Pemanfaatan limbah Tebu menjadi briket dan biopelet
PEMANFAATAN LIMBAH TEBU MENJADI BRIKET DAN
BIOPELET
NIRWAN HARTADI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Limbah
Tebu Menjadi Briket dan Biopelet 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, 2015
Nirwan Hartadi
NIM F34100126
ii
ABSTRAK
NIRWAN HARTADI. Pemanfaatan Limbah Tebu Menjadi Briket dan Biopelet.
Dibimbing oleh MOHAMAD YANI dan GUSTAN PARI.
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan salah satu komoditi utama
Indonesia yang memberikan manfaat bagi kehidupan. Ampas dan daun tebu
merupakan limbah utama dari pabrik gula. Kedua limbah tersebut belum
dimanfaatkan secara optimal. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan briket dari
ampas tebu dan biopelet dari daun tebu. Penelitian ini bertujuan untuk
menentukan konsentrasi perekat terbaik pada pembuatan briket dan kondisi
pengempaan optimal pada pembuatan biopelet. Pembuatan briket dilakukan
dengan penambahan perekat tapioka dengan konsentrasi perekat 5, 10 dan 15%.
Pembuatan biopelet menggunakan perlakuan suhu dan waktu pengempaan dengan
suhu pengempaan 130 - 270oC dan waktu pengempaan 8 - 22 menit. Perlakuan
briket terbaik diperoleh pada konsentrasi perekat 5% dengan nilai kadar air
sebesar 3.87%, kadar abu 3.35%, zat terbang 76.35%, karbon terikat 20.29 dan
nilai kalor 4155 kkal/kg. Pada pembuatan biopelet daun tebu diperoleh kondisi
optimal yaitu perlakuan suhu pengempaan sebesar 250oC selama 20 menit.
Pengempaan dengan kondisi tersebut menghasilkan kadar air 3.41%, kadar abu
12.19%, kuat tekan 119.22 kgf/cm2 dan kalor 4490 kkal/kg.
Kata Kunci : biopelet, briket, bioenergi, limbah tebu, bagasse
ABSTRACT
NIRWAN HARTADI. The Utilization of Sugarcane Waste for Briquette and
Biopellet Processing. Supervised by MOHAMAD YANI and GUSTAN PARI
Sugarcane (Saccharum officinarum) is one of Indonesia's main
commodities that provide benefits for life. Sugarcane bagasse and leaves are
major waste of sugar mills. Both of waste have not been optimally used. This
research conduct a briquette procesing used bagasse and biopellet processing used
sugarcane leaves. The aims of this study was to determine concentration of
adhesive of briquette and to optimize biopellet process at compression
temperature and time. Briquette was made by the addition of tapioca adhesive
with concentration of 5, 10 and 15%. Biopellet made used compression
temperature and compression time with compression temperature were varied
iii
from 130 - 270oC and compression time consisted of 8 - 22 minutes. The best
briquettes treatment obtained at a concentration of 5% adhesive, with value of
3.87% moisture content, 3.35% ash content, 76.35% volatile matter, 20.29 fixed
carbon and heat level 4155 kcal/kg. Sugarcane leaves biopellet has optimal at
compression temperature of 250oC for 20 minutes. Compression with these
conditions produced moisture content of 3.41%, ash content of 12.19%,
compressive strength of 119.22 kgf/cm2 and heat level of 4490 kcal/kg.
Key Word : biopellet, briquette, bioenergy, sugarcane waste, bagasse
iv
v
PEMANFAATAN LIMBAH TEBU MENJADI BRIKET DAN
BIOPELET
NIRWAN HARTADI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
vi
vii
viii
PRAKATA
Rasa syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
rahmat, hidayah dan inayah-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Penelitian mengenai pemanfaatan limbah tebu ini dilaksanakan mulai bulan Juli
2014 sampai November 2014 dengan judul Pemanfaatan Limbah Tebu Menjadi
Briket dan Biopelet.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada
1. Dr. Ir. Mohamad Yani, M.Eng dan Prof. (R). Gustan Pari, M.Si selaku
dosen pembimbing yang telah memberikan arahan kepada penulis dalam
penyelesaian penelitian ini.
2. Bapak Machfudin dan Bapak Atin selaku kepala laboratorium kimia
Pusat Penelitian dan Pengembangan Kehutanan dan Laboran Fakultas
Kehutanan Institut Pertanian Bogor yang telah membantu dan
membimbing selama penelitian.
3. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayahanda Teteng
Ruhyadi, Ibunda Tiominar, Dina Berina, Netya Marsheli serta seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
4. Devi Umi P, Ratna Sucitra, Wibisono A, Sugiyono, Hafidzar Rohim,
Ahmad Hidayat, Ryan Akbar , Hernanda Wisnu, M Wahyu dan M. Adhi
yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian.
5. Keluarga besar TIN 47 seperjuangan serta Bastiyan dan Tri Wahyuni
rekan bimbingan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat untuk penulis dan pembaca.
