10 Tabel 1. Analisis Proksimat bagian-bagian biji jarak
Komposisi basis
kering Daging
biji
a
Kulit biji
a
Tepung biji
b
Bungkil
a
Bungkil bebas
minyak
c
Protein kasar 22,2 – 27,2
4,3 – 4,5 24,60 ± 1,40
56,4 – 63,8 45,1
Lemak 56,8 – 58,4
0,5 – 1,4 47,25 ± 1,34
1,0 – 1,5 Air
5,54 ± 0,20 12,9
Abu 3,6 – 4,3
2,8 – 6,1 4,50 ±0,14
9,6 – 10,4 10,1
Serat deterjen netral NDF
3,5 – 3,8 83,9 – 89,4
10,12 ± 0,52 8,1 – 9,1
31,9 Serat deterjen
asam ADF 2,4 – 3,0
74,6 – 78,3 5,7 – 7,0
Lignin deterjen asam
0,0 – 0,2 45,1 – 47,5
- 0,1 – 0,4
- Energi bruto
MJkg 30,5 – 31,1
19,3 – 19,5 -
18,0 – 18,3 -
a Makkar et al. 1997 diacu dalam Hambali dan Mujdalipah 2006 b Akintayo 2003 diacu dalam Manurung 2006
c Soerawidjaja 2005
C. Biomassa dan Biomass Pellets Biopelet
Biomassa meliputi semua bahan yang bersifat organik semua makhluk yang hidup atau mengalami pertumbuhan dan juga residunya El Bassam dan
Maegaard 2004. Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang paling serbaguna dibandingkan sumber energi terbarukan lainnya. Biomassa dapat
menghasilkan bahan bakar untuk panas, listrik dan transportasi Siemers 2006. Bahan yang termasuk biomassa antara lain sisa hasil hutan dan perkebunan, biji
dan limbah pertanian, kayu dan limbah kayu, limbah hewan, tanaman air, tanaman kecil, dan limbah industri serta limbah pemukiman Bergman dan Zerbe 2004.
Biomassa merupakan sumber energi yang bersih dan dapat diperbarui namun biomassa mempunyai kekurangan yaitu tidak dapat langsung dibakar
karena sifat fisiknya yang buruk, seperti kerapatan energi yang rendah dan permasalahan penanganan, penyimpanan dan transportasi Saptoadi 2006.
Menurut Yamada et al. 2005, penggunaan bahan bakar biomassa secara langsung dan tanpa pengolahan akan menyebabkan timbulnya penyakit
pernafasan yang disebabkan oleh karbon monooksida, sulfur dioksida SO
2
dan bahan partikulat. Matriks rantai penggunaan biomassa dapat dilihat pada gambar
4.
11 Bergman dan Zerbe 2004 menambahkan bahwa konversi biomassa menjadi
bentuk yang lebih baik dapat meningkatkan kualitasnya sebagai bahan bakar. Konversi yang dilakukan dapat memudahkan dalam penanganan, transportasi,
penyimpanan, peningkatan daya bakar, peningkatan efisiensi bakar, bentuk yang lebih seragam serta kerapatan energi yang lebih besar. Namun demikian, menurut
Hill et al. 2006 konversi yang dilakukan terhadap bahan bakar biomassa harus memiliki keseimbangan energi yaitu energi yang dapat digunakan harus lebih
besar daripada energi proses produksi. Data dari Palz 1985 menunjukkan bahwa komposisi komponen organik
bukan abu pada biomassa cenderung seragam. Komponen utama adalah karbon, oksigen dan hidrogen. Beberapa biomassa juga mengandung sebagian kecil
nitrogen.
Perkebunan Bahan sisa
Hasil samping Limbah organik
Pemanenan, Pengolahan, Transportasi, Penyimpanan
Pengolahan Pengarangan
Liquifikasi Esterifikasi
Gasifikasi Penguraian anaerob
Fermentasi Biopelets
Chip kayu Arang
Tar Minyak pirolisis
Metanol Minyak nabati
Biodiesel Gas sintetik
Gas generator Biogas
Bioetanol
Bahan bakar padat Bahan bakar cair
Bahan bakar gas
Energi listrik Energi mekanis
Energi panas
Gambar 4. Matriks rantai penggunaan biomassa.
