. Kendaraan bensin dapat dikonversi dengan biaya yang lebih murah karena hanya melakukan sedikit modifikasi pada komponen mesin.
Saat ini, kendaraan tugas berat ( Hevy-Duty Vehicle) yang berjalan dengan LPG relatif sedikit. Ini karena dibutuhkan biaya yang mahal untuk mengkonversi mesin diesel agar bisa beroperasi dengan LPG. Namun, di beberapa negara telah diaplikasikan dengan contoh yang disajikan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Bis Sekolah yang beroperasi dengan LPG
(sumber :Propana Exeptional Energy)
Terobosan Awal
Guncangan harga minyak dunia tahun 1970-an memberikan dorongan awal untuk pengembangan bahan bakar alternatif di sektor otomotif. Beberapa negara berusaha untuk mengurangi ketergantungan pada impor minyak mentah dan produk olahan. Masalah lingkungan juga menjadi pemikiran utama sebagai pendorong kebijakan pemerintah untuk mempromosikan bahan bakar tersebut, karena LPG dapat menurunkan kadar polusi.
Fokus awal dari eksekusi kebijakan adalah untuk mereduksi polusi udara di kota-kota besar, terutama disebabkan oleh bahan bakar otomotif. Sejak tahun 1990-an, perhatian telah bergeser pada ancaman perubahan iklim global akibat meningkatnya konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer yang dihasilkan terutama dari pembakaran bahan bakar fosil. Akibatnya, pemerintah mencari bahan bakar alternatif yang mengeluarkan karbon dioksida (CO2) yang lebih rendah dari bahan bakar minyak.
Kegiatan Penelitian dan pengembangan teknologi bahan bakar alternatif beberapa tahun terakhir difokuskan pada bahan bakar berbasis minyak dan gas alam, biofuel yang berasal dari bahan nabati seperti ethanol atau bio-diesel, kendaraan listrik dan fuel cell. Kendaraan listrik saat ini telah berada pada tahap komersialisasi, tapi serapan mereka cenderung lambat karena harganya relatif mahal dan jarak tempuh yang terbatas.
Pasokan ethanol dan bio-diesel telah meningkat tajam dalam beberapa tahun terakhir, walaupun kedua bahan bakar ini biasanya dicampur dengan bensin dan solar. Ruang lingkup untuk meningkatkan produksi biofuel menggunakan teknologi konvensional akan dibatasi oleh kompetisi untuk lahan tanaman pangan.
Bahan bakar alternatif utama non campuran yang digunakan di dunia saat ini adalah LPG, gas alam terkompresi (CNG) dan methanol. LPG di banyak negara sebagai bahan bakar yang paling penting, karena efisiensi yang tinggi, murah, dan ramah lingkungan. Kandungan racun dari LPG termasuk yang paling rendah dari semua bahan bakar otomotif tersedia secara komersial saat ini. Selain itu, efek gas rumah kaca dari LPG umumnya lebih rendah dibandingkan dari bensin, diesel dan beberapa bahan bakar alternatif.
Dari perspektif keamanan energi, LPG memiliki keunggulan dibandingkan bahan bakar konvensional. Cadangan LPG berlimpah dari berbagai sumber di seluruh dunia. Selain berasal dari cadangan minyak dan gas, fleksibilitas proses penyulingan yang modern menawarkan potensi besar untuk memperluas pasokan untuk memenuhi permintaan dari sektor transportasi. Pasokan LPG diperkirakan akan meningkat cepat dalam beberapa tahun ke depan seiring dengan pertumbuhan produksi gas alam dan ekstraksi cairan terkait.
Penggunaan LPG umumnya lebih mendapat dukungan kebijakan pemerintah untuk dipromosikan sebagai bahan bakar alternatif dibandingkan kendaraan CNG, kendaraan methanol, atau kendaraan listrik. Meskipun efek lingkungan yang jauh lebih baik dibandingkan bahan bakar konvensional, pembangunan CNG lambat karena pertimbangan biaya infrastruktur pengisian bahan bakar.