Bogor, 2015
Nirwan Hartadi
ix
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODOLOGI
2
Alat dan Bahan
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Metode Penelitian
2
Karakterisasi Bahan Baku
2
Proses pembuatan briket dan biopelet
2
Karakterisasi Briket dan Biopelet
4
Rancangan Percobaan
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Krakteristik Bahan Baku
6
Briket Ampas Tebu
7
Biopelet Daun Tebu
13
Optimasi Respon Permukaan
23
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
26
DAFTAR PUSTAKA
26
LAMPIRAN
28
RIWAYAT HIDUP
34
x
DAFTAR TABEL
1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
2 Hasil uji fisik kimia ampas tebu dan daun tebu
3 Standar biopelet beberapa negara
4 Standar kalor biopelet beberapa negara
5 Perbandingan nilai kalor briket
6 Uji fisik dan kimia biopelet daun tebu
7 Nilai parameter optimasi untuk respon kadar air
8 Nilai parameter optimasi untuk respon kadar abu
9 Nilai parameter optimasi untuk respon nilai kalor
10 Nilai parameter optimasi untuk respon kuat tekan
11 Uraian variabel dan respon yang akan dioptimasi
12 Solusi optimasi hasil analisis Design Expert 7.0.0
13 Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi dengan nilai aktual
14 Perbandingan nilai kalor biopelet
5
6
8
9
12
13
14
16
19
21
23
24
24
24
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Diagram alir proses pembuatan briket ampas tebu
3
Diagram alir proses pembuatan biopelet daun tebu
4
Ampas tebu (kiri), pengempa briket dan briket ampas tebu
8
Karakterisasi briket ampas tebu kadar air (a), kadar abu (b), zat terbang (c) dan
karbon terikat (d)
9
Nilai kalor briket ampas tebu
12
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kadar air biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
15
Kontur (a) dan 3D repon (b) permukaan nilai kadar abu biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
17
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kalor biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
20
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kuat tekan biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
22
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Data produksi tebu tahun 2008-2012 PG Subang
Prosedur uji sifat fisik dan kimia
Analisis varian kadar air briket ampas tebu
Hasil uji Duncan kadar air briket ampas tebu
Analisis varian uji kadar abu briket ampas tebu
Hasil uji Duncan kadar abu briket ampas tebu
Analisis varian zat terbang briket ampas tebu
Hasil uji Duncan zat terbang briket ampas tebu
Analisis varian karbon terikat briket ampas tebu
28
28
30
30
31
31
31
31
31
xi
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hasil uji Duncan karbon terikat briket ampas tebu
Analisis varian nilai kalor briket ampas tebu
Perbandingan uji kadar air biopelet
Analisis varian RSM kadar air biopelet daun tebu
Analisis varian RSM kadar abu biopelet daun tebu
Analisis varian RSM nilai kalor biopelet daun tebu
Analisis varian RSM kuat tekan biopelet daun tebu
Neraca massa pembuatan biopelet daun tebu
Perhitugan energi pembuatan biopelet kondisi optimal
31
32
32
32
32
33
33
33
34
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan salah satu komoditi utama
Indonesia pada industri gula kristal. Seiring dengan peningkatan permintaan pasar,
produksi gula terus meningkat. Limbah yang dihasilkan pada proses pembuatan
gula dari tebu berupa ampas tebu (bagasse) dan daun tebu. Ampas tebu adalah
salah satu limbah tanaman tebu yang dihasilkan dari proses penggilingan tebu
untuk memperoleh nira. Pabrik gula memanfaatkan ampas tebu sebagai bahan
bakar boiler untuk penghasil steam. Penggunaan ampas tebu sebagai bahan bakar
steam kurang optimal karena pada kenyataannya ampas tebu yang dihasilkan tidak
digunakan semua sebagai bahan bakar boiler melainkan dicampur dengan kayu
untuk menghasilkan kalor yang lebih besar. Pada tahun 2011 dan 2012 Pabrik
gula Subang dapat menghasilkan ampas tebu berturut-turut sebesar 11279.4 ton
(22.64 ton/ha) dan 10736.4 ton (21.08 ton/ha) atau kurang lebih 30% dari
produksi tebu.
Limbah lain yang dihasilkan tanaman tebu yaitu pucuk dan daun tebu.
Limbah daun tebu yang dihasilkan dari proses pemanenan belum dimanfaatkan
dengan optimal. Daun tebu yang dihasilkan hanya didiamkan dan dibakar setelah
proses pemanenan, selain itu proses pembakaran limbah daun dapat menimbulkan
polusi udara. Berdasarkan data pabrik, produksi tebu pada tahun 2011 dan 2012
berturut-turut sebesar 343693.76 ton dan 325897.41 ton (Lampiran 1). Daun tebu
yang dihasillkan kurang lebih 5% dari total produksi tebu atau sebesar 3.44 ton/ha
dan 3.20 ton/ha untuk tahun 2011 dan 2012. Berdasarkan ketersediaan limbah
pabrik gula, kedua limbah tersebut berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan
bakar alternatif di Indonesia. Limbah ampas tebu dan daun tebu sebenarnya dapat
langsung digunakan sebagai bahan bakar di pabrik namun memiliki kelemahan
berupa energi yang rendah dan permasalahan penanganan, penyimpanan serta
transportasi (Saptoadi 2006).
Limbah tebu yang dihasilkan dapat diubah dan diolah terlebih dahulu
menjadi produk berupa briket dan biopelet. Pembuatan produk briket dan biopelet
dari limbah tebu dapat menambah nilai kalor dari bahan baku itu sendiri (limbah
tebu). Nilai kalor merupakan salah satu parameter penentu kualitas dari produk
bahan bakar alternatif, semakin tinggi nilai kalor yang dihasilkan maka semakin
baik kualitas dari produk tersebut, begitu juga sebaliknya. Pada penelitian ini,
briket ampas tebu dan biopelet daun tebu telah dibuat dengan beberapa perlakuan
untuk mengetahui perlakuan terbaik sehingga diperoleh kualitas yang baik pada
briket dan biopelet.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menentukan konsentrasi perekat terbaik pada pembuatan briket ampas tebu
2. Menentukan suhu dan waktu pencetakan optimal pada pembuatan biopelet
daun tebu
2
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memberi solusi pemanfaatan limbah tebu
sebagai energi terbarukan untuk diaplikasikan di pabrik gula dan masyarakat.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah formulasi bahan baku briket dan
biopelet dan uji fisik dan kimia produk briket dan biopelet.
