Analisis Energi Proses Pirolisis Limbah Kelapa Sawit

ANALISIS ENERGI PROSES PIROLISIS
LIMBAH KELAPA SAWIT

RAJU

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Analisis Energi Proses
Pirolisis Limbah Kelapa Sawit adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.1
Bogor, Januari 2016

Raju
NRP F151120091

*

Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak luar IPB
harus didasarkan pada perjanjian kerja sama yang terkait

RINGKASAN
RAJU. Analisis Energi Proses Pirolisis Limbah Kelapa Sawit. Dibimbing oleh
ARMANSYAH HALOMOAN TAMBUNAN dan RADITE PRAEKO AGUS
SETIAWAN
Cangkang dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan sumber
bioenergi yang potensial karena mengandung lignoselulosa (selulosa,
hemiselulosa dan lignin) sehingga dapat dikonversi menjadi cairan, arang atau gas
mampu bakar melalui proses pirolisis. Pirolisis adalah penguraian kandungan
kimia biomassa dengan pemanfaatan panas tanpa adanya campuran oksigen pada
suhu sekitar 200 °C - 600 °C. Pirolisis lignoselulosa biomassa terdiri dari empat
tahapan yaitu pelepasan uap air, dekomposisi hemiselulosa, dekomposisi selulosa
dan dekomposisi lignin.

Suhu pengoperasian pada proses pirolisis akan mempengaruhi komposisi
cairan, arang dan gas serta karakteristik hasil pirolisis tersebut. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mengklarifikasi karakteristik arang, cairan dan gas
hasil pirolisis cangkang kelapa sawit dan TKKS serta faktor-faktor yang
mempengaruhinya serta menganalisis keseimbangan energi proses pirolisis limbah
kelapa sawit pada beberapa tingkat suhu pirolisis. Penelitian dilakukan dengan
menggunakan reaktor pirolisis skala lab, yang didesain khusus agar suhunya dapat
dikendalikan. Suhu pirolisis dikendalikan pada level 300 °C, 400 °C, 500 °C dan
600 °C, kemudian hasil pirolisis diukur dan dianalisa.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pirolisis cangkang menghasilkan
fraksi massa arang, cairan dan gas dalam rentang 34.99-63.78%, 22.76-43.28%
dan 13.47-21.73%. Sedangkan pirolisis TKKS menghasilkan fraksi massa arang,
cairan dan gas dalam rentang 30.66-64.76%, 16.25-29.16% dan 18.98-44.49%
secara berturut-turut. Peningkatan suhu menghasilkan peningkatan nilai kalor
arang hasil pirolisis cangkang dan TKKS dengan rentang antara 25.64 – 29.60
kJ/g dan 24.50 – 27.86 kJ/g. Peningkatan suhu menurunkan nilai kalor cairan hasil
pirolisis cangkang kelapa sawit namun meningkatkan nilai kalor cairan hasil
pirolisis tandan kosong kelapa sawit dengan rentang 33.90 – 37.84 kJ/g dan 30.94
– 40.86 kJ/g. Sementara itu peningkatan suhu pirolisis cangkang menyebabkan
peningkatan konsentrasi gas CO dengan rentang 2.86% - 18.42% sementara

konsentrasi gas CH4 mengalami peningkatan sampai suhu 400 °C lalu menurun
kembali pada suhu yang lebih tinggi. Peningkatan suhu pirolisis TKKS
meningkatkan konsentrasi gas CO dan CH4 pada rentang 3,81% - 15,74% dan
0,29% - 0,76%.
Rasio energi proses pirolisis, yang merupakan kombinasi antara energi yang
terkandung dalam produk pirolisis dengan energi input, menurun seiring dengan
peningkatan suhu karena penggunaan listrik yang semakin tinggi dengan rentang
antara 0.54 – 0.67 untuk pirolisis cangkang dan 0.30 – 0.66 untuk tandan kosong
kelapa sawit.
Kata Kunci : pirolisis, limbah kelapa sawit, arang, bio-oil, gas mampu bakar

SUMMARY
RAJU. Energy Analysis of Palm Oil Waste Pyrolysis Process. Supervised by
ARMANSYAH HALOMOAN TAMBUNAN and RADITE PRAEKO AGUS
SETIAWAN.
Empty fruit bunch (EFB) and shell of oil palm are potential sources of
bioenergy because they contain lignocellulose (cellulose, hemycellulose and
lignin) which can be converted to bio-oil (liquid), char, or combustible gases by
pyrolysis process. Pyrolysis is biomass chemical contain decomposition using
heat without oxygen at 200 °C – 600 °C level of temperature. Biomass

lignocellulose pyrolysis has four stages which are water boiling, hemicellulose
decomposition, cellulose decomposition and lignin decomposition.
Operating temperature of the pyrolysis process will influence the
composition of the liquid, char and gases, as well as its characteristics. The
objective of this study is to clarify the characteristic of pyrolysis products and to
analyze pyrolysis process energy balance of both empty fruit bunch and shell as
affected by the pyrolysis temperature. The experiment was conducted by using a
lab scale pyrolysis reactor, specially designed with controlable temperature. The
temperature of the pyrolysis process was controlled at 300 °C, 400 °C, 500 °C and
600 °C level, and the product was measured and analysed.
The result showed that pyrolysis of shell produced char, liquid and gases at
the range of 34.99-63.78%, 22.76-43.28% and 13.47-21.73%, in mass fraction
respectively. While pyrolysis of empty fruit bunch produced char, liquid and gases
at the range of 30.66-64.76%, 16.25-29.16% and 18.98-44.49%, in mass fraction
respectively. Increasing temperature resulted in increasing calorific value of the
pyrolysis char from shell and empty fruit bunch in range of 25.64 – 29.60 kJ/g and
24.50 – 27.86 kJ/g, respectively. Increasing temperature resulted in decreasing
calorific value of the pyrolysis oil from shell but the contrary from empty fruit
bunch in range of 33.90 – 37.84 kJ/g and 30.94 – 40.86 kJ/g, respectively.
However, temperature increasing on shell pyrolysis caused the increasing of CO

concentration in range of 2.86% - 18.42% while the CH4 concentration increased
below temperature of 400 °C and decreased above the temperature. The increasing
of EFB pyrolysis temperature increased CO and CH4 concentration in the range of
3.81% - 15.74% and 0.29% - 0.76%, respectively.
Energy ratio of the pyrolysis process, as calculated by combining the energy
content of the product and the input energy, were decreasing with the increasing
temperature which were caused by increasing electricity consumption in range of
0.54 – 0.67 and 0.30 – 0.66, respectively.
Keywords: pyrolysis, palm oil waste, char, bio-oil, combustible gas

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

ANALISIS ENERGI PROSES PIROLISIS
LIMBAH KELAPA SAWIT

RAJU

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr Ir Rokhani Hasbullah, MSi

i1,

iivl{

,{,

:snln-I1e8Euul

9tgz

rrunue

t

AZ

tlr-\[n leEEuug

cSyq 'o1uum:nd slJV A

rI r(l

uuEuu4 uup
u?lu?lJed ursetr l {rqeJ
rpnlg ure-t8ord un1e)

qelo mqBtoryc

*loEE.rV_

Pnlo)
uEunqurBJ H

rls

s{rsrrrJv

{

rCJoJd

Eurqurqursd rsrruo)

qelo rnfnpsrq

:
I^IIN
n[u1: eruuN
lI,\{eS edele; qugtulT srsrlorrd sesord rEreug sFIIeuv : srsel Inpnf
I6OOZII9Id