Sumber: Siemers 2006
Pengolahan
Penggunaan energi sekunder untuk energi
12 Tabel 2. Komposisi unsur biomassa
Unsur Simbol
Persen bobot basis kering dan basis bebas abu Karbon
Hidrogen Oksigen
Nitrogen Sulfur
C H
O N
S 44 – 51
5,5 – 6,7 41 – 50
0,12 – 0,60 0,0 – 0,2
Sumber : Palz 1985
Menurut White dan Paskett 1981 penggunaan biomassa sebagai bahan bakar memiliki kekurangan dibandingkan dengan bahan bakar fosil, karena :
• pada umumnya, biomassa memiliki kandungan panas yang lebih rendah jika
dibandingkan kandungan panas bahan bakar fosil, •
biomassa mengandung kadar air yang tinggi yang dapat menghambat proses pembakaran, menyebabkan kehilangan energi selama pembakaran karena
menjadi kalor laten uap dan biomassa mudah menyerap air selama penyimpanan jika penyimpanan tidak menggunakan wadah yang kedap air,
• biomassa memiliki densitas yang rendah dan berakibat pada peningkatan
ukuran peralatan penanganan, penyimpanan dan pembakaran, •
biomassa memiliki bentuk yang tidak homogen sehingga menyulitkan untuk pemasukan otomatis ke dalam ruang pembakaran.
Densifikasi limbah pertanian dan kehutanan menjadi briket atau pelet adalah suatu metode pengembangan fungsi suatu sumberdaya. Densifikasi dapat
meningkatkan kandungan energi tiap satuan volume dan juga dapat mengurangi biaya transportasi dan penanganan. Densitas briket biomassa berada di atas
rentang densitas kayu yaitu antara 800–1.100 kgm
3
dan densitas kamba untuk pengemasan dan pemuatan ke dalam alat transportasi sekitar 600–800 kgm
3
Leach dan Gowen 1987. Menurut Saptoadi 2006, proses pemampatan biomassa menjadi briket atau
pelet dilakukan untuk : •
meningkatkan kerapatan energi bahan, •
meningkatkan kapasitas panas kemampuan untuk menghasilkan panas dalam waktu lebih lama dan mencapai suhu yang lebih tinggi,
• mengurangi jumlah abu pada bahan bakar.
13 Densifikasi, menurut Ramsay 1982, juga menghasilkan keuntungan pada
bahan bakar diantaranya ukuran yang menjadi lebih seragam, produk yang kering, serta kemudahan transportasi dan penyimpanannya.
Menurut Leach dan Gowen 1987, metode densifikasi untuk pembuatan pelet atau briket dapat dibedakan menjadi 2 kategori, yaitu sistem tekanan rendah
seperti mesin pengempa manual dan mekanis serta sistem tekanan tinggi seperti roller, piston
atau screw extrusion. Pelet merupakan salah satu bentuk energi biomassa, yang diproduksi
pertama kali di Swedia pada tahun 1980-an. Pelet digunakan sebagai pemanas ruang untuk ruang skala kecil dan menengah. Pelet dibuat dari hasil samping
terutama serbuk kayu. Pelet kayu digunakan sebagai penghasil panas bagi pemukiman atau industri skala kecil. Di Swedia, pelet memiliki ukuran diameter
6–12 mm serta panjang 10–20 mm NUTEK 1996, dalam Jonsson 2006. Pelet merupakan hasil pengempaan biomassa yang memiliki tekanan yang
lebih besar jika dibandingkan dengan briket 60 kgm
3
, kadar abu 1 dan kadar air kurang dari 10 El Bassam dan Maegaard 2004. Pelet memiliki kadar air
yang rendah sehingga dapat lebih meningkatkan efektivitas pembakaran VE 2006. Bahan bakar pelet memiliki diameter antara 3-12 mm dan panjang
bervariasi antara 6–25 mm. Pelet diproduksi oleh suatu alat dengan mekanisme pemasukan bahan secara terus-menerus serta mendorong bahan yang telah
dikeringkan dan termampatkan melewati lingkaran baja dengan beberapa lubang yang memiliki ukuran tertentu. Proses pemampatan ini menghasilkan bahan yang
padat dan akan patah ketika mencapai panjang yang diinginkan Ramsay 1982. Menurut Ramsay 1982, proses pembuatan pelet menghasilkan panas
akibat gesekan alat yang memudahkan proses pengikatan bahan dan penurunan kadar air bahan hingga mencapai 5–10. Panas juga menyebabkan suhu pelet
ketika keluar mencapai 60–65°C sehingga dibutuhkan pendinginan. Metode pembuatan pelet yang lain dilakukan oleh Livington pada tahun
1977 Livington dalam Ramsay 1982 dan telah dipatenkan di US Patent. Proses pembuatan pelet dilakukan dari bahan organik dengan kadar air antara 16–28.
Proses berlangsung pada suhu 163°C dan tekanan pada lempeng baja sebesar 178 kN. Pelet yang dihasilkan memiliki ukuran diameter 3 mm serta panjang 13 mm.
14 Pelet kemudian dikeringkan dengan udara panas dan menghasilkan kadar air 7–8
serta bobot jenis lebih dari 1,0. Tabel 3 memperlihatkan perbandingan standar biopelet di beberapa negara.
Tabel 3. Perbandingan standar biopelet
Kualitas Biopelet
unit ÖNorm M
7135 Austria
a
DIN 51731 Jerman
a
DIN plus Pelet
Association Germany
a
Pelet Fuel Institute
b
ITEBE
c
2001 – 2007 Diameter
mm 4
– 10
4 –
10 -
6,35 – 7,94 6 – 16
Panjang mm
5 x
D
1
50 5 x D
1
38,1 10 – 50
Densitas kgdm³
1,12 1,0
– 1,4
1,12 0,64
1,15 Kadar Air
10 12
10 -
15 Kadar Abu
0,50 1,50
0,50 3 standar
1 premium 6
Nilai Kalor
MJkg 18 17,5
– 19,5
18 19,08
16,9 Sulfur
0,04 0,08
0,04 -
0,10 Nitrogen
0,3 0,3
0,3 -
0,5 Klorin
0,02 0,03
0,02 0,03
0,07 Abrasi
2,3 -
2,3 -
- Bahan
tambahan 2
-
2
2 -
2
1
tidak lebih dari 20 Bio-Pelets berukuran 7,5 x Diameter
2
DIN melarang penggunaan bahan tambahan Sumber:
a
HEZO 2006;
b
PFI 2007a;
c
Douard 2007
Keunggulan utama pemakaian bahan bakar pelet biomassa adalah penggunaan kembali bahan limbah seperti serbuk kayu yang biasanya dibuang
begitu saja. Serbuk kayu yang terbuang begitu saja dapat teroksidasi dibawah kondisi yang tak terkendali akan membentuk gas metana atau gas rumah kaca
Cook 2007. Menurut PFI 2007b, pelet memiliki konsistensi dan efisiensi bakar yang
dapat menghasilkan emisi yang lebih rendah dari kayu. Bahan bakar pelet menghasilkan emisi bahan partikulat yang paling rendah dibandingkan jenis
lainnya. Arsenik, karbon monoksida, sulfur, dan gas karbondioksida merupakan sedikit polutan air dan udara yang dihasilkan oleh penggunaan minyak sebagai
bahan bakar. Sistem pemanasan dengan pelet menghasilkan emisi CO
2
yang rendah karena jumlah CO
2
yang dikeluarkan selama pembakaran setara dengan CO
2
yang diserap tanaman ketika tumbuh, sehingga tidak membahayakan lingkungan.
Dengan efisiensi bakar yang tinggi, jenis emisi lain seperti NO
x
dan bahan organik yang mudah menguap juga dapat diturunkan. Masalah yang masih tersisa adalah
emisi debu akibat peningkatan penggunaan sistem pemanasan dengan pelets
15 Anonim 2007b. Gambar 5 menunjukkan alat boiler yang menggunakan bahan
bakar biopelet.
Berdasarkan PFI 2007a, terdapat 2 jenis kualitas bahan bakar pelet yang diproduksi yaitu premium dan standar. Perbedaan keduanya adalah pada kadar
abu. Jenis standar memiliki kadar abu maksimal 3, sedangkan jenis premium memiliki kadar abu tidak lebih dari 1. Perbedaan ini merupakan hasil dari
perbedaan kandungan pelet. Pelet jenis standar dibuat dari bahan yang menghasilkan residu abu, seperti kulit kayu dan limbah pertanian. Sedangkan
pelet jenis premium dibuat dari serbuk kayu keras dan kayu lunak yang tidak mengandung kulit kayu. Pelet jenis standar hanya dapat dibakar di instalasi
pembakaran yang dirancang untuk pelet yang mengandung kadar abu tinggi. White dan Paskett 1981 menambahkan bahwa pengendalian ukuran
partikel bahan baku juga sangat penting karena berpengaruh terhadap tingkat reaksi. Ukuran partikel yang homogen baik diatas ataupun dibawah standar lebih
efisien daripada ukuran partikel yang heterogen. Menurut Saptoadi 2006, dimensi pelet harus semakin kecil namun dengan ukuran partikel semakin kasar.
Kombinasi ini akan memberikan sifat yang lebih sempurna pada pelet sebagai bahan bakar. Gambar 6 memperlihatkan bentuk dan ukuran biopelet dari bungkil
jarak. Gambar 5. Boiler berbahan bakar biopelet.
Sumber: CCRE 2000
16 Pembakaran biomassa secara langsung atau pengubahan bentuk menjadi
pelet maupun briket dipilih berdasarkan beberapa parameter bahan bakar tersebut yaitu kadar air, densitas, nilai kalor serta bentuk fisik yang berhubungan dengan
penanganan mekanis. Kadar abu juga merupakan parameter yang penting karena bahan bakar tanpa abu seperti minyak dan gas memiliki sifat pembakaran yang
lebih baik White dan Paskett 1981. Analisis proksimat bahan bakar padat digunakan untuk menentukan kandungan bahan volatil, karbon terikat dan abu
Ramsay 1982. Abu merupakan komponen yang tidak diinginkan pada bahan bakar. Abu
tidak dapat bereaksi dan terbakar dan akan menumpuk di dasar boiler atau terbang bersamaan dengan gas. Abu cenderung bertentangan dengan proses pembakaran
karena keberadaannya dapat menyebabkan karat Ramsay 1982. Pembatasan kadar air selama pengeringan awal dan proses densifikasi akan
menguntungkan selama proses pembakaran, selain menghasilkan nilai kalor yang lebih besar juga memudahkan pengendalian pembakaran, penurunan loss produk,
dan berdampak pada peningkatan efisiensi pembakaran. Kadar air suatu bahan bakar yang tinggi akan menyebabkan proses pembakaran yang lambat dan
temperatur api yang rendah. Hal ini berdampak pada pengurangan produksi steam pada boiler. Kadar air yang tinggi juga akan meningkatkan kecepatan gas pada
zona bakar, mengurangi waktu tinggalnya, dan meningkatkan kadar partikulat yang berakibat pada peningkatan polusi udara Ramsay 1982.
Gambar 6. Biopelet bungkil jarak pagar
17 Keteguhan tekan menunjukkan daya tahan atau kekompakan briket terhadap
tekanan luar sehingga mengakibatkan hancurnya briket. Semakin besar keteguhan tekan akan meningkatkan daya tahan atau kekompakan briket. Hal ini diperlukan
untuk proses penanganan dan distribusi Hendra dan Darmawan 2000.
D. Sludge