METODOLOGI
Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan briket yaitu ampas tebu,
perekat tapioka dan air, sedangkan bahan pembuatan biopelet terdiri dari daun dan
pucuk tanaman tebu. Bahan limbah tebu diperoleh dari PT PG Rajawali II Unit
PG Subang.
Peralatan yang digunakan pada pembuatan briket dan biopelet terdiri dari
wadah, alat pencetak briket, oven, pengaduk, hammer mill, bomb calorimeter,
tungku, pelet mill, crusher, tanur, timbangan dan saringan 60 mesh.
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juli 2014 sampai November 2014.
Proses pembuatan briket dan biopelet dilakukan di Balai Besar Litbang Kehutanan,
Gunung Batu, Bogor dengan bahan baku yang berasal dari limbah tanaman tebu
PG Subang.
Metode Penelitian
Karakterisasi Bahan Baku
Karakterisasi fisik dan kimia dilakukan terhadap ampas tebu dan daun tebu.
Karakterisasi bahan meliputi pengujian kadar air, kadar abu, zat terbang, karbon
terikat dan kalor yang dihasilkan. Prosedur uji fisik dan kimia bahan baku tersaji
pada Lampiran 2.
Proses pembuatan briket dan biopelet
Metode penelitian diawali dengan proses pembuatan briket dan biopelet.
Proses pembuatan briket dari ampas tebu dapat dilihat pada Gambar 1.
3
Ampas tebu (300 g)
Pencampuran
Pencetakan
(d=7-8 cm; t=5-6 cm)
Tapioka (5,
10 dan 15%)
Pemanasan
Air 1 liter
Pengeringan
(T=105oC; t=24 jam)
Briket (10 buah)
Uji kalor dan uji
karakteristik
produk
Gambar 1 Diagram alir proses pembuatan briket ampas tebu
Proses pembuatan briket dilakukan dengan perlakuan taraf perekat untuk
mendapatkan perlakuan terbaik dari briket tersebut (5%, 10% dan 15%). Bahan
briket ampas tebu yang digunakan sejumlah 300 g. Selanjutnya briket yang telah
dikeringkan diuji karakteristiknya. Metode pengujian tersebut disajikan pada
Lampiran 2.
4
Daun Tebu
Pengeringan
(sinar matahari)
Penggilingan
(60 mesh)
Daun Tebu 60 mesh (200 g)
Pengempaan
(T= 130-270 oC; t= 8-22 menit)
Penyimpanan (7 Hari)
Biopelet (d=0.81.1cm; t=1.1-1.5 cm)
Uji kalor dan uji
karakteristik
produk
Gambar 2 Diagram alir proses pembuatan biopelet daun tebu
Proses pembuatan biopelet (Gambar 2) dilakukan dengan perlakuan suhu
dan waktu pengempaan yang berbeda untuk mendapatkan kondisi optimal dari
biopelet tersebut. Untuk setiap perlakuan digunakan bahan 200 g daun tebu giling
(60 mesh). Biopelet yang telah dicetak selanjutnya diuji karakteristiknya. Prosedur
pengujian biopelet disajikan pada Lampiran 2.
Karakterisasi Briket dan Biopelet
Karakterisasi fisik dan kimia dilakukan terhadap briket ampas tebu dan
biopelet daun tebu. Karakterisasi briket meliputi pengujian kadar air, kadar abu,
zat terbang, karbon terikat dan kalor yang dihasilkan, sedangkan pengujian
biopelet meliputi kadar air, kadar abu, nilai kalor dan nilai kuat tekan. Pengujian
karakteristik briket dan biopelet mengacu pada standar biopelet negara eropa
karena belum ada SNI yang menjelaskan standar biopelet dan briket tanpa
pengarangan. Prosedur uji fisik dan kimia bahan baku tersaji pada Lampiran 2.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan yang digunakan pada briket adalah rancangan acak
lengkap (RAL). Penggunaan rancangan acak lengkap bertujuan untuk menentukan
perlakuan perekat terbaik pada pembuatan briket ampas tebu. Pembuatan briket
ampas tebu menggunakan satu faktor yaitu faktor perekat dengan taraf konsentrasi
5
5%, 10% dan 15% dengan dua kali ulangan. Pengolahan data menggunakan uji
univariate dari program statistik SPSS 10.0.
Menurut Ispriyanti (2007), model yang tepat untuk digunakan pada desain
ini adalah :
Keterangan :
µ
αi
ɛij
= rataan umum
= pengaruh konsentrasi perekat pada level ke-i
= pengaruh acak perlakuan konsentrasi perekat ke-i dan ulangan ke-j
Untuk rancangan percobaan dari biopelet menggunakan metode RSM
(Response Surface Methodology) (Myers dan Montgomery 2002). Penggunaan
metode RSM bertujuan untuk menentukan kondisi optimum pembuatan biopelet
daun tebu dengan perlakuan suhu dan waktu pengempaan. Rancangan percobaan
yang digunakan pada penelitian ini adalah Central Composite Design (CCD)
dengan dua faktor yaitu X1 (suhu pengempaan= 130, 150, 200, 250 dan 270 oC)
dan X2 (waktu pengempaan= 8, 10, 15, 20 dan 22 menit) (Tabel 1).