Methanol juga menjadi alternatif bahan bakar yang lebih bersih terutama jika dihasilkan dari biomassa terbarukan. Namun demikian, penggunaan methanol sebagai bahan bakar motor masih terbatas, masalah teknis yang terkait dengan efek korosi masih menjadi kendala pengembangan. Sebaliknya, teknologi untuk menginstal sistem LPG dalam kendaraan atau mengkonversi lebih mudah dan sederhana dengan biaya infrastruktur yang relatif lebih murah daripada bahan bakar alternatif yang lain.
Pertimbangan Praktis
Dalam kebanyakan kasus, kendaraan dengan bahan bakar konvensional yang ada diubah untuk dapat beroperasi dengan LPG dengan sistem bi-fuel. Dengan sistem ini, perangkat bahan bakar gas dan konvensional dipasang secara terpisah yang memungkinkan kendaraan untuk beralih dari mode bahan bakar bensin ke gas atau sebaliknya. Peralatan ini dapat diinstal pada saat mobil diproduksi. Tangki biasanya dipasang di bagasi atau bawah lantai. Beberapa OEM kini memproduksi dan memasarkan mobil LPG baik dengan sistem bi-fuel atau sistem full dedicated misalnya Ford dan General Motors memasarkan berbagai pilihan mobil LPG di Australia, seperti halnya Hyundai dan Kia di Korea Selatan. Contoh produk kendaraan LPG OEM disajikan pada Gambar 3.4.
Karakteristik kinerja dan operasional kendaraan LPG lebih menguntungkan dibandingkan dengan yang dimiliki oleh bahan bakar lainnya. LPG memiliki nilai oktan yang lebih tinggi daripada bensin, sehingga mesin lebih halus. Hal ini dapat mengurangi keausan mesin dan biaya pemeliharaan, termasuk frekuensi penggantian busi dan minyak pelumas.
LPG menghasilkan jelaga yang lebih rendah daripada penggunaan bensin dan diesel. Oktan yang lebih tinggi dari LPG juga memungkinkan untuk diterapkan pada mesin-mesin dengan kompresi rasio tinggi, yang dapat memberikan peningkatan daya output mesin dan efisiensi termal yang lebih baik, mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi.
Akselerasi dan top speed menggunakan generasi terbaru dari sistem bahan bakar LPG sebanding dengan bensin atau solar. LPG memiliki densitas energi yang lebih rendah dari bensin dan solar. Ini berarti dibutuhkan volume bahan bakar dan tangki yang lebih besar untuk mencapai jarak tempuh yang sama.
Gambar 3.4 Mobil LPG produksi Ford
Tantangan
Dalam prakteknya, mengubah kendaraan untuk dapat berjalan dengan LPG menyebabkan beberapa ketidaknyamanan operasional. Yang paling kelihatan adalah berkurangnya ruang bagasi untuk mengakomodasi tangki bahan bakar seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5. Dalam beberapa kasus (tergantung pada peralatan yang dipasang dan settingannya), terjadi kerugian pada akselerasi dan kecepatan terutama karena berat ekstra dari tangki. Perkembangan teknologi baru, tangki dan braket dibuat dari bahan komposit yang ringan, sehingga dapat mereduksi sebagian permasalahan.
Gambar 3.5 Berkurangnya ruang bagasi untuk peletakan tabung LPG
Ketidaknyamanan lain timbul saat pengisian bahan bakar dan saat penggantian mode bahan bakar. Untuk mesin Injeksi, penggantian mode bahan bakar tidak akan menjadi masalah, namun untuk mobil karburator akan timbul ketidaknyamanan saat berkendara. Meskipun demikian, pengalaman praktis telah menunjukkan bahwa pemilik kendaraan bersedia mengonversi kendaraan mereka ke bahan bakar LPG karena penghematan biaya operasional yang cukup menarik.
Keprihatinan sehubungan dengan keselamatan dan issu mudah meledak adalah penghalang untuk konversi. Namun selama bertahun-tahun di seluruh dunia telah cukup menunjukkan integritas dan keselamatan sistem transportasi dengan kendaraan LPG. Bahkan, catatan keselamatan dari kendaraan LPG tidak lebih buruk daripada mobil bensin atau diesel. Sebuah contoh yang baik adalah Hong Kong, di mana armada taksi LPG telah terakumulasi selama 20 miliar kilometer sejak tahun 1990 tanpa kecelakaan besar tunggal.
LPG disimpan dalam tangki yang solid, sangat kecil kemungkinan untuk bocor. Lebih aman dibandingkan dengan bensin yang rentan terhadap kebocoran dan penguapan. Meskipun demikian, kecelakaan yang menimpa mobil LPG sering dipublikasikan secara luas, disebabkan dari instalasi yang jelek, tidak adanya katup pengaman pada tangki bahan bakar, dan lain lain, telah merusak citra keamanan mobil LPG dalam beberapa negara.
Perkembangan Teknologi Converter Kits
Untuk mengoperasikan kendaraan dengan LPG, baik sebagai full dedicated fuel (bahan bakar tunggal) atau bi-fuel (bensin dan LPG dioperasikan secara bergantian), hanya dibutuhkan sedikit modifikasi pada sistem bahan bakar [39]. Sampai dengan saat ini, ada empat jenis utama dari sistem bahan bakar LPG (LPG Kits) yang digunakan [45].
1. Converter and Mixer (CM)
Ini adalah generasi pertama perangkat konversi dari bensin ke LPG mirip dengan sistem karburator. LPG masuk ke mesin melalui pengaturan kevakuman oleh mixer. Ini adalah sistem tertua, ada sejak tahun 1940-an, dan masih banyak digunakan saat ini terutama pada kendaraan yang diproduksi belum mengakodasi teknologi bi-fuel.
2. Vapour Phase Injection (VPI)
Sistem ini menggunakan konverter seperti generasi pertama, tapi gas keluar konverter pada tekanan yang diatur. Gas tersebut kemudian disuntikkan ke dalam intake manifold.
3. Liquid Phase Injection (LPI)
Sistem ini tidak menggunakan converter, melainkan memberikan bahan bakar cair langsung ke rel bahan bakar seperti pada sistem injeksi bensin.
4. Liquid phase direct injection (LPDI)
LDPI adalah sistem yang paling canggih saat ini. LPDI menggunakan pompa tekanan tinggi dan injektor untuk menyuntikkan LPG cair langsung ke ruang bakar.
Dari keempat sistem yang ada, sistem converter and mixer (CM) adalah yang paling banyak diaplikasikan untuk hampir seluruh teknologi kendaraan yang ada. Pada jenis pertama dan kedua, perubahan fasa LPG dari cair ke uap terjadi diluar mesin. Pada LPI, perubahan fasa terjadi di intake manifold. Sementara pada LPDI, perubahan fasa terjadi di dalam silinder. Ilustrasi sistem bi-fuel dan LPI LPG kits disajikan dalam Gambar 3.6 dan Gambar 3.7 secara berurutan.
Gambar 3.6 Bi-fuel LPG-bensin
Gambar 3.7 LPI-LPG kits
Original source: Muji Setiyo & Suyitno, Teknologi Kendaraan Berbahan Bakar LPG
Referensi
[39] M. R. Werpy, A. Burnham, and K. Bertram, “Propane Vehicles : Status, Challenges, and Opportunities,” Argonne, 2010.
[44] World LPG Association, “Autogas Incentive Policies, 2017 Edition,” Neuilly-sur-Seine, 2017.
[45] World LPG Association, “Autogas Incentive Policies, 2015 Update,” Neuilly-sur-Seine, 2015.