6
ion-ion tertentu, sehingga arang aktif banyak digunakan sebagai filter penangkap partikel-partikel pengotor yang terkandung dalam cairan atau udara.
Jenis-jenis arang dibedakan berdasarkan bahan baku yang diarangkan, yaitu arang sekam, arang bambu, arang tempurung kelapa, arang kayu, arang serasah, arang kulit buah mahoni atau karet,
arang serbuk gergaji dsb, selain itu dapat digolongkan berdasarkan pengolahan tertentu, misalkan menggunakan bahan kimia ataupun pemanasan dapat dihasilkan arang aktif, pengolahan dengan
penambahan zat perekat dan proses pengempaan maka dihasilkan arang briket.
Bahan baku arang secara umum adalah bahan organik berkayu seperti sekam padi, serbuk gergajian, limbah tempurung kelapa, sabetan kayu, daun dan ranting pohon, ampas tebu dan lain-lain.
Bahan baku yang digunakan sebaiknya dikelompokkan menurut jenis dan bentuknya sehingga memudahkan dalam proses pembuatan arang. Selain itu sebaiknya bahan berada pada kondisi kering
dan siap bakar sehingga tidak mengeluarkan asap yang terlalu banyak dan mempersingkat waktu pengarangan Setiadi 2011. Syarat mutu arang tempurung kelapa menurut SNI tertera pada Tabel 3.
Tabel 3. Syarat Mutu Arang Tempurung Kelapa Menurut SNI 01-1682-1996 No
Karakteristik Syarat
1 Bagian yang hilang pada pemanasan 900
o
C maks 15
2 Kadar air bb
maks 6 3
Kadar abu maks 3
4 Warna hitam
Merata Proses pembuatan arang dengan panas terkontrol seperti yang telah dijelaskan di atas disebut
proses pirolisis. Proses dan teknologi pirolisis dibahas secara detail pada sub bab B berikut.
B. TEKNOLOGI PIROLISIS
Pirolisis adalah proses penguraian lysis biomassa karena adanya panas pyro pada suhu di atas 250
o
C tanpa keberadaan oksigen. Hasil pirolisis adalah berupa karbon padat arang, bio-oil primary pyrolisis oil; PPO, dan campuran gas, dengan perbandingan yang berbeda-beda tergantung pada
komposisi biomassa yang diumpankan, suhu operasi, kandungan oksigen, dan kondisi operasi lainnya. Sebagai contoh, pirolisis 1 ton kayu keras dapat menghasilkan sekitar 350 kg arang, 450 kg bio-oil, 75
kg tar, dan 60 m
3
gas Agustina 2012. Menurut FAO 2008, pirolisis adalah proses degradasi dengan panas pada kondisi tidak adanya
atau sedikit sekali agen oksidasi oksigen, dimana gasifikasi tidak terjadi secara signifikan atau dapat disebut parsial gasifikasi. Terjadi pada suhu sekitar 500-800
o
C, sedangkan gasifikasi terjadi pada suhu 800-1000
o
C. Tiga produk yang dihasilkan dari proses pirolisis adalah gas, minyak pirolisis, dan arang dengan proporsi yang sangat tergantung pada metode pirolisisnya, karakteristik dari biomassa
yang diarangkan, dan parameter reaksi lainnya. Pirolisis telah dilakukan dalam beberapa abad untuk memroduksi arang. Pirolisis memerlukan
rekasi lambat dan suhu rendah untuk mendapatkan hasil padatan yang maksimal. Sampai saat ini, penelitian sampai ke mekanisme pirolisis telah diusulkan secara substansial mengubah proporsi
produk gas, cair, dan padatan dengan mengubah laju pemanasan, suhu dan waktu pengarangan. Ada beberapa cara untuk menggunakan energi yang terkandung dalam biomassa, dari cara
tradisional dengan membakarnya langsung hingga gasifikasi pirolisis. Pembakaran langsung adalah cara lama menggunakan biomassa. Biomassa secara sempurna diubah menjadi panas, tetapi
efisiensinya hanya sekitar 10. Pilihan teknik pirolisis ini yang paling menguntungkan untuk dapat mendayagunakan energi dari semua jenis biomassa dan langkah paling penting menuju investasi
menguntungkan FAO 2008.
7
Tabel 4. Karakteristik Energi Beberapa Biomassa
Feed Bulk density
KgM
3
Heating value dry basis GJT
Energy density GJM
3
Straw 100
20 2
Woodchips 400
20 8
pyro-oil 1200
25 30
Charcoal 300
30 9
char-water slurry 5050 1000
15 15
char-oil slurry 2080 1150
23 26
Secara prinsip proses pirolisis terbagi atas 2 tahap, yang pertama adalah tahap pirolisis primer, yang terdiri atas tahap pirolisis lambat dan tahap pirolisis cepat. Pirolisis primer lambat terjadi pada
suhu 150-300
o
C dan menghasilkan uap air, arang, gas CO
2
, CO dan tar, sedangkan pirolisis primer cepat terjadi pada suhu 300-600
o
C dan menghasilkan gas hidrokarbon, arang, uap air, uap dari PPO primary pyrolisis oil Agustina 2012. Penelitian ini pun mengimplementasikan tahap pirolisis
primer cepat. Menurut FAO 2008 pirolisis cepat digunakan untuk memaksimalkan produk gas dan liquid sesuai dengan temperaturnya. Contoh implementasi dari tahap pirolisis primer ini adalah
karbonisasi atau pengarangan dengan menggunakan alat pengarangan seperti retort dan kiln. Energi untuk pemanasan pada proses pirolisis, jika berasal dari luar sistem atau berasal dari pembakaran
sebagian dari produk pirolisis, seperti gas dan tar, maka alat pirolisisnya disebut retort Agustina 2012. Gambaran proses pengarangan dengan retort tersaji dalam gambar 3, dan gambar beberapa
macam retort dapat dilihat pada gambar 4, 5, 6 dan 7. Sedangkan, jika energi untuk pemanasan pada proses pirolisisnya berasal dari dalam sistem atau dengan pembakaran sebagian dari bahan baku
umpan yang akan diarangkan, maka alat pirolisisnya disebut kiln. Pembahasan secara khusus untuk kiln alat pengarangan, akan disajikan di sub bab C. Tahap kedua dari proses pirolisis adalah pirolisis
sekunder yang merupakan proses pirolisis bahan-bahan yang dihasilkan pada proses pirolisis primer, terjadi pada suhu lebih dari 600
o
C. Pirolisis hingga tingkat sekunder ini disebut juga proses gasifikasi untuk menghasilkan gas-gas mampu bakar bio oil. Proses gasifikasi terdapat 3 tahap, yaitu tahap
pengeringan suhu 25-250
o
C, tahap pirolisa 150-900
o
C, tahap oksidasi 900-1400
o
C, dan tahap reduksi 600-900
o
C. Karbon yang terjadi melalui proses pirolisis sekunder cepat dapat mencapai 10- 15. Contoh implementasi dari tahap ini adalah gasifikasi menggunakan gasifier dan pada
perkembangan teknologi berikutnya, ke dalam gasifier diberikan tekanan dengan nilai tertentu untuk mengubah gas menjadi bio oil Agustina 2012.
Gasifikasi memecah ikatan karbon biomassa hingga ke level maksimum dan mengubahnya secara sempurna menjadi gas. Produksi arang charcoal, pirolisis lambat dari kayu pada suhu 500
o
C adalah proses yang telah dimanfaatkan selama ratusan tahun. Arang adalah bahan bakar yang menghasilkan
sedikit asap dan masih tetap digunakan sebagai bahan bakar FAO 2008. Tingginya laju pemanasan, hingga 1000
o
Cs atau 10000
o
Cs, pada suhu di bawah 650
o
C dan dengan pendinginan yang cepat, akan menghasilkan liquid yang merupakan produk antara dari pirolisis untuk mengkondensasinya
sebelum reaksi memutus molekulnya menjadi gas. Laju reaksi yang tinggi juga menurunkan pembentukan char, dan pada kondisi tertentu tidak ada char yang terbentuk. Pada suhu maksimum
produk utamanya adalah gas. Pirolisis pada laju reaksi yang tinggi ini disebut pirolisis cepat, berdasarkan laju reaksi dan lamanya pembakaran tetapi sebenarnya batasan suhunya tidak pasti FAO
2008.
Karbonisasi yang dimaksud dalam tabel 5 adalah proses pirolisis primer pengarangan yang menggunakan alat earth pit kiln atau biasa disebut kiln tanah dimana dibutuhkan waktu pengarangan
sampai berhari-hari. Pengarangan konvensional adalah membuat arang dengan cara membakar langsung di ruang terbuka. Fast pyrolisis atau pirolisis cepat dengan karakteristik proses seperti yang
dijelaskan di atas. Flash liquid yang dimaksud adalah proses pirolisis cepat dengan produk utamanya adalah bio-oil, sedangkan flash gas yang dimaksud adalah proses pirolisis cepat dengan produk
utamanya adalah gas.Teknologi ultra dalam proses pirolisis dimana suhu pengarangan dipaksa naik dalam waktu cepat, contohnya seperti dengan menambahkan gas oksigen. Teknologi vacuum adalah
mengondisikan proses pirolisis terjadi pada kondisi vakum. Hydro pyro adalah teknologi pirolisis
8
yang menggunakan tambahan bahan bakar hydro dalam proses pengarangannya, sedangkan methano pyro adalah teknologi pirolisis yang menggunakan tambahan gas metan dalam proses
pengarangannya. Tabel 5. Beberapa Teknologi Pirolisis
Tech. Residence time
Heating rate Temperature °C Products
Carbonation Days
very low 400
Charcoal Conventional
5-30 min low
600 oil, gas, char
Fast 0.5-5s
very high 650
bio-oil Flash-liquid
1 s high
650 bio-oil
Flash-gas 1 s
high 650
chemicals, gas Ultra
0.5 very high
1000 chemicals, gas
Vacuum 2-30s
medium 400
bio-oil Hydro-pyro.
10s high
500 bio-oil
Methano-pyro. 10s
high 700
Chemicals Sumber : FAO Natural Resources Management and Environment Department 2008
Tabel 5 tersebut adalah contoh produk berbagai implementasi teknologi pirolisis di dunia yang dirilis oleh FAO 2008. Sedangkan Tabel 6 menyajikan perbandingan antara beberapa teknologi
pirolisis yang disebutkan pada Tabel 5. Pirolisis biomassa sangat menarik karena biomassa padat dan sampah biomassa yang sulit ditangani dan menelan biaya mahal untuk penanganannya, dapat diubah
menjadi produk cair yaitu bio-oil yang mudah disimpan, dipindahkan, dibakar, dan fleksibel dalam produksi dan pemasaran FAO 2008.
Tabel 6. Karakteristik Teknologi Pirolisis
Flash low T Flash high T
Slow Carbonization
Feedstocks
Feedsize Small
small moderate
Large Moisture
v.low v. low
Low Low
Parameters Temp °C
450-600 650-900
500-600 450-600
Pressure, bar 1
0.1- 1 1
1 Max. input, th
0.05 0.02
5 10
Product
Gas, wt dry 30
70 40
40 MJNm
3
10-20 10-20
5-10 2-4
Liquid 80
20 30
20 MJKg
23 23
23 10-20
Solid 15
20 30
35 MJKg
30 30
30 30
Flash Low Temperature = fast primary pyrolysis Flash High Temperature = fast secondary pyrolysis
Sumber : FAO Natural Resources Management and Environment Department 2008
9
Gambar 4. Prinsip Retort untuk Pengarangan Macam-macam Retort Berdasarkan Teknologi Karbonisasi FAO 2008
Gambar 5. Continuous Rotary Retort Pyro 7 Sumber : Pro Natura International, Green-Charcoal, December 2004 dalam FAO 2008
Gambar 6. Carbo Twin Retort dalam FAO 2008
Gambar 7. O.E.T Calusco Tunnel Retort System dalam FAO 2008
10
` Gambar 8. Lambiotte Retort dalam FAO 2008
Penggunaan teknologi pirolisis ini dimulai sejak zaman besi, saat arang digunakan untuk melelehkan bijih besi. Hal yang menarik adalah rancangan yang sederhana dapat dibuat dengan biaya
sangat murah. Tetapi kerugiannya adalah rendahnya energi yang dihasilkan dan adanya polusi udara FAO 2008.
Teknologi pirolisis lainnya adalah intermediate pyrolysis dan microwave pyrolysis menurut Gaunt 2012. Intermediate pyrolysis adalah modifikasi teknik pirolisis antara pirolisis cepat dan pirolisis
lambat, dimana temperatur rendah hingga sedang dibutuhkan dalam durasi lebih singkat daripada durasi untuk pirolisis lambat. Produk dari intermediate pyrolysis adalah 50 bio-oil 50 darinya
adalah air, 25 biochar, and 25 syngas powerpoint dari Dr. Tony Bridgwater of Aston University dalam Gaunt 2012. Intermediate pyrolysis adalah konsep baru dan belum digunakan secara luas.
Sehingga literaturnya relatif sedikit dan belum banyak perusahaan pribadi yang menggunakan sistem ini. Teknologi ini sampai saat ini masih dalam tahap penelitian dan pengembangan oleh Aston
University’s Bio-energi Research Group BERG in Birmingham, UK Gaunt 2012. Sedangkan Microwave pyrolysis, bertujuan untuk membentuk biochar dan syngas. Teknologi ini baru dimulai
hanya dengan manual fasilitas demonstrasi. Secara umum prinsip microwave pyrolysis adalah menggunakan pemanasan dengan radiasi gelombang mikro. Oven microwave memanaskan suatu
bahan menggunakan dialectric heating dimana mulekul polar seperti air bergetar dan berputar membentuk formasi molekul tertentu sesuai dengan frekuensi radiasinya. Microwave yang biasa
digunakan sebagai perlengkapan rumah tangga memiliki efisiensi 64 dalam mengubah listrik menjadi radiasi gelombang mikro, kehilangan energi panasnya sebagian besar pada magnetron, yaitu
alat yang mengubah bentuk listrik tegangan tinggi menjadi radiasi gelombang mikro. Efisiensi Microwave pyrolysis tergantung pada kadar air bahan yang ideal dan berbagai ukuran bahan baku,
untuk memaksimumkan efisiensinya. Keuntungan penggunaan teknologi ini juga bergantung pada biaya awal konversi listrik menjadi radiasi gelombang mikro, namun kenyataannya radiasi gelombang
mikro tersebut tidak hanya memanaskan bahan baku tetapi juga dinding ruang microwave dan bagian luarnya, selain itu dapat menyerap panas dari panas benda hitam dari material yang telah dipanaskan
Gaunt 2012.
Gambar 9. 10 Kghr 4.5kW Demonstration Microwave Pyrolysis Unit Constructed by UMB-IMT and X-Waste International University of Minnesota dalam Gaunt 2012
11
Gambar 10. Carbonscapes Demonstration Microwave Pyrolysis Unit Carbonscape dalam Gaunt 2012
C. KILN