Tabel 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
Faktor
Kode
Taraf
-√2
-1
0
1
√2
Suhu pengempaan
X1
130
150
200
250
270
(oC)
Waktu pengempaan
X2
8
10
15
20
22
(menit)
Run
no.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Tabel 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon
X1
X2
Y
o
(menit)
( C)
-√2
0
Y1
-1
-1
Y2
-1
1
Y3
0
-√2
Y4
0
0
Y5
0
0
Y6
0
0
Y7
0
0
Y8
0
0
Y9
0
√2
Y10
1
-1
Y11
1
1
Y12
√2
0
Y13
Variabel-variabel kondisi proses yang diuji adalah suhu dan waktu
pengempaan. Data-data hasil penelitian selanjutnya diolah dengan analisis regresi
menggunakan software Design Expert 7.0.0 yang menghasilkan persamaan
polinomial serta kontur hubungan antara variabel-variabel dengan respon.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Bahan Baku
Ampas dan daun tebu merupakan hasil samping dari proses pembuatan gula.
Ampas tebu yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk
kebutuhan proses produksi, sedangkan daun tebu yang dihasilkan tidak diproses
atau digunakan sebagai kebutuhan produksi melainkan dibakar untuk
mempermudah pembersihan lahan tanam. Hasil penelitian memperoleh rata-rata
potensi ketersediaan ampas tebu pada PG Subang adalah 32.88% dari total
tanaman tebu yang dipanen atau 22.64 dan 21.08 ton/ha untuk musim giling 2011
dan 2012. Dengan luas lahan 4981.069 dan 5092.147 ha, maka total potensi
ampas tebu adalah 112793.8 dan 107363.8 ton/tahun pada tahun 2011 dan 2012.
Untuk potensi daun tebu yang dihasilkan, rata-rata ketersediaan daun tebu pada
PG Subang adalah 5% dari total tanaman tebu yang dipanen atau 3.44 dan 3.20
ton/ha untuk musim giling 2011 dan 2012. Potensi daun tebu yang dihasilkan
mencapai 17184.69 dan 16294.87 ton/tahun pada musim giling tahun 2011 dan
2012. Berdasarkan ketersediaannya, limbah tebu berpotensi digunakan sebagai
bahan bakar alternatif dengan melalui proses pengolahan lebih lanjut untuk
peningkatan kualitas dari limbah tebu.
Untuk mengetahui kualitas dari ampas dan daun tebu dilakukan uji sifat
fisik kimia dari kedua limbah tesebut. Pengujian sifat fisik dan kimia dari ampas
tebu dan daun tebu disajikan pada pada Tabel 2. Pengujian ampas tebu dan daun
tebu dilakukan sebagai parameter untuk mengetahui peningkatan kualitas dari
limbah yang diolah menjadi bahan bakar alternatif.
No.
1
2
3
4
5
Tabel 2 Hasil uji fisik kimia ampas tebu dan daun tebu
Parameter
Satuan
Ampas Tebu
Daun Tebu
Kadar Air
% (bk)
12.96 ± 0.01
9.81 ± 0.02
Kadar Abu
% (bk)
2.55 ± 0.03
1.95 ± 0.02
Zat Terbang
% (bk)
76.17 ± 0.02
71.54 ± 0.07
Karbon Terikat
% (bk)
21.28 ± 0.02
26.51 ± 0.07
Nilai Kalor
kkal/kg
3343 ± 0.01
3281 ± 0.01
Pengujian sifat fisik dan kimia meliputi pengujian kadar air, kadar abu, zat
terbang, karbon terikat dan nilai kalor. Kualitas bahan ampas dan daun tebu
ditentukan oleh kadar air yang terkandung di dalam bahan baku. Kadar air yang
terkandung dalam ampas tebu dan daun tebu sebesar 12.96% dan 9.81%.
Tingginya kadar air pada ampas tebu dan daun tebu dapat menurunkan nilai kalor
yang dihasilkan. Untuk pembuatan briket dan biopelet diharapkan memperoleh
nilai kadar air yang lebih rendah dibandingkan dengan kadar air bahan baku yang
digunakan.
Zat menguap atau zat terbang yang dihasilkan sebesar 76.17% untuk ampas
tebu dan 71.54% untuk daun tebu. Nilai zat terbang mempengaruhi kualitas dari
ampas tebu dan daun tebu. Kadar zat terbang juga dapat dipengaruhi oleh jenis
bahan baku yang digunakan. Zat terbang yang tinggi dipengaruhi oleh zat
7
ekstrakif, hemiselulosa, dan air yang mudah menguap saat pembakaran pada suhu
tinggi (Fuwape dan Akindele 1997). Semakin tinggi kadar zat ekstraktif dan kadar
air, maka kadar zat terbangnya akan semakin tinggi
Selain itu, kualitas bahan ampas tebu dan daun tebu juga ditentukan dari
kadar abu dan karbon yang dihasilkan oleh bahan. Kadar abu yang dihasilkan
ampas tebu sebesar 2.55% dan daun tebu sebesar 1.95%, sedangkan karbon terikat
yang dihasilkan sebesar 21.28% untuk ampas tebu dan 26.51% untuk daun tebu.
Kadar abu ditentukan oleh kandungan silika pada bahan baku yang digunakan.
Kandungan silika yang tinggi dapat menghasilkan kadar abu yang tinggi. Menurut
Masturin (2002), semakin tinggi kadar abu, kualitas bahan akan menurun karena
keberadaan abu dapat menurunkan nilai kalor yang dihasilkan. Untuk nilai
karbon terikat yang dihasilkan dari kedua bahan, semakin tinggi karbon yang
dihasilkan maka kualitas dari bahan semakin baik, hal ini dikarenakan asap yang
dihasilkan untuk pembakaran ampas tebu akan semakin sedikit.
Nilai kalor merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas suatu
bahan bakar. Ampas tebu dan daun tebu memiliki nilai kalor sebesar 3343 kkal/kg
dan 3281 kkal/kg. Nilai kalor tersebut lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai
kalor briket limbah biomassa stem tembakau yang berkisar antara 2789-2969
kkal/kg (Nugrahaeni 2008), akan tetapi nilai kalor ampas tebu dan daun tebu
belum bisa mencapai standar nilai kalor untuk biomassa yang ditetapkan oleh
Amerika, Jerman, Austria dan Prancis dengan nilai kalor 4752 kkal/kg, 4680
kal/kg, 4320 kkal/kg dan 4056 kkal/kg (Hahn 2004). Hasil dari pengujian sifat
karakteristik bahan yang digunakan dapat dibandingkan dengan pengujian sifat
karakteristik produk untuk membandingkan peningkatan kualitas mutu dari bahan
yang digunakan.
Briket Ampas Tebu
Briket adalah produk bahan bakar alternatif yang dibuat dari biomassa
pertanian. Pada umumnya briket merupakan bahan bakar alternatif yang
menggunakan bahan baku yang telah diarangkan. Pembuatan briket diawali
dengan proses densifikasi. Densifikasi merupakan salah satu cara untuk
memperbaiki sifat fisik dari suatu bahan. Proses densifikasi bertujuan untuk
mempermudah penggunaan dan pemanfaatannya, sehingga dapat meningkatkan
efisiensi bahan yang digunakan (Abdullah et al. 1998). Proses densifikasi
dilakukan pada bahan yang berbentuk curah dan tidak memiliki bentuk yang
beraturan. Densifikasi dibagi menjadi tiga proses yaitu extruding, briquetting dan
pelleting. Pada penelitian ini, dilakukan proses densifikasi briquetting dan
pelleting.
Proses briquetting menghasilkan produk berbentuk seperti tabung dengan
ukuran diameter dan tinggi yang bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Pada
penelitian ini dihasilkan briket dengan diameter 7-8 cm dan tinggi 5-6 cm. Ampas
tebu merupakan hasil samping dari proses penggilingan gula tebu. Ampas tebu
disiapkan dan ditimbang sebanyak 300 gram tanpa proses pengecilan ukuran
(Gambar 1), kemudian dicampurkan dengan perekat hingga homogen. Perekat
briket menggunakan tapioka dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Konsentrasi
perekat yang digunakan adalah 5%, 10% dan 15%.
8
Pembuatan perekat tapioka dengan pemanasan tapioka yang dicampur
dengan air 1 liter. Penambahan perekat bertujuan untuk meningkatkan nilai
kerapatan dari briket dan memudahkan untuk proses pencetakkan. Dengan
menggunakan perekat, tekanan yang dibutuhkan akan jauh lebih kecil
dibandingkan dengan briket tanpa perekat (Boedjang 1973).
Setelah bahan baku tercampur dengan perekat, semua bahan dimasukkan ke
dalam alat kempa manual dengan cetakan briket berbentuk tabung. Berikut ini
gambar bahan ampas tebu dan alat pengempa yang digunakan dalam pembuatan
briket disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3 Ampas tebu (kiri), pengempa briket dan briket ampas tebu
Briket yang telah dicetak kemudian dikeringkan dengan menggunakan oven
bersuhu 105oC selama 24 jam. Briket yang telah dicetak masih mengandung air
yang cukup tinggi. Kandungan air berasal dari perekat yang digunakan. Tujuan
dari pengeringan adalah menurunkan kadar air dalam briket sehingga dapat
meningkatkan kualitas briket tersebut.
Briket yang telah dicetak kemudian dikarakterisasi dan dibandingkan
dengan standar bahan bakar alternatif (biopelet) negara eropa. Standar biopelet
negara eropa merupakan standar biopelet yang memanfaatkan hasil hutan sebagai
bahan baku dan tanpa proses pengarangan. Perbandingan parameter briket tidak
mengacu pada SNI 01-6235-2000 karena bahan yang digunakan tidak melalui
proses pengarangan. SNI 01-6235-2000 menjelaskan standar mutu briket arang
kayu. Berikut disajikan standar biopelet dari negara eropa pada Tabel 3 dan Tabel
4.
Tabel 3 Standar biopelet beberapa negara
Parameter Unit
Austria(a)
Jerman(a)
Amerika(b) Prancis(c)
Kadar air
%
BIOPELET
NIRWAN HARTADI
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Limbah
Tebu Menjadi Briket dan Biopelet 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, 2015
Nirwan Hartadi
NIM F34100126
ii
ABSTRAK
NIRWAN HARTADI. Pemanfaatan Limbah Tebu Menjadi Briket dan Biopelet.
Dibimbing oleh MOHAMAD YANI dan GUSTAN PARI.
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan salah satu komoditi utama
Indonesia yang memberikan manfaat bagi kehidupan. Ampas dan daun tebu
merupakan limbah utama dari pabrik gula. Kedua limbah tersebut belum
dimanfaatkan secara optimal. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan briket dari
ampas tebu dan biopelet dari daun tebu. Penelitian ini bertujuan untuk
menentukan konsentrasi perekat terbaik pada pembuatan briket dan kondisi
pengempaan optimal pada pembuatan biopelet. Pembuatan briket dilakukan
dengan penambahan perekat tapioka dengan konsentrasi perekat 5, 10 dan 15%.
Pembuatan biopelet menggunakan perlakuan suhu dan waktu pengempaan dengan
suhu pengempaan 130 - 270oC dan waktu pengempaan 8 - 22 menit. Perlakuan
briket terbaik diperoleh pada konsentrasi perekat 5% dengan nilai kadar air
sebesar 3.87%, kadar abu 3.35%, zat terbang 76.35%, karbon terikat 20.29 dan
nilai kalor 4155 kkal/kg. Pada pembuatan biopelet daun tebu diperoleh kondisi
optimal yaitu perlakuan suhu pengempaan sebesar 250oC selama 20 menit.
Pengempaan dengan kondisi tersebut menghasilkan kadar air 3.41%, kadar abu
12.19%, kuat tekan 119.22 kgf/cm2 dan kalor 4490 kkal/kg.
Kata Kunci : biopelet, briket, bioenergi, limbah tebu, bagasse
ABSTRACT
NIRWAN HARTADI. The Utilization of Sugarcane Waste for Briquette and
Biopellet Processing. Supervised by MOHAMAD YANI and GUSTAN PARI
Sugarcane (Saccharum officinarum) is one of Indonesia's main
commodities that provide benefits for life. Sugarcane bagasse and leaves are
major waste of sugar mills. Both of waste have not been optimally used. This
research conduct a briquette procesing used bagasse and biopellet processing used
sugarcane leaves. The aims of this study was to determine concentration of
adhesive of briquette and to optimize biopellet process at compression
temperature and time. Briquette was made by the addition of tapioca adhesive
with concentration of 5, 10 and 15%. Biopellet made used compression
temperature and compression time with compression temperature were varied
iii
from 130 - 270oC and compression time consisted of 8 - 22 minutes. The best
briquettes treatment obtained at a concentration of 5% adhesive, with value of
3.87% moisture content, 3.35% ash content, 76.35% volatile matter, 20.29 fixed
carbon and heat level 4155 kcal/kg. Sugarcane leaves biopellet has optimal at
compression temperature of 250oC for 20 minutes. Compression with these
conditions produced moisture content of 3.41%, ash content of 12.19%,
compressive strength of 119.22 kgf/cm2 and heat level of 4490 kcal/kg.
Key Word : biopellet, briquette, bioenergy, sugarcane waste, bagasse
iv
v
PEMANFAATAN LIMBAH TEBU MENJADI BRIKET DAN
BIOPELET
NIRWAN HARTADI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
vi
vii
viii
PRAKATA
Rasa syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
rahmat, hidayah dan inayah-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Penelitian mengenai pemanfaatan limbah tebu ini dilaksanakan mulai bulan Juli
2014 sampai November 2014 dengan judul Pemanfaatan Limbah Tebu Menjadi
Briket dan Biopelet.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada
1. Dr. Ir. Mohamad Yani, M.Eng dan Prof. (R). Gustan Pari, M.Si selaku
dosen pembimbing yang telah memberikan arahan kepada penulis dalam
penyelesaian penelitian ini.
2. Bapak Machfudin dan Bapak Atin selaku kepala laboratorium kimia
Pusat Penelitian dan Pengembangan Kehutanan dan Laboran Fakultas
Kehutanan Institut Pertanian Bogor yang telah membantu dan
membimbing selama penelitian.
3. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayahanda Teteng
Ruhyadi, Ibunda Tiominar, Dina Berina, Netya Marsheli serta seluruh
keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
4. Devi Umi P, Ratna Sucitra, Wibisono A, Sugiyono, Hafidzar Rohim,
Ahmad Hidayat, Ryan Akbar , Hernanda Wisnu, M Wahyu dan M. Adhi
yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian.
5. Keluarga besar TIN 47 seperjuangan serta Bastiyan dan Tri Wahyuni
rekan bimbingan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat untuk penulis dan pembaca.
Bogor, 2015
Nirwan Hartadi
ix
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODOLOGI
2
Alat dan Bahan
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Metode Penelitian
2
Karakterisasi Bahan Baku
2
Proses pembuatan briket dan biopelet
2
Karakterisasi Briket dan Biopelet
4
Rancangan Percobaan
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Krakteristik Bahan Baku
6
Briket Ampas Tebu
7
Biopelet Daun Tebu
13
Optimasi Respon Permukaan
23
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
26
DAFTAR PUSTAKA
26
LAMPIRAN
28
RIWAYAT HIDUP
34
x
DAFTAR TABEL
1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
2 Hasil uji fisik kimia ampas tebu dan daun tebu
3 Standar biopelet beberapa negara
4 Standar kalor biopelet beberapa negara
5 Perbandingan nilai kalor briket
6 Uji fisik dan kimia biopelet daun tebu
7 Nilai parameter optimasi untuk respon kadar air
8 Nilai parameter optimasi untuk respon kadar abu
9 Nilai parameter optimasi untuk respon nilai kalor
10 Nilai parameter optimasi untuk respon kuat tekan
11 Uraian variabel dan respon yang akan dioptimasi
12 Solusi optimasi hasil analisis Design Expert 7.0.0
13 Perbandingan nilai respon prediksi solusi optimasi dengan nilai aktual
14 Perbandingan nilai kalor biopelet
5
6
8
9
12
13
14
16
19
21
23
24
24
24
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Diagram alir proses pembuatan briket ampas tebu
3
Diagram alir proses pembuatan biopelet daun tebu
4
Ampas tebu (kiri), pengempa briket dan briket ampas tebu
8
Karakterisasi briket ampas tebu kadar air (a), kadar abu (b), zat terbang (c) dan
karbon terikat (d)
9
Nilai kalor briket ampas tebu
12
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kadar air biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
15
Kontur (a) dan 3D repon (b) permukaan nilai kadar abu biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
17
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kalor biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
20
Kontur (a) dan 3D respon (b) permukaan nilai kuat tekan biopelet daun tebu
perlakuan suhu dan waktu pengempaan
22
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Data produksi tebu tahun 2008-2012 PG Subang
Prosedur uji sifat fisik dan kimia
Analisis varian kadar air briket ampas tebu
Hasil uji Duncan kadar air briket ampas tebu
Analisis varian uji kadar abu briket ampas tebu
Hasil uji Duncan kadar abu briket ampas tebu
Analisis varian zat terbang briket ampas tebu
Hasil uji Duncan zat terbang briket ampas tebu
Analisis varian karbon terikat briket ampas tebu
28
28
30
30
31
31
31
31
31
xi
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hasil uji Duncan karbon terikat briket ampas tebu
Analisis varian nilai kalor briket ampas tebu
Perbandingan uji kadar air biopelet
Analisis varian RSM kadar air biopelet daun tebu
Analisis varian RSM kadar abu biopelet daun tebu
Analisis varian RSM nilai kalor biopelet daun tebu
Analisis varian RSM kuat tekan biopelet daun tebu
Neraca massa pembuatan biopelet daun tebu
Perhitugan energi pembuatan biopelet kondisi optimal
31
32
32
32
32
33
33
33
34
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tebu (Saccharum officinarum) merupakan salah satu komoditi utama
Indonesia pada industri gula kristal. Seiring dengan peningkatan permintaan pasar,
produksi gula terus meningkat. Limbah yang dihasilkan pada proses pembuatan
gula dari tebu berupa ampas tebu (bagasse) dan daun tebu. Ampas tebu adalah
salah satu limbah tanaman tebu yang dihasilkan dari proses penggilingan tebu
untuk memperoleh nira. Pabrik gula memanfaatkan ampas tebu sebagai bahan
bakar boiler untuk penghasil steam. Penggunaan ampas tebu sebagai bahan bakar
steam kurang optimal karena pada kenyataannya ampas tebu yang dihasilkan tidak
digunakan semua sebagai bahan bakar boiler melainkan dicampur dengan kayu
untuk menghasilkan kalor yang lebih besar. Pada tahun 2011 dan 2012 Pabrik
gula Subang dapat menghasilkan ampas tebu berturut-turut sebesar 11279.4 ton
(22.64 ton/ha) dan 10736.4 ton (21.08 ton/ha) atau kurang lebih 30% dari
produksi tebu.
Limbah lain yang dihasilkan tanaman tebu yaitu pucuk dan daun tebu.
Limbah daun tebu yang dihasilkan dari proses pemanenan belum dimanfaatkan
dengan optimal. Daun tebu yang dihasilkan hanya didiamkan dan dibakar setelah
proses pemanenan, selain itu proses pembakaran limbah daun dapat menimbulkan
polusi udara. Berdasarkan data pabrik, produksi tebu pada tahun 2011 dan 2012
berturut-turut sebesar 343693.76 ton dan 325897.41 ton (Lampiran 1). Daun tebu
yang dihasillkan kurang lebih 5% dari total produksi tebu atau sebesar 3.44 ton/ha
dan 3.20 ton/ha untuk tahun 2011 dan 2012. Berdasarkan ketersediaan limbah
pabrik gula, kedua limbah tersebut berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan
bakar alternatif di Indonesia. Limbah ampas tebu dan daun tebu sebenarnya dapat
langsung digunakan sebagai bahan bakar di pabrik namun memiliki kelemahan
berupa energi yang rendah dan permasalahan penanganan, penyimpanan serta
transportasi (Saptoadi 2006).
Limbah tebu yang dihasilkan dapat diubah dan diolah terlebih dahulu
menjadi produk berupa briket dan biopelet. Pembuatan produk briket dan biopelet
dari limbah tebu dapat menambah nilai kalor dari bahan baku itu sendiri (limbah
tebu). Nilai kalor merupakan salah satu parameter penentu kualitas dari produk
bahan bakar alternatif, semakin tinggi nilai kalor yang dihasilkan maka semakin
baik kualitas dari produk tersebut, begitu juga sebaliknya. Pada penelitian ini,
briket ampas tebu dan biopelet daun tebu telah dibuat dengan beberapa perlakuan
untuk mengetahui perlakuan terbaik sehingga diperoleh kualitas yang baik pada
briket dan biopelet.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menentukan konsentrasi perekat terbaik pada pembuatan briket ampas tebu
2. Menentukan suhu dan waktu pencetakan optimal pada pembuatan biopelet
daun tebu
2
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah memberi solusi pemanfaatan limbah tebu
sebagai energi terbarukan untuk diaplikasikan di pabrik gula dan masyarakat.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah formulasi bahan baku briket dan
biopelet dan uji fisik dan kimia produk briket dan biopelet.
METODOLOGI
Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan briket yaitu ampas tebu,
perekat tapioka dan air, sedangkan bahan pembuatan biopelet terdiri dari daun dan
pucuk tanaman tebu. Bahan limbah tebu diperoleh dari PT PG Rajawali II Unit
PG Subang.
Peralatan yang digunakan pada pembuatan briket dan biopelet terdiri dari
wadah, alat pencetak briket, oven, pengaduk, hammer mill, bomb calorimeter,
tungku, pelet mill, crusher, tanur, timbangan dan saringan 60 mesh.
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juli 2014 sampai November 2014.
Proses pembuatan briket dan biopelet dilakukan di Balai Besar Litbang Kehutanan,
Gunung Batu, Bogor dengan bahan baku yang berasal dari limbah tanaman tebu
PG Subang.
Metode Penelitian
Karakterisasi Bahan Baku
Karakterisasi fisik dan kimia dilakukan terhadap ampas tebu dan daun tebu.
Karakterisasi bahan meliputi pengujian kadar air, kadar abu, zat terbang, karbon
terikat dan kalor yang dihasilkan. Prosedur uji fisik dan kimia bahan baku tersaji
pada Lampiran 2.
Proses pembuatan briket dan biopelet
Metode penelitian diawali dengan proses pembuatan briket dan biopelet.
Proses pembuatan briket dari ampas tebu dapat dilihat pada Gambar 1.
3
Ampas tebu (300 g)
Pencampuran
Pencetakan
(d=7-8 cm; t=5-6 cm)
Tapioka (5,
10 dan 15%)
Pemanasan
Air 1 liter
Pengeringan
(T=105oC; t=24 jam)
Briket (10 buah)
Uji kalor dan uji
karakteristik
produk
Gambar 1 Diagram alir proses pembuatan briket ampas tebu
Proses pembuatan briket dilakukan dengan perlakuan taraf perekat untuk
mendapatkan perlakuan terbaik dari briket tersebut (5%, 10% dan 15%). Bahan
briket ampas tebu yang digunakan sejumlah 300 g. Selanjutnya briket yang telah
dikeringkan diuji karakteristiknya. Metode pengujian tersebut disajikan pada
Lampiran 2.
4
Daun Tebu
Pengeringan
(sinar matahari)
Penggilingan
(60 mesh)
Daun Tebu 60 mesh (200 g)
Pengempaan
(T= 130-270 oC; t= 8-22 menit)
Penyimpanan (7 Hari)
Biopelet (d=0.81.1cm; t=1.1-1.5 cm)
Uji kalor dan uji
karakteristik
produk
Gambar 2 Diagram alir proses pembuatan biopelet daun tebu
Proses pembuatan biopelet (Gambar 2) dilakukan dengan perlakuan suhu
dan waktu pengempaan yang berbeda untuk mendapatkan kondisi optimal dari
biopelet tersebut. Untuk setiap perlakuan digunakan bahan 200 g daun tebu giling
(60 mesh). Biopelet yang telah dicetak selanjutnya diuji karakteristiknya. Prosedur
pengujian biopelet disajikan pada Lampiran 2.
Karakterisasi Briket dan Biopelet
Karakterisasi fisik dan kimia dilakukan terhadap briket ampas tebu dan
biopelet daun tebu. Karakterisasi briket meliputi pengujian kadar air, kadar abu,
zat terbang, karbon terikat dan kalor yang dihasilkan, sedangkan pengujian
biopelet meliputi kadar air, kadar abu, nilai kalor dan nilai kuat tekan. Pengujian
karakteristik briket dan biopelet mengacu pada standar biopelet negara eropa
karena belum ada SNI yang menjelaskan standar biopelet dan briket tanpa
pengarangan. Prosedur uji fisik dan kimia bahan baku tersaji pada Lampiran 2.
Rancangan Percobaan
Rancangan percobaan yang digunakan pada briket adalah rancangan acak
lengkap (RAL). Penggunaan rancangan acak lengkap bertujuan untuk menentukan
perlakuan perekat terbaik pada pembuatan briket ampas tebu. Pembuatan briket
ampas tebu menggunakan satu faktor yaitu faktor perekat dengan taraf konsentrasi
5
5%, 10% dan 15% dengan dua kali ulangan. Pengolahan data menggunakan uji
univariate dari program statistik SPSS 10.0.
Menurut Ispriyanti (2007), model yang tepat untuk digunakan pada desain
ini adalah :
Keterangan :
µ
αi
ɛij
= rataan umum
= pengaruh konsentrasi perekat pada level ke-i
= pengaruh acak perlakuan konsentrasi perekat ke-i dan ulangan ke-j
Untuk rancangan percobaan dari biopelet menggunakan metode RSM
(Response Surface Methodology) (Myers dan Montgomery 2002). Penggunaan
metode RSM bertujuan untuk menentukan kondisi optimum pembuatan biopelet
daun tebu dengan perlakuan suhu dan waktu pengempaan. Rancangan percobaan
yang digunakan pada penelitian ini adalah Central Composite Design (CCD)
dengan dua faktor yaitu X1 (suhu pengempaan= 130, 150, 200, 250 dan 270 oC)
dan X2 (waktu pengempaan= 8, 10, 15, 20 dan 22 menit) (Tabel 1).
Tabel 1 Rancangan desain rentang dan level variabel bebas
Faktor
Kode
Taraf
-√2
-1
0
1
√2
Suhu pengempaan
X1
130
150
200
250
270
(oC)
Waktu pengempaan
X2
8
10
15
20
22
(menit)
Run
no.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Tabel 2 Desain matriks percobaan dan hasil respon
X1
X2
Y
o
(menit)
( C)
-√2
0
Y1
-1
-1
Y2
-1
1
Y3
0
-√2
Y4
0
0
Y5
0
0
Y6
0
0
Y7
0
0
Y8
0
0
Y9
0
√2
Y10
1
-1
Y11
1
1
Y12
√2
0
Y13
Variabel-variabel kondisi proses yang diuji adalah suhu dan waktu
pengempaan. Data-data hasil penelitian selanjutnya diolah dengan analisis regresi
menggunakan software Design Expert 7.0.0 yang menghasilkan persamaan
polinomial serta kontur hubungan antara variabel-variabel dengan respon.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Bahan Baku
Ampas dan daun tebu merupakan hasil samping dari proses pembuatan gula.
Ampas tebu yang dihasilkan digunakan sebagai bahan bakar boiler untuk
kebutuhan proses produksi, sedangkan daun tebu yang dihasilkan tidak diproses
atau digunakan sebagai kebutuhan produksi melainkan dibakar untuk
mempermudah pembersihan lahan tanam. Hasil penelitian memperoleh rata-rata
potensi ketersediaan ampas tebu pada PG Subang adalah 32.88% dari total
tanaman tebu yang dipanen atau 22.64 dan 21.08 ton/ha untuk musim giling 2011
dan 2012. Dengan luas lahan 4981.069 dan 5092.147 ha, maka total potensi
ampas tