Apa Itu Muatan LNG Dan Bagaimana Penggunaannya Sebagai Bahan Bakar Kapal

Salah satu solusi bahan bakar yang kini mulai banyak digunakan adalah Liquefied Natural Gas (LNG) yang menawarkan keuntungan ekologis dan ekonomi yang signifikan dibanding bahan bakar berbasis minyak terutama untuk kapal baru.

LNG memungkinkan transportasi gas alam dengan volume lebih kecil dibandingkan gas alam lainnya seperti CNG, selain itu juga memberikan level keamanan yang tinggi selama pengangkutan. 

Agar transportasi aman kapal modern menggunakan tangki tipe membran dengan material, sistem dan konstruksi pengaman khusus.

Sumber Gambar: AI (Hanya sebagai ilustrasi)

Mengapa LNG Digunakan Sebagai Bahan Bakar Kapal?

LNG adalah gas alam seperti metana yang didinginkan hingga suhu -160°C hingga menjadi cair, dikenal sebagai bahan bakar yang bersih karena menghasilkan emisi lebih rendah dibandingkan bahan bakar minyak. 

Selain itu, juga relatif murah dan ketersediaannya cukup banyak terutama di Amerika Serikat sebagai Negara yang sedang memimpin di sektor domestik dan industri pelayaran.

Berbeda dengan CNG (Compressed Natural Gas), LNG dikondensasi menjadi cair agar lebih mudah diangkut karena gas alam dalam bentuk gas memerlukan volume yang besar.  Misalnya, 1000 kg hanya membutuhkan tangki sekitar setengah dari volume tangki yang dibutuhkan untuk 1000 kg CNG, walaupun CNG dikompresi hingga 250 bar.

Sistem tangki membran dikembangkan oleh Gaztransport dan Technigaz dengan tiga desain utama, yakni:

1. Mark-III, Primer membran stainless steel 304L 1,2 mm, membran sekunder triplex, insulasi polyurethane foam 160 mm.
2. GT-96, Primer dan sekunder membran Invar 0,7 mm, insulasi papan kayu diisi perlite.
3. CS-1, Kombinasi Mark-III dan GT-96, primer membran Invar, sekunder triplex.

Jenis Tangki Muatan LNG di Kapal

1. Tipe Membran

Tangki tipe membran menggunakan lapisan membran yang sangat tipis sebagai pemisah dinding utama antara muatan dan struktur kapal. Membran ini biasanya dibuat dari material yang memiliki ketahanan terhadap temperatur kriogenik seperti stainless steel khusus atau Invar.

Kemudian didukung oleh sistem isolasi termal yang cukup tebal. Berbeda dengan tangki berbentuk bola atau tangki mandiri, sistem membran mengikuti bentuk ruang muat kapal sehingga pemanfaatan volume ruang kargo dapat menjadi lebih optimal.

Salah satu karakteristik utamanya adalah adanya lapisan isolasi dan membran yang tersusun sebagai satu sistem containment. Insulasi berfungsi mengurangi masuknya panas dari lingkungan ke dalam tangki, sedangkan membran berfungsi sebagai penghalang utama bagi LNG.

Sistem membran banyak digunakan pada kapal muatan LNG modern karena mampu memanfaatkan ruang lambung kapal secara efisien. Hanya saja konstruksinya membutuhkan pemasangan membran dan insulasi. 

Kerusakan pada bagian tertentu dapat memengaruhi kemampuan sistem dalam mempertahankan kondisi kriogenik muatan. 

2. Tipe MOSS (Moss Type / Spherical Tank)

Tangki MOSS merupakan tangki muatan yang berdiri sendiri dengan bentuk yang bulat atau hampir berbentuk bola dengan posisi tegak pada struktur kapal. 

Tangki ini biasanya dibuat dari aluminium yang sesuai untuk temperatur kriogenik dan dilengkapi sistem insulasi pada bagian luarnya. Ciri yang paling mudah dikenali adalah bagian atas tangki yang terlihat menonjol di atas deck kapal.

Bentuk bola memberikan keuntungan dari sisi distribusi tegangan karena tekanan pada dinding tangki dapat tersebar secara relatif merata. 

Karena tangki merupakan struktur independen, perubahan dimensi akibat perubahan temperatur LNG dapat diakomodasi tanpa memberikan beban yang sama seperti pada struktur tangki yang menyatu langsung dengan lambung kapal.

Namun, bentuk bola membutuhkan ruang yang lebih besar di dalam kapal dibandingkan sistem membran. Sebagian ruang di antara tangki dan struktur lambung tidak dapat digunakan secara langsung sebagai ruang muatan.

Sistem MOSS dikenal memiliki konstruksi yang kuat dan telah digunakan pada kapal selama beberapa dekade. Bentuk tangki yang khas juga memudahkan identifikasi visual terhadap jenis muatan yang digunakan.

3. Tipe Prismatik

Tangki prismatik merupakan tangki yang memiliki bentuk menyerupai ruang kotak atau prisma dan dirancang agar dapat mengikuti konfigurasi ruang muat kapal dengan lebih baik. 

Bentuknya memungkinkan penggunaan ruang di dalam lambung kapal akan lebih efisien dibandingkan tangki berbentuk bola, terutama ketika desain kapal membutuhkan susunan ruang kargo yang lebih fleksibel.

Tangki jenis ini mampu menghadapi perubahan temperatur yang sangat besar ketika muatan dimuat, disimpan, dan dibongkar. 

Material tangki dan konstruksi penyangga harus diperhitungkan dengan cermat karena material dapat mengalami penyusutan ketika terkena temperatur kriogenik.

Desain tangki prismatik memberikan keuntungan dari sisi pemanfaatan ruang, tetapi konstruksinya harus mempertimbangkan distribusi tegangan dan perubahan bentuk akibat temperatur.

Cara Pemilihan Material Tangki LNG

1. Ductile to Brittle Transition Temperature (DBTT)

DBTT merupakan temperatur transisi ketika suatu material, terutama material dengan struktur kristal tertentu seperti baja feritik, mengalami perubahan perilaku dari relatif ulet menjadi lebih getas. 

Pada temperatur rendah, material yang mengalami kondisi getas dapat kehilangan kemampuan untuk menyerap energi sebelum mengalami keretakan. 

Perlu diketahui bahwa temperatur muatan berada jauh di bawah titik beku air dan dapat menyebabkan material tertentu menjadi rapuh.

Untuk proses kriogenik material harus memiliki kemampuan mempertahankan kekuatan pada temperatur rendah.

2. Struktur Kristal

Struktur kristal material sangat berpengaruh terhadap temperatur yang rendah. Material dengan struktur Face-Centered Cubic (FCC), seperti austenitic stainless steel, mempunyai kemampuan mempertahankan keuletan dan ketangguhan yang baik pada temperatur kriogenik.

Inikah alasannya mengapa membuat kelompok material tersebut banyak digunakan dalam berbagai hal yang membutuhkan ketahanan terhadap temperatur rendah.

Sebaliknya, beberapa material dengan struktur Body-Centered Cubic (BCC), termasuk baja karbon dan baja feritik tertentu, dapat mengalami penurunan kekuatan dengan cepat ketika temperatur turun. 

Namun, bukan berarti semua material BCC tidak dapat digunakan, 9% nickel steel, misalnya, masih dikembangkan dan digunakan untuk aplikasi kriogenik karena memiliki performa yang sesuai pada temperatur rendah.

Struktur kristal memang salah satu pertimbangan penting, tetapi tidak dapat dijadikan satu-satunya dasar dalam menentukan material tangki.

3. Konduktivitas Termal dan Sistem Insulasi

Selain kemampuan material dalam mempertahankan kekuatan pada temperatur rendah, pengendalian perpindahan panas juga sangat penting pada tangki. 

LNG harus tetap berada pada temperatur kriogenik selama penyimpanan. Apabila panas dari lingkungan masuk ke dalam tangki secara terus-menerus, sebagian akan menguap dan menghasilkan Boil-Off Gas.

Karena itu, tangki dilengkapi dengan sistem insulasi termal yang dirancang untuk memperkecil perpindahan panas dari lingkungan menuju muatan. Insulasi bukan berarti menghentikan perpindahan panas sepenuhnya, tetapi mengurangi laju masuknya panas sehingga penguapan dapat dikendalikan. 

Ketebalan insulasi memang berpengaruh terhadap perpindahan panas, tetapi prinsipnya tidak sesederhana bahwa semakin tebal selalu semakin baik. Tujuan akhirnya adalah menjaga temperatur muatan dan mengendalikan pembentukan BOG secara efisien.

4. Boil-Off Gas (BOG)

Boil-Off Gas adalah gas yang terbentuk akibat sebagian LNG menerima panas dan mengalami penguapan. Pembentukan BOG merupakan fenomena yang secara alami terjadi pada penyimpanan muatan karena tidak mungkin seluruh sistem tangki benar-benar terisolasi dari lingkungan. 

Selain perpindahan panas dari lingkungan, pergerakan muatan selama kapal berlayar juga dapat memengaruhi kondisi termal dan tekanan di dalam tangki.

BOG harus diperhatikan dengan baik karena peningkatan jumlah gas dapat menyebabkan tekanan tangki meningkat. Pada kapal modern, BOG dapat ditangani melalui sistem boil-off gas management, misalnya dengan digunakan sebagai bahan bakar kapal. Pengelolaan ini bertujuan menjaga tekanan tangki tetap berada dalam batas aman sekaligus mengurangi kehilangan muatan.

Konstruksi Tangki Membran LNG

Lonstruksi tangki menggunakan teknik las khusus, umumnya TIG welding dan plasma welding. Plasma welding lebih cepat sehingga meningkatkan produktivitas. Kualitas las diuji secara visual dan dengan dye penetrant sesuai standar ASTM 165.

Proses las membran:

• Membran tipis 1,2 mm di las ke sudut baja 8 mm.
• Las sementara (tack welding) untuk menahan posisi membran.
• Overlap welding antar membran sebelum las penuh.
• Tidak boleh melakukan las pada rivet aluminium karena bisa retak.

Perbaikan defek las:

• Convex/overlap: buang logam berlebih.
• Concavity/crater/undercut: leleh ulang las.
• Incomplete fusion : grind dan las ulang.

Sistem bonding panel dan barrier salah satu bagian penting dalam konstruksi tangki membran LNG yang berfungsi menjaga integritas tangki dan memastikan bahwa lapisan sekunder maupun panel membran tetap rapat, sehingga mencegah kebocoran.

Panel membran tipis yang menempel pada dinding lambung kapal membutuhkan perekat khusus yang mampu menahan tekanan internal, perubahan suhu ekstrem, serta guncangan mekanis akibat pergerakan kapal di laut.

Salah satu bahan yang paling sering digunakan dalam sistem bonding adalah epoxy mastic, yaitu campuran resin dan pengeras yang diaplikasikan untuk merekatkan panel membran ke inner hull kapal. 

Epoxy mastic bersifat elastis, sehingga mampu mengimbangi pergerakan lokal pada lambung kapal akibat tekanan dari efek gelombang laut.

Selain epoxy mastic, sistem triplex bonding digunakan untuk memastikan ketatnya secondary barrier atau penghalang kedua. Triplex bonding biasanya melibatkan lem epoxy dengan kepadatan tertentu (misalnya 520 gr/m²) yang menempel kuat pada lapisan sekunder. 

Fungsi dari barrier sekunder ini adalah menyediakan lapisan cadangan jika terjadi kebocoran pada membran primer, sehingga LNG tidak langsung bersentuhan dengan lambung kapal atau lingkungan luar.

Proses pemasangan dan bonding panel tidak bisa dilakukan secara sembarangan. Panel harus ditempatkan dengan presisi tinggi, dan lapisan epoxy harus diaplikasikan secara merata agar tidak ada celah atau gelembung udara.

Jika terdapat ketidaksempurnaan, tekanan internal dari LNG cair yang sangat dingin dapat menyebabkan delaminasi, yaitu terlepasnya panel dari hull, yang berpotensi menyebabkan kebocoran atau bahkan kerusakan struktural. 

Cara Menguji Kekuatan Tangki LNG

1. Menggubakan Helium Leak Test

Helium dimasukkan ke lapisan insulasi dan di-overpressurize. Vacuum hood menyedot helium bocor, dan detector mengukur tingkat kebocoran.

2. Menggunakan Vacuum Decay Test

Vacuum Decay Test merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk memeriksa kondisi dan kekedapan secondary barrier pada sistem tangki LNG.

Pada pengujian ini, ruang yang diperiksa diberi kondisi vakum, kemudian perubahan tekanan diamati selama periode tertentu. Apabila tekanan vakum berubah lebih cepat dari batas yang diperbolehkan, hal tersebut dapat menjadi indikasi adanya kebocoran pada sistem.

Dalam evaluasi tertentu, hasil pengujian dapat dinyatakan menggunakan Normalised Porosity Area (NPA). Secara matematis, rumus yang digunakan adalah:

NPA = (1,210 x 10 pangkat -3 x Vis) / (Asb x Δt)

Keterangan:

Npa : Normalised Porosity Area, dinyatakan dalam cm² 

Vis : Volume ruang secondary barrier 

Asb : Luas secondary barrier 

Δt : Waktu yang diperlukan untuk perubahan tekanan dari -400 mbar menjadi -300 mbar 

NPA digunakan untuk menggambarkan luas kebocoran porositas yang dinormalisasi berdasarkan karakteristik ruang yang diuji dan waktu perubahan tekanan. Semakin besar nilai NPA, semakin besar indikasi adanya jalur masuknya udara ke dalam ruang vakum.

Jika batas penerimaan pada prosedur pengujian yang digunakan adalah 0,85 cm², maka hasil pengujian harus memenuhi:

NPA ≤ 0,85 cm kuadrat

Artinya, nilai NPA yang masih berada di bawah atau sama dengan batas tersebut dianggap memenuhi kriteria penerimaan sesuai prosedur pengujian yang digunakan.

Lokasi: Jakarta, Daerah Khusus Ibukota Jakarta, Indonesia

Yakob Taruklangi I am Yakob Taruklangi, a professional seafarer as a Deck Officer on tanker ship and offshore vessel. Throughout my career, I have gained valuable knowledge and experience in the maritime industry, which I am passionate about sharing with others. Writing allows me to reflect on my journey at sea and provide insights into shipping, seamanship, and life onboard, with the hope of contributing to the wider maritime community.

Share :