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala
atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema
yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2015 ini ialah
Enenrgi Terbarukan, dengan judul Analisis Energi Proses Pirolisis Limbah Kelapa
Sawit.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Armansyah H
Tambunan dan Bapak Dr Ir Radite P A Setiawan, MAgr selaku komisi
pembimbing yang telah banyak membimbing dan memberi saran kepada penulis
dalam menyelesaikan karya ilmiah ini serta Dr Ir Rokhani Hasbullah, Msi sebagai
penguji luar komisi pada ujian tesis. Ungkapan terima kasih juga disampaikan
kepada Papaku Gondren Faisal dan Mamaku Fatimah serta adik-adikku Trisna

Hadi dan Devi Ramadana atas doa, kasih sayang serta dukungan dan semangat
yang diberikan selama ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Republik Indonesia yang sudah
mendukung penelitian ini dalam program Penelitian Hibah Kompetensi tahun
kedua sesuai kontrak nomor: 074/IT3.11/LT/2014 tanggal 2 juni 2014.
Ucapan terima kasih juga disampaikan pada teman-teman Laboratorium
Pindah Panas dan Massa: Irfan, Kak Inge, Sari, Bang Agus, Mas Tian, Haga,
Sigit, Well, Ilham, Zakkir, Ramdhan, Holil, Fidel, Jhon, Pak Jhon, Pak Wahyudin,
Pak Ali, Daniel, Bu Tatun, Dwi, Dian, Tiara, Mas Agus, Fadhil, Irwan, Husna,
Pak Paulus, Pak Rusman, Pak Hendri, Kak Meika, Pak Bayu, Bang Kiman, Mas
Angga. Teman-teman TMP 2012: Ali, Kindi, Tika, Dedek, Mas Joko, Dziyad,
Haning, Pane, Choe, Endah, Rusnadi, Iqbal, teman-teman TMP 2011, 2013 dan
2014. Teman-teman keluarga kosan Al-Fath: Ikrom, Mas Sigit, Adi, Iskan, Kamil,
Oshi, Bang Fajar, Lutfi, Dedi, Aryo, Gusti, Rivanu, Alwin, Fuad, Udin, Amir,
Fajri, Eki, Iqbal, Bang Ary, Teki, Ridho, Danny, Septian, Julian, Adji, Rico.
Ucapan terima kasih juga disampaikan pada Pak Ahmad Mulyatullah dan
Bu Rusmiyati yang banyak membantu penulis dalam pengurusan administrasi
perkuliahan dan penelitian.
Akhir kata penulis berharap semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Terima
Kasih.

Bogor, Januari 2016
Raju

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vii

DAFTAR GAMBAR

vii

DAFTAR LAMPIRAN

vii

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian

1
1
2
2
3
3

2 TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik Tandan dan Cangkang Kelapa Sawit
Klasifikasi Bahan Bakar
Diagram Ternary
Rasio Atom
Rasio Komponen Lignoselulosa
Proses dan Prinsip Pirolisis
Produk Pirolisis
Padatan
Cairan
Gas

3
3
4
4
5
6
8
9
9
9
10

3 METODE
Bahan
Alat
Konsep Rancangan Peralatan Pengujian
Prosedur Penelitian
Pengukuran Parameter

10
11
12
12
13
16

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Tandan dan Cangkang Kelapa Sawit
Pirolisis Cangkang dan Tandan Kelapa Sawit
Karakteristik Hasil Pirolisis Limbah Kelapa Sawit
Karakteristik Arang, Cairan dan Gas Hasil Pirolisis
Keseimbangan Energi Pirolisis Limbah Kelapa Sawit

16
16
18
20
21
23

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

24
24
25

DAFTAR PUSTAKA

26

LAMPIRAN

28

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Karakteristik tandan dan cangkang kelapa sawit
Nilai kalor beberapa bahan bakar
State of the art penelitian tentang pirolisis
Analisis ultimat dan proksimat cangkang kelapa sawit dan beberapa
literatur pembanding
Analisis ultimat dan proksimat tandan kosong kelapa sawit dan
beberapa literatur pembanding
Analisis linognoselulosa cangkang dan tandan kelapa sawit
Suhu akhir, persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis
cangkang kelapa sawit
Suhu akhir, persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis
tandan kosong kelapa sawit
Fraksi massa hasil pirolisis cangkang kelapa sawit
Fraksi massa hasil pirolisis tandan kelapa sawit
Karakteristik arang hasil pirolisis cangkang kelapa sawit
Karakteristik arang hasil pirolisis tandan kelapa sawit
Nilai kalor cairan hasil pirolisis cangkang kelapa sawit
Nilai kalor cairan hasil pirolisis tandan kosong kelapa sawit
Karakteristik gas hasil pirolisis cangkang kelapa sawit
Karakteristik gas hasil pirolisis tandan kosong kelapa sawit
Rasio energi produk pirolisis cangkang kelapa sawit terhadap biomassa
dan energi proses
Rasio energi produk pirolisis tandan kosong kelapa sawit terhadap
biomassa dan energi proses

3
9
10
17
17
18
18
19
20
21
21
21
22
22
23
23
24
24

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Diagram ternary
Diagram van kravelen
Ilustrasi skematik selulosa
Ilustrasi skematik hemiselulosa
Struktur lignin pada biomassa
Grafik hubungan rasio selulosa-lignin dengan hemiselulosa-lignin
Proses pirolisis
Bagan alir penelitian
Konsep rancangan
Alat pirolisis skala lab
Skema pengukuran suhu pada reaktor

4
5
6
6
7
7
8
11
12
13
13

DAFTAR LAMPIRAN
1 Profil suhu pirolisis cangkang kelapa sawit pada suhu 300 °C (a),
400 °C (b), 500 °C (c) dan 600 °C (d)

29

2 Profil suhu pirolisis TKKS pada suhu 300 °C (a), 400 °C (b), 500 °C (c)
dan 600 °C (d)
3 Spektra NMR cairan hasil pirolisis cangkang kelapa sawit pada suhu
300 °C (a), 400 °C (b), 500 °C (c) dan 600 °C (d)
4 Spektra NMR cairan hasil pirolisis TKKS pada suhu 300 °C (a), 400 °C
(b), 500 °C (c) dan 600 °C (d)

30
31
33

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Keterbatasan bahan bakar fosil, pencemaran lingkungan dan isu pemanasan
global telah menjadi topik yang menarik perhatian dunia internasional saat ini.
Bahan bakar fosil diperkirakan akan habis pada tahun 2060. Biomassa menjadi
sumber energi terbarukan untuk mensubstitusi bahan bakar fosil serta mengatasi
kerusakan lingkungan. Limbah kelapa sawit merupakan biomassa yang melimpah
di Indonesia. Menurut Badan Pusat Statistik produksi kelapa sawit di Indonesia
pada tahun 2014 mencapai 29.34 juta ton minyak sawit mentah (CPO) atau sekitar
139.71 juta ton tandan buah segar. Pengolahan tandan buah segar menghasilkan
limbah berupa cangkang sebanyak 6.7% dan tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
sebanyak 22.5%.
Karakteristik spesifik dari biomassa mempengaruhi peranannya sebagai
bahan bakar. Cangkang dan TKKS merupakan sumber bioenergi yang potensial
karena mengandung lignoselulosa (lignin, hemiselulosa dan selulosa) yang dapat
dikonversi menjadi cairan, arang atau gas mampu bakar dan dimanfaatkan sebagai
sumber energi. Konversi lignoselulosa dapat dilakukan dengan beberapa cara
yaitu pembakaran langsung, gasifikasi, liquefaksi, torefaksi dan pirolisis. Pada
penelitian ini proses konversi akan dilakukan secara pirolisis karena menghasilkan
produk dalam bentuk arang, cairan dan gas yang memiliki fungsi tersendiri.
Komposisi produk-produk tersebut dapat dikendalikan dengan menggunakan
kendali proses.
Pirolisis pada biomassa diharapkan dapat meningkatkan densitas energi
yang terkandung pada hasilnya, agar menghasilkan kerja yang lebih baik
dibandingkan dengan pembakaran langsung biomassa tersebut. Pirolisis adalah
penguraian kandungan kimia biomassa dengan pemanfaatan panas tanpa adanya
campuran oksigen pada suhu sekitar 200 °C - 600 °C (Silva et al.2012). Menurut
Klass (1998) umumnya gas yang dihasilkan terdiridari H2, CO2, CO, CH4, C2H6,
C2H4, gas organik dan uap air. Proses pirolisis lignoselulosa biomassa terdiri dari
empat tahapan yaitu pelepasan uap air, dekomposisi hemiselulosa, dekomposisi
selulosa dan dekomposisi lignin. Dekomposisi hemiselulosa biasanya terjadi pada
suhu 220 °C - 315 °C. Selulosa terdekomposisi pada suhu 315 °C - 400 °C dan
lignin biasanya terdekomposisi pada suhu 150 °C sampai suhu 900 °C (Yang et al.
2006).
Energi input, energi proses dan energi output menjadi hal yang penting
dalam proses pirolisis. Perbandingan antara energi input dan energi proses dengan
energi output disebut rasio energi. Semakin tinggi perbandingan antara energi
output dengan gabungan energi input dan proses maka semakin baik pula proses
prolisis yang berlangsung.
Penelitian-penelitian mengenai pirolisis telah banyak dilakukan dari
berbagai negara dengan tujuan mencari alternatif bahan baku yang berpotensi
untuk dijadikan bahan bakar untuk menggantikan bahan bakar fosil. Beberapa
bahan baku yang telah digunakan dalam penelitian adalah sekam padi, serbuk
gergaji, oil palm stone, palm kernel cake, soft wood, pine wood, microalga, dan
lain-lain. Penelitian yang dilakukan Razuan et al. (2010) menunjukkan bahwa

2
proses pirolisis dengan suhu 500 °C dan 700 °C yang diaplikasikan pada oil palm
stone dan palm kernel cake dengan menggunakan reaktor fixed-bed meningkatkan
nilai kalor pada arang namun menurunkan nilai kalor pada oil seiring dengan
peningkatan suhu pirolisis. Konsentrasi gas H2 meningkat, CH4 mengalami
peningkatan sampai suhu 600 °C setelah itu mengalami penurunan sedang gas CO
dan CO2 mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya suhu pirolisis.
Penelitian dengan bahan sekam padi dilakukan oleh Park et al. (2014). Penelitian
ini menghasilkan peningkatan hasil untuk gas dan cairan namun penurunan hasil
dan nilai kalor pada arang yang dihasilkan. Konsentrasi CO dan CO2 yang
terbentuk mengalami penurunan sedangkan H2 dan CH4 mengalami peningkatan
seiring meningkatnya suhu. Sukiran (2008) menggunakan reaktor fluidized-bed
dengan bahan tandan kosong kelapa sawit menunjukkan bahwa peningkatan suhu
pirolisis meningkatkan cairan dan gas hasil pirolisis namun menurunkan produksi
arangnya. Peningkatan suhu pirolisis juga menyebabkan terjadinya penurunan
nilai kalor pada arang. Jumlah gas CH4 terlihat meningkat namun gas CO
menurun seiring peningkatan suhu pirolisis. Asadullah (2013) menggunakan
reaktor fluidized-bed melakukan pirolisis pada cangkang kelapa sawit dan
menghasilkan fenomena yang sama pada hasil pirolisis seperti penelitian Sukiran
(2008) yaitu peningkatan produksi cairan dan gas serta penurunan produksi arang
seiring dengan peningkatan suhu pirolisis. Ginting (2014) menggunakan bahan
tandan kosong kelapa sawit. Pirolisis dilakukan dengan suhu 200 °C – 450 °C.
Hasil yang diperoleh adalah nilai kalor syngas yang terbentuk berupa H2, CO dan
CH4 meningkat dengan meningkatnya suhu pirolisis.
Penelitian ini akan membuat alat pirolisis skala lab yang dapat diatur
suhunya untuk melakukan proses pirolisis cangkang dan tandan kelapa sawit.
Arang, cairan dan gas yang dihasilkan akan dianalisis karakteristiknya dan
keseimbangan energi pada proses pirolisis.

Perumusan Masalah
Proses pirolisis membutuhkan asupan energi dalam bentuk panas untuk
mengkonversi biomassa menjadi arang, cairan dan gas. Energi yang terkandung
pada produk hasil pirolisis diharapkan lebih tinggi dibandingkan gabungan energi
input dan proses pada proses pirolisis sehingga proses pirolisis limbah kelapa
sawit akan menghasilkan keseimbangan energi yang positif.

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari karakteristik arang, cairan dan gas hasil pirolisis cangkang
kelapa sawit dan TKKS serta faktor-faktor yang mempengaruhinya pada
beberapa tingkat suhu.
2. Menganalisis keseimbangan energi proses pirolisis limbah kelapa sawit
pada beberapa tingkat suhu.

3
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk mengetahui potensi energi yang berasal
dari proses pirolisis cangkang dan TKKS sebagai dasar dalam penggunaan limbah
sawit sebagai bahan bakar alternatif.

Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian yang dilakukan meliputi pengeringan dan pengecilan ukuran
tandan kosong kelapa sawit. Pengkarakterisasian kandungan yang terdapat dalam
produk hasil pirolisis cangkang dan TKKS serta membandingkan energi pada
tahap input, proses dan output pirolisis.

2 TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik Tandan dan Cangkang Kelapa Sawit
Karakteristik biomassa seperti kadar air, ukuran partikel, densitas, bahan
yang terkandung (C, H, N, S, dan O), bahan mudah menguap dan kadar abu
mempengaruhi kesesuaian biomassa sebagai bahan bakar (Omar 2011).
Karakteristik ini disebut analisis ultimat dan proksimat.
Tabel 2.1 menunjukkan analisa ultimat dan proksimat cangkang dan tandan
kosong kelapa sawit dari beberapa penelitian.

Tabel 2.1 Karakteristik tandan dan cangkang kelapa sawit
Kandungan
Analisis
Ultimat
C (%)
H (%)
N (%)
S (%)
O (%)
Analisis
Proksimat
Kadar air (%)
Volatile matter (%)
Karbon tetap (%)
Abu (%)
Nilai Kalor (MJ/kg)
a

Tandan Kosong Kelapa Sawit
a
b
c
d
e
60.40 46.62
7.60 6.45
2.20 1.21
- 0.04
29.80 45.66

48.78
7.33
0.00
0.08
40.18

Cangkang Kelapa Sawit
f
g
h
i

49.07 53.78 53.78
6.48 4.37 7.20
0.70 0.35 0.00
0.10 0.00 0.51
38.29 41.50 36.30

1.70 5.18 8.75 7.95
75.37 82.58 79.67 83.86
17.44 8.97 8.68 10.78
7.27 3.45 3.02 5.36
18.74 17.02 18.96 17.08

48.68 49.74 55.82
4.77 5.32 5.62
1.17 0.08 0.84
0.20 0.16
45.27 44.86 37.73

- 5.73
81.90 73.74 73.77
12.6 18.37 15.15
3.11 2.21 11.08
- 22.14 16.30

11.00
67.20
19.70
2.10
-

11.90
66.80
17.90
3.40
15.89

Ginting (2014); bMohammed et al (2011); cMa and Yousuf (2005); dYang et al (2006); eAbdulah
dan Gerhauser (2008); fSukiran (2008); gIdris et al (2012); hAbnisa et al (2011); iLee et al (2013).

4
Klasifikasi Bahan Bakar
Menurut Basu (2010) klasifikasi bahan bakar sangat penting dalam
menentukan karakteristiknya. Bahan bakar dapat dibagi dalam beberapa kelompok
yang memiliki sifat yang sama tanpa mempertimbangkan jenis dan asalnya. Oleh
karena itu, ketika biomassa dipertimbangkan untuk pirolisis atau konversi
termokimia lainnya, klasifikasinya dapat ditelusuri, kemudian dari
karakteristiknya tersebut kita dapat menilai potensi konversinya.
Ada tiga metode dalam mengklasifikasi dan mengurutkan peringkat bahan
bakar menggunakan kandungan kimianya yaitu rasio atom, rasio kandungan
lignoselulosa dan diagram ternary. Seluruh hidrokarbon dapat diklasifikasi dan
diurutkan peringkatnya berdasarkan pada rasio atomnya tapi klasifikasi kedua
terbatas pada lignoselulosa biomassa.
Diagram Ternary
Diagram ternary tidak digunakan untuk mengklasifikasikan biomassa tapi
dapat digunakan untuk merepresentasikan proses konversi biomassa. Sudut-sudut
pada segitiga adalah representasi dari konsentrasi karbon murni, oksigen dan
hidrogen 100%. Titik-titik dalam segitiga menunjukkan campuran ternary dari
ketiga substansi ini. Sisi yang berseberangan dengan sudut menunjukkan tidak ada
konsentrasi komponen tersebut. Sebagai contoh, sisi alas pada Gambar 2.1
menunjukkan konsentrasi hidrogen 0% dan merupakan pencampuran antara dua
komponen saja yaitu C dan O.

Gambar 2.1 Diagram ternary (Basu 2010)
Biomassa lebih dekat dengan sudut hidrogen dan oksigen dibandingkan
dengan batubara sehingga biomassa mengandung lebih banyak hidrogen dan
oksigen dibandingkan batubara. Secara umum lignin mengandung oksigen lebih
sedikit dan karbon lebih banyak dibandingkan selulosa atau hemiselulosa.

5
Proses konversi yang dapat digambarkan ternary diagram sebagai berikut.
Pada proses karbonisasi atau pirolisis lambat, produk digerakkan ke arah karbon
melalui pembentukan char padat. Pirolisis cepat menggerakkan produk menuju
hidrogen menjauhi oksigen yang mengindikasikan produk mengandung lebih
banyak cairan. Gasifikasi oksigen menggerakkan produk gas menuju sudut
oksigen, dimana gasifikasi membuat proses menjauhi sudut karbon. Sedangkan
pada proses hidrogenisasi dapat meningkatkan hidrogen sehingga menggerakkan
produk ke arah hidrogen.
Rasio Atom
Klasifikasi berdasarkan rasio atom dapat membantu dalam memahami
nilai kalor pada sebuah bahan bakar. Sebagai contoh nilai HHV (higher heating
value) dari biomassa berkaitan erat dengan rasio O/C dimana nilainya akan
menurun dari 38 menjadi 15 MJ/kg ketika rasio O?C meningkat dari 0,1 menjadi
0,7. Peningkatan rasio H/C akan menurunkan nilai kalor efektif suatu bahan bakar.
Rasio atom berdasarkan pada kandungan hidrogen, oksigen dan karbon
yang terdapat pada bahan bakar. Gambar 2.2 merupakan plot anatara rasio H/C
dengan O/C pada bahan semua bahan bakar. Diagram ini dikenal sebaagai
diagram van krevelen dan menunjukkan bahwa biomassa memiliki rasio H/C dan
O/C yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar fosil. Biomassa yang muda
seperti daun memiliki nila kalor yang sangat rendah karena rasio H/C dan O/C
yang tinggi. Rasio atom bahan bakar menurun sebanding dengan peningkatan
usianya, dengan kata lain semakin tua bahan bakar maka energy yang
dikandungnya semakin tinggi. Sebagai contoh pada antrasit yaitu bahan bakar
fosil yang terbentuk setelah ribuan tahun memiliki nilai kalor yang sangat tinggi.
Rasio H/C yang lebih rendah meningkatkan panas yang dihasilkan tapi
meningkatkan juga intensitas emisi CO2 dari pembakarannya.

Gambar 2.2 Diagram van kravelen (Basu 2010)

6
Rasio Komponen Lignoselulosa
Secara umum biomassa mengandung tiga komponen yaitu selulosa,
hemiselulosa dan lignin. Selulosa memiliki rumus (C6H12O6)n, dimana n adalah
derajat polimerisasi. Rentang n pada selulosa mencapai ribuan hingga puluhan
ribu. Selulosa terdegradasi pada rentang suhu 275 °C - 350 °C. Hasil degradasi
selulosa berupa uap yang dapat terkondensasi. Pirolisis selulosa secara dominan
menjadi monomer levoglucosan yang akan menguap dan menghasilkan gas dan
oil.

Gambar 2.3 Ilustrasi skematik selulosa (Basu 2010)

Hemiselulosa memiliki rumus (C5H8O4)n, berbeda dengan selulosa rentang
n pada hemiselulosa jauh lebih sedikit yaitu sekitar 50-200 sehingga hemiselulosa
lebih mudah hancur. Hemiselulosa terdegradasi pada rentang suhu 150 °C – 350
°C. Hasil degradasi hemiselulosa berupa gas yang tidak dapat terkondensasi serta
jumlah tar yang lebih sedikit dibandingkan pada selulosa.

Gambar 2.4 Ilustrasi skematik hemiselulosa (Basu 2010)

Lignin memiliki struktur tiga dimensi sehingga sulit untuk didekomposisi
baik oleh kimia maupun mikroorganisme. Rentang suhu terdegradasinya lignin

7
adalah 250 °C – 500 °C. Karena terdegradasi lebih lambat, lignin berkontribusi
pada pembentukan char.

Gambar 2.5 Struktur lignin pada biomassa (Basu 2010)

Biomassa dapat juga diklasifikasikan terhadap perbandingan jumlah
selulosa, hemiselulosa dan lignin yang terkandung di dalamnya. Kita dapat
memprediksi perilaku biomassa selama pirolisis dari pengetahuan tentang
komponen-komponen ini. Gambar 2.6 memplot antara rasio hemiselulosa
terhadap lignin dengan rasio selulosa terhadap lignin. Tanpa memperdulikan
beberapa titik, proporsional tertentu dapat dideteksi antara keduanya. Untuk
beberapa jenis biomassa, rasio selulosa lignin meningkat dari 0,5 menjadi 2,7
sementara rasio hemiselulosa meningkat dari 0,5 menjadi 2,0.

Gambar 2.6 Grafik hubungan rasio selulosa-lignin dengan hemiselulosa-lignin
(Basu 2010)

8
Proses dan Prinsip Pirolisis
Pirolisis adalah dekomposisi termokimia dari biomassa menjadi produkproduk yang bermanfaat, baik dalam keadaan absen agen-agen pengoksidasi
secara total maupun dengan pemberian yang terbatas. Selama pirolisis, molekul
kompleks hidrokarbon yang besar terpecah menjadi molekul yang relatif lebih
kecil dan lebih simpel dalam bentuk gas, cairan dan arang.

Gambar 2.7 Proses pirolisis (Basu 2010)

Pirolisis tidak sama dengan proses gasifikasi yang melibatkan reaksi kimia
dengan sebuah agen eksternal. Pirolisis biomassa biasanya berlangsung pada
rentang suhu yang rendah dari 300 °C – 650 °C dibandingkan dengan 800 °C –
1000 °C pada gasifikasi. Produk awal dari pirolisis terbuat dari gas-gas yang dapat
dikondensasikan dan arang padat. Gas yang dapat terkondensasi selanjutnya
berubah menjadi gas-gas yang tidak daapat terkondensasi (CO, CO2, H2, dan
CH4), cairan dan arang. Proses pirolisis dapat disajikan dengan persamaanpersamaan reaksi sebagai berikut (Yang et al 2006):
Biomassa  Gas (H2 CO, CO2, CmHn) + H2O + tar + C (char)
Tar CH4 + H2O + CmHn + H2
CH4 + H2O CO + 3H2
C + H2O CO + H2
CO + H2O CO2 + H2
C + CO2 2CO
C + 2H2 CH4
CH4 + CO2 2CO + 2H2
CmHn + 2nH2O nCO2 + [2n + (m/2)] H2
CmHn + nH2O nCO + [n + (m/2)] H2

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)

Berdasarkan laju pemanasannya pirolisis dapat diklasifikasikan dalam
pirolisis lambat dan cepat. Dikatakan lambat apabila waktu yang dibutuhkan
untuk memanaskan bahan bakar ke temperatur pirolisis lebih lama dibandingkan

9
waktu reaksi pirolisis dan sebaliknya. Pada pirolisis lambat, waktu uap tinggal
pada zona pirolisis berkisar beberapa menit atau lebih lama. Proses ini digunakan
secara utama untuk produksi arang dan terbagi menjadi dua tipe : karbonisasi dan
konvensional. Sedangkan dalam pirolisis cepat, waktu tinggal uap pada zona
pirolisis berlangsung dalam detik. Tipe pirolisis ini digunakan untuk produksi biooil dan gas, terbagi menjadi dua tipe : flash dan ultra-rapid (Basu 2010) (Yang et
al 2006) (Misson et al 2009).

Produk Pirolisis
Pirolisis memecah molekul-molekul kompleks yang besar menjadi beberapa
molekul yang lebih kecil. Produk dari pemecahan molekul ini diklasifikasikan
menjadi tiga tipe :
a. Padatan (kebanyakan dalam bentuk arang atau karbon)
b. Cairan (tar, hidrokarbon yang lebih berat, dan air)
c. Gas (CO2, H2O, CO, C2H2, C2H4, C2H6, dan lain-lain)
Jumlah dari produk-produk ini bergantung pada beberapa faktor termasuk
laju pemanasan dan temperatur akhir yang dicapai oleh biomassa.
Padatan
Arang adalah hasil padatan dari pirolisis. Sebagian besar terdiri dari karbon
( ~85%), tapi dapat juga mengandung oksigen dan hidrogen. Tidak seperti bahan
bakar fosil, biomassa mengandung sangat sedikit abu anorganik. Lower heating
value (LHV) dari arang biomassa sekitar 32 MJ/kg, yang secara substansi lebih
tinggi dibandingkan dengan biomassa awalnya atau produk cairannya (bio-oil).
Cairan
Hasil dalam bentuk cairan dikenal sebagai tar, bio-oil, atau biocrude adalah
cairan seperti tar yang berwarna hitam dan mengandung lebih dari 20% air.
Biomassa awal mengandung nilai LHV di rentang 19,5-21 MJ/kg, namun hasil
cairan mengandung nilai LHV dalam rentang 13-18 MJ/kg.

Tabel 2.2 Nilai kalor beberapa bahan bakar (Basu 2010)
Bahan Bakar
Petcoke
Batubara
Farmed trees
Bio-diesel
Gas Pirolisis
LPG
Solar
Kerosin
Bensin

Nilai kalor (MJ/kg)
29.5
22.7
19.6
37.5
16.0-29.0
46.6
42.8
43.0
43.4

10
Gas
Secara utama dekomposisi biomassa menghasilkan gas-gas yang dapat
dikondensasi dan gas-gas yang tidak dapat dikondensasi ( gas utama). Uap yang
terbentuk dari molekul-molekul yang lebih berat, terkondensasi pada pendinginan.
Nilai LHV gas yang terbentuk dari pirolisis adalah 16 MJ/kg sampai 29 MJ/kg.

Tabel 2.3 State of the art penelitian tentang pirolisis
Peneliti

Razuan et
al. (2010)

Asadullah
et al.
(2013)
Ly et al.
(2013)

Jenis
biomassa
Oil Palm
Stone dan
Palm
Kernel
Cake
Cangkang
sawit

Tipe Reaktor dan
suhu perlakuan
- Fixed bed
- 500 °C dan 700
°C

-

Palm fibre

Huang et
al. (2013)

Sekam
padi

Park et al.
(2014)

Sekam
padi

-

-

Ginting
(2014)

TKKS

-

Hasil

- Nilai kalor arang meningkat seiring
dengan peningkatan suhu.
- Konsentrasi H2 dan CH4 meningkat
seiring peningkatan suhu, namun
menurunkan konsentrasi CO dan CO2
Fluidized bed
Peningkatan produksi cairan dan gas
Closed
serta penurunan produksi arang seiring
350 °C - 650
dengan peningkatan suhu pirolisis
°C
Closed reactor
Peningkatan produksi cairan dan gas
340 °C, 350 °C
serta penurunan produksi arang seiring
dan 360 °C
dengan peningkatan suhu pirolisis
- Produksi padatan menurun sedangkan
cairan dan gas meningkat seiring
peningkatan suhu
Microwave
- Nilai kalor padatan meningkat hingga
reactor
level 300 W kemudian menurun
150 W - 500 W
- Konsentrasi CO, H2, CO2 dan CH4
meningkat seiring peningkatan suhu
- Nilai kalor arang menurun seiring
Reaktor skala
peningkatan suhu .
lab
- Konsentrasi H2 dan CH4 meningkat
300 °C - 700
seiring peningkatan suhu, namun
°C
menurunkan konsentrasi CO dan CO2.
Reaktor skala
Peningkatan suhu meningkatkan
lab
konsentrasi gas H2 dan CH4 namun
200 °C - 450
menurunkan konsentrasi gas CO.
°C

3 METODE
Bagan alir pada penelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 3.1. Penelitian
dimulai dengan persiapan bahan berupa penjemuran dan pencacahan TKKS secara
manual hingga berukuran ±3-4 cm. Kemudian dilakukan analisis ultimat,
proksimat, lignoselulosa dan nilai kalor biomassa.

11
Mulai
Persiapan bahan, penjemuran tandan kosong
kelapa sawit serta pengecilan ukuran (3-4 cm)

Analisis ultimat, proksimat, lignoselulosa
dan nilai kalor biomassa

Setup alat pirolisis dan pemasangan
alat gas analyzer
Perlakuan:
Suhu: 300 °C, 400 °C,
500 °C, 600 °C
Bahan: Cangkang dan
TKKS

Penelitian

Pecatatan data profil suhu, massa cairan

Penimbangan massa arang

Pemisahan asap cair dan bio-oil

Analisis energi

Selesai

Gambar 3.1 Bagan alir penelitian
Alur penelitian dilanjutkan dengan setup alat penelitian dan pengujian. Pada
saat pengujian, data berupa profil suhu dan massa cairan dicatat. Setelah
pengujian selesai dilakukan penimbangna arang, kemudian dilakukan analisis
karakteristik produk-produk hasil pirolisis, keseimbangan massa, H-NMR cairan
serta nilai kalor arang dan gas yang dilanjutkan dengan analisis keseimbangan
energi.

Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang dan TKKS
yang diperoleh dari pabrik kelapa sawit Kebun Cikasungka PTPN VIII, Cigudeg,
Bogor. Sebelum diumpankan ke alat pirolisis, tandan dan cangkang kelapa sawit

12
terlebih dahulu dijemur pada sinar matahari untuk menurunkan kadar airnya dan
diseragamkan ukurannya sekitar 3-4 cm dengan cara dicacah secara manual.

Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat pirolisis skala lab yang
dilengkapi dengan heater listrik dan panel listrik yang terdiri dari pengendali suhu
digital, solid state relay, KWH-meter dan stabilizer. Alat pendukung dalam
pengujian adalah termokopel, timbangan digital, kondensor dan alat gas analyzer.

Konsep Rancangan Peralatan Pengujian
Alat pirolisis skala lab terdiri dari tabung reaktor, heater dan pengendali
suhu digital serta dilengkapi dengan termokopel dan stabilizer. Konsep dan
gambar teknik rancangan alat ditunjukkan pada Gambar 3.2 dan 3.3. Reaktor
berukuran Φ 10 cm x 40 cm dan dipasangi heater listrik jenis ceramic band 220V,
10A yang terlebih dahulu dihubungkan ke KWH-meter sebelum dihubungkan ke
sumber listrik.

Gambar 3.2 Konsep rancangan
Termokopel tipe K dipasang pada reaktor di empat titik T1, T2, T3 dan T4
untuk mengukur suhu bahan dan dinding reaktor dengan skema seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.4. Titik T4 digunakan sebagai suhu kontrol dan
dihubungkan dengan pengendali suhu digital Omron E5CZ. Zat yang menguap
akan dialirkan menuju kondensor.

13

Keterangan :
1. Panel listrik yang terdiri dari termostat digital (Omron E5CZ), MCB dan solid state
relay
2. Reaktor dilengkapi dengan heater
3. Kondensor
4. Timbangan digital dengan sensitivitas 0.01 g
5. Selang pengukuran gas yang dihubungkan dengan alat gas analyzer Merk Lancom 4

Gambar 3.3 Alat pirolisis skala lab

Gambar 3.4 Skema pengukuran suhu pada reaktor

Prosedur Penelitian
Penelitian dimulai dengan persiapan bahan dan perancangan alat pirolisis.
Pirolisis dilakukan dengan sistem batch. Bahan diumpankan ke dalam reaktor dan
dipanaskan dengan heater pada suhu 300 °C, 400 °C, 500 °C dan 600 °C.
Perbedaan perlakuan suhu pada pirolisis dilakukan untuk mengetahui perlakuan

14
yang lebih baik dalam menghasilkan produk pirolisis yang ingin diprioritaskan
untuk dihasilkan. Heater dihubungkan dengan KWH-meter untuk diukur
konsumsi listrik yang digunakan. Bahan yang digunakan pada tiap perlakuan
adalah 1000 g cangkang sawit dan 300 g TKKS. Arus listrik heater dikendalikan
dengan termostat digital. Pengukuran waktu dimulai ketika heater dinyalakan.
Titik pengukuran suhu di dalam reaktor ditunjukkan oleh Gambar 3.4. Titik
T1, T2, T3 dan T4 adalah titik-titik pengukuran suhu di dalam reaktor yang dicatat
tiap menit selama proses pirolisis. Titik T1 berada tepat di tengah reaktor (pusat
reaktor), titik T2 berada di tengah jari-jari reaktor (0.5R), titik T3 berada 1 cm dari
dinding dalam reaktor dan T4 ditempelkan pada dinding dalam reaktor dan
merupakan titik dimana suhu pirolisis dikontrol. Dari hasil pencatatan akan
diperoleh laju pemanasan tiap titik. Laju pemanasan dan suhu perlakuan akan
dikorelasikan dengan hasil pirolisis yang diperoleh.
Zat-zat yang menguap dialirkan dari reaktor menuju kondensor dengan
fluida berupa air 18 °C. Gas yang terkondensasi dan menjadi cairan ditampung
untuk ditimbang setelah proses pirolisis selesai. Gas yang tidak terkondensasi
diteruskan menuju alat Gas Analyzer Lancom 4. Kandungan gas mampu bakar
hasil pirolisis yang terbentuk berupa CO dan CH4 serta gas tak mampu bakar
seperti O2, H2S, SO2, NO2, NO dan CO2 diukur dan dicatat secara otomatis pada
komputer kemudian dihitung dengan menggunakan rumus integrasi simpson
dengan menerapkan prinsip luas kurva yang terbentuk oleh diagram persentase
gas, dengan rumus seperti pada persamaan (11)
∑
∑
{
}
(11)
h
= interval tiap data
f0
= data pertama
fganjil
= data ganjil (f1, f3, f5 dst)
fgenap
= data genap (f2, f4, f6 dst)
fn
= data terakhir
Setelah diperoleh persentase gas, dihitung massa gas CO dan CH4 kemudian
dikalikan dengan nilai high heating value (HHV) masing-masing gas sehingga
diperoleh nilai kalor gas. HHV CO adalah sebesar 10.1 kJ/g sedangkan HHV CH4
adalah sebesar 55.6 kJ/g.
Cairan yang terkondensasi dipisahkan antara antara asap cair dan bio-oil,
ditimbang lalu bio-oil dianalisis dengan menggunakan alat H-NMR sehingga
diketahui komponen-komponen yang terkandung di dalamnya. Pemisahan
dilakukan karena asap cair merupakan komponen yang tidak mampu bakar.
Setelah itu bio-oil yang telah dianalisis, dihitung nilai kalornya dengan
menggunakan persamaan Dulong (Abnisa et al 2011):
(12)
C
H
O

= persentase C
= persentase H
= persentase O

Reaktor kemudian didiamkan sampai mencapai suhu lingkungan. Produk
pirolisis berupa padatan dan cairan ditimbang sedangkan gas dihitung dengan
prinsip kesetimbangan massa. Fraksi massa produk dihitung sesuai dengan

15
persamaan (13), (14) dan (15). Pada persamaan (15) asumsi yang digunakan
adalah gas yang terkondensasi dan menempel pada dinding reaktor dan sepanjang
pipa dianggap sebagai gas.
% padatan 

massa akhir padatan

x 100 %
massa total bahan
massa cairan
x 100 %
% cairan 
massa total bahan
% gas 100% -(% padatan % cairan)

(13)
(14)
(15)

Analisis ultimat untuk mengetahui besarnya persentase karbon, hidrogen,
nitrogen, dan oksigen yang terkandung pada cangkang dan tandan kosong kelapa
sawit dilakukan menggunakan alat GCMS Pirolisis Shimadzu tipe GCMSQP2010. Analisis Proksimat untuk mengetahui kadar air, zat terbang (volatile
metter), karbon tetap dan abu dilakukan dengan menggunakan termogravimetri
analyzer. Analisis lignoselulosa tandan kosong kelapa sawit dilakukan untuk
mengetahui persentase kandungan selulosa menggunakan metode Norman Jenkins,
lignin dengan standar TAPPI, T 6 m – 59 (ASTM), hemiseluloa menggunakan
standar ASTM 1104-56 dan ASTM 1103-60. Analisis ultimat, proximat dan
lignoselulosa dilakukan di Laboratorium Pengujian Hasil Hutan Pusat Penelitian
dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor.
Analisis nilai kalor arang dilakukan di Laboratorium Ilmu dan Teknologi Pakan,
Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan, Institut Pertanian Bogor dengan
menggunakan alat bomb calorimeter Parr 6200. Analisis H-NMR dilakukan
untuk mengetahui komposisi yang terkandung pada cairan hasil pirolisis dengan
menggunakan alat Spectrometer Delta-NMR. Analisis ini dilakukan di Balai
Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) Serpong.
Analisis keseimbangan energi dilakukaan untuk membandingkan energi
yang terkandung di dalam bahan baku dengan produk. Analisis ini meliputi
analisis nilai kalor bahan baku, produk dan energi yang diberikan selama proses
pirolisis. Persamaan keseimbangan energi pada proses pirolisis adalah sebagai
berikut :
⁄
(16)
⁄
(17)
⁄
(18)
⁄
(19)
∑
(20)
∑
(21)
Dimana :
Eb = energi biomassa (kJ)
Q = energi proses (kJ)
Ea = energi arang (kJ)
Ec = energi cairan (kJ)
Eg = energi gas (kJ)

16
Rasio energi dapat didefenisikan dalam persamaan berikut :
(22)
Dimana Σenergi in merupakan jumlah semua input energi ke sistem dan
Σenergi out merupakan jumlah semua output energi dari sistem sebagai produk.
Pengukuran Parameter
Parameter-parameter yang akan diukur pada pengujian alat pirolisis adalah
Profil suhu, massa bahan baku dan hasil pirolisis serta waktu proses pirolisis.
Profil suhu di dalam reaktor pirolisis diukur dengan menggunakan termokopel
tipe K (CA). Termokopel ditempatkan pada ruang reaktor kemudian suhu akan
tertera pada display termometer. Massa bahan baku dan hasil pirolisis berupa
arang dan cairan ditimbang dengan timbangan digital. Sementara gas-gas yang
dihasilkan dihitung dengan analisis keseimbangan massa. Waktu proses pirolisis
diukur dengan menggunakan stopwatch.

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Tandan dan Cangkang Kelapa Sawit
Perbandingan hasil analisis ultimat, proksimat dan nilai kalor cangkang dan
tandan kosong kelapa sawit yang digunakan dalam penelitian ini dengan beberapa
penelitian lainnya ditunjukkan oleh Tabel 4.1 dan 4.2. Rasio atom O/C dan H/C
yang diperoleh dari analisis ultimat dapat digunakan untuk menunjukkan besarnya
nilai kalor yang dapat dimanfaatkan dari bahan bakar tertentu. Semakin kecil nilai
rasio O/C dan H/C maka nilai kalor yang terkandung di dalam suatu bahan bakar
tertentu akan semakin besar, dan sebaliknya. Dari hasil terlihat bahwa nilai kalor
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit relatif lebih besar dibandingkan dengan
literatur pembanding dikarenakan tingginya persentase atom C yang terkandung di
dalamnya.
Analisis proksimat digunakan sebagai indikator untuk menunjukkan
seberapa baik biomassa apabila dikonversi menjadi energi. Kandungan karbon
tetap (fixed carbon) dan zat terbang (vollatile matter) adalah komponenkomponen yang dapat menunjukkan energi kimia yang tersimpan di dalam
biomassa. Semakin tinggi rasio perbandingan antara zat terbang dan karbon tetap
maka semakin besar energi kimia tersedia yang mampu dilepas biomassa.
Sedangkan kadar air dan kadar abu merupakan dua parameter yang memiliki
dampak buruk pada kualitas bahan bakar. Kadar air yang tinggi menurunkan nilai
kalor bahan bakar sedangkan kadar abu yang tinggi dapat meningkatkan biaya
operasional (Silva et al 2012).

17
Tabel 4.1 Analisis ultimat dan proksimat cangkang kelapa sawit dan beberapa
literatur pembanding
Analisa ultimat cangkang
kelapa sawit
C (%)
H (%)
N (%)
S (%)
O (%)
Analisa proksimat cangkang
kelapa sawit
Kadar air (%)
Volatile matter (%)
Karbon tetap (%)
Abu (%)
Nilai Kalor (MJ/kg)
a

Penelitian
ini

a

b

c

d

68.45
9.52
0.20
0.74
20.99

53.78
7.20
0.00
0.51
36.30

48.68
4.77
1.17
0.20
45.27

49.74
5.32
0.08
0.16
44.86

55.82
5.62
0.84
37.73

3.87
69.54
19.81
6.78
19.15

5.73
73.74
18.37
2.21
22.14

73.77
15.15
11.08
16.30

11.00
67.20
19.70
2.10
-

11.90
66.80
17.90
3.40
15.89

Sukiran (2008), b Idris et al (2012), c Abnisa et al (2011), d Lee et al (2013).

Tabel 4.2 Analisis ultimat dan proksimat tandan kosong kelapa sawit dan
beberapa literatur pembanding
Analisa ultimat tandan
kelapa sawit
C (%)
H (%)
N (%)
S (%)
O (%)
Analisa proksimat tandan
kelapa sawit
Kadar air (%)
Volatile matter (%)
Karbon tetap (%)
Abu (%)
Nilai Kalor (MJ/kg)
e

Penelitian
ini
66.17
9.54
1.51
0.06
22.72

2.75
73.99
17.64
5.66
18.72

e

f

g

h

46.62
6.45
1.21
0.04
45.66

48.78
7.33
0.00
0.08
40.18

49.07
6.48
0.70
0.10
38.29

53.78
4.37
0.35
0.00
41.50

5.18
82.58
8.97
3.45
17.02

8.75
79.67
8.68
3.02
18.96

7.95
83.86
10.78
5.36
17.08

81.90
12.60
3.11
-

f

Mohammed et al (2011), Ma and Yousuf (2005), g Yang et al (2006), h Abdulah dan Gerhauser
(2008).

Tabel 4.3 menunjukkan hasil analisis lignoselulosa pada cangkang dan
tandan kelapa sawit. Hasil analisis menunjukkan bahwa cangkang dan tandan
kelapa sawit memiliki kandungan lignoselulosa yang cenderung mirip dengan
kandungan lignoselulosa pada beberapa penelitian lainnya. Kandungan lignin
yang lebih tinggi pada cangkang mengindikasikan nilai kalor cangkang kelapa
sawit lebih tinggi dibandingkan nilai kalor tandan kelapa sawit.

18
Tabel 4.3 Analisis linognoselulosa cangkang dan tandan kelapa sawit dan
beberapa literatur pembanding
Komponen
Selulosa (%)
Hemiselulosa (%)
Lignin (%)

Cangkang
37.76
21.23
35.60

a

Mohammed et al (2011) (tandan),
Ginting (2014) (tandan).

Tandan
38.94
28.21
22.14
b

Sumber Data
a
b
22.24 23.7
20.58 21.6
30.45 29.2

Law et al (2007) (tandan),

c
38.1-63.0
20.1-35.3
10.5-36.6
c

d
56.05
17.63
5.97

Yang et al (2006) (tandan),

d

Pirolisis Cangkang dan Tandan Kelapa Sawit
Proses pirolisis telah dilakukan dan diharapkan berlangsung pada suhu
300 °C, 400 °C, 500 °C dan 600 °C dengan menggunakan bahan cangkang dan
TKKS. Sumber panas yang digunakan dalam proses pirolisis berasal dari heater.
Panas dari heater listrik mengalir secara konduksi dengan arah horizontal melalui
dinding reaktor yang kemudian dialirkan ke biomassa berupa cangkang dan
TKKS. Pirolisis pada cangkang kelapa sawit dengan suhu 300 °C, 400 °C, 500 °C
dan 600 °C berlangsung selama 143 menit, 110 menit, 106 menit dan 127 menit.
Pirolisis TKKS dengan suhu 300 °C, 400 °C, 500 °C dan 600 °C berlangsung
selama 47 menit, 51 menit, 50 menit dan 114 menit.

Tabel 4.4 Suhu akhir, persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis
cangkang kelapa sawit
Suhu pirolisis
(°C)
300

400

500

600

Titik
pengukuran
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4

Suhu akhir
(°C)
325
300
308
365
401
391
401
456
484
472
486
556
572
555
570
654

Regresi linear
y = 3.923x - 227.0
y = 1.410x + 106.3
y = 0.964x + 173.0
y = 40.43x + 23.27
y = 9.988x - 503.8
y = 3.425x + 59.68
y = 1.937x + 211.0
y = 45.18x + 6.897
y = 19.32x - 793.3
y = 6.444x + 54.11
y = 2.898x + 280.8
y = 45.60x - 8.885
y = 17.30x - 529.2
y = 11.52x - 0.966
y = 6.190x + 225.0
y = 44.60x + 13.80

Laju pemanasan
(°C/menit)
dy/dx = 3.92
dy/dx = 1.41
dy/dx = 0.96
dy/dx = 40.43
dy/dx = 9.99
dy/dx = 3.43
dy/dx = 1.94
dy/dx = 45.18
dy/dx = 19.32
dy/dx = 6.44
dy/dx = 2.90
dy/dx = 45.60
dy/dx = 17.30
dy/dx = 11.52
dy/dx = 6.19
dy/dx = 44.60

Suhu akhir, persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis cangkang
dan tandan kelapa sawit ditunjukkan oleh Tabel 4.4 dan 4.5 pada titik T1, T2 dan

19
T3. Dari Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa pirolisis yang terjadi pada
cangkang kelapa sawit secara umum lebih lambat dibandingkan pirolisis TKKS .
Hal ini dapat terlihat dari laju pemanasan yang kurang dari 10 °C/menit,
sementara pada pirolisis TKKS, laju pemanasan yang terjadi di atas 10 °C/menit.
Perbedaan laju pemanasan yang terjadi bergantung pada karakteristik bahan dan
suhu yang diaplikasikan pada bahan.
Laju pemanasan pada pirolisis dan suhu perlakuan dapat mempengaruhi
hasil pirolisis. Laju pirolisis yang lebih cepat dan suhu perlakuan yang tinggi akan
meningkatkan jumlah cairan dan gas pada hasil pirolisis, sementara laju pirolisis
yang lebih lambat dan suhu perlakuan yang rendah akan meningkatkan jumlah
arang.

Tabel 4.5 Suhu akhir, persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis
tandan kosong kelapa sawit
Suhu pirolisis
(°C)
300

400

500

600

Titik
pengukuran
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4
T1
T2
T3
T4

Suhu akhir
(°C)
324
307
317
359
394
383
396
460
486
474
488
562
595
577
589
645

Regresi linear
y = 9.004x – 16.34
y = 3.319x + 169.7
y = 1.790x + 238.6
y = 48.53x + 25.97
y = 25.74x – 160.7
y = 27.58x – 62.99
y = 42.90x – 106.6
y = 55.58x – 2.218
y = 38.41x – 142.9
y = 28.72x – 24.34
y = 40.04x – 69.89
y = 52.78x + 20.69
y = 42.09x – 247.4
y = 49.33x – 238.1
y = 38.01x – 56.30
y = 48.91x + 23.44

Laju pemanasan
(°C/menit)
dy/dx = 9.00
dy/dx = 3.32
dy/dx = 1.79
dy/dx = 48.53
dy/dx = 25.74
dy/dx = 27.58
dy/dx = 42.90
dy/dx = 55.58
dy/dx = 38.41
dy/dx = 28.72
dy/dx = 40.04
dy/dx = 52.78
dy/dx = 42.09
dy/dx = 49.33
dy/dx = 38.01
dy/dx = 48.91

Terdapat dua fase dalam laju pemanasan yaitu fase pengeringan bahan dan
laju pirolisis itu sendiri. Laju pemanasan pada Tabel 4 dan 5 adalah laju
pemanasan pada fase pirolisis. Dikarenakan posisi T3 paling dekat dengan sumber
panas maka selama fase pengeringan, bahan yang berada di titik T3 mengalami
peningkatan suhu lebih tinggi yang berdampak pada penguapan vollatile
matter lebih banyak dibandingkan bahan pada titik T1 dan T2 sehingga pada saat
fase pirolisis, laju pemanasan titik T3 lebih rendah dibandingkan yang lain.
Sementara pada pirolisis tandan kelapa sawit dengan suhu yang lebih tinggi, laju
pemanasan cenderung lebih merata bahkan semakin rata pada suhu yang semakin
tinggi. Hal ini dikarenakan karakteristik tandan yang lebih lunak ditandai dengan
lebih rendahnya kadar lignin yang terkandung serta porositas yang lebih tinggi
sehingga perambatan kalor dari heater semakin mudah.

20
Karakteristik Hasil Pirolisis Limbah Kelapa Sawit
Fraksi massa dari proses pirolisis cangkang dan tandan kelapa sawit pada
kondisi pemanasan yang berbeda ditunjukkan pada Tabel 4.6 dan Tabel 4.7.
Fraksi massa padatan, cairan dan gas hasil pirolisis cangkang kelapa sawit secara
berturut-turut adalah 34.99-63.78%, 22.76-43.28% dan 13.47-21.73%. Sedangkan
fraksi massa padatan, cairan dan gas hasil pirolisis tandan kelapa sawit secara
berturut-turut adalah 30.66-64.76%, 16.25-29.16 dan 18.98-44.49%. Masingmasing fraksi massa padatan, cairan dan gas kemudian dibagi menjadi bagian
yang memiliki nilai kalor dan yang tidak memiliki nilai kalor. Bagian yang
memiliki nilai kalor adalah arang, bio-oil dan gas mampu bakar sedangkan bagian
yang tidak memiliki nilai kalor adalah abu, asap cair dan gas tak mampu bakar.
Penggunaan bahan baku yang berbeda serta jenis pirolisis dapat
mempengaruhi persentase produksi arang, bio-oil dan gas mampu bakar pada
proses pirolisis tersebut. Tabel 4.6 dan Tabel 4.7 menunjukkan bahwa persentase
produksi bio-oil pada pirolisis cangkang lebih banyak daripada persentase
produksi bio-oil pada pirolisis tandan kosong kelapa sawit namun kebalikannya
pada persentase produksi gas mampu bakar. Pada persentase produksi arang,
pirolisis cangkang menghasilkan arang yang lebih sedikit dibandingkan pirolisis
tandan kosong pada suhu 300 °C dan 400 °C sedangkan pada suhu 500 °C dan
600 °C terjadi sebaliknya.
Laju pemanasan yang lebih lambat pada pirolisis cangkang kelapa sawit
berdampak pada lebih tingginya persentase bio-oil yang diperoleh dari hasil
pirolisis dibandingkan dengan pirolisis TKKS, sementara itu persentase gas
TKKS lebih besar dibandingkan persentase gas yang diperoleh pada pirolisis
cangkang kelapa sawit.

Tabel 4.6 Fraksi massa hasil pirolisis cangkang kelapa sawit
Suhu
Arang Abu Bio-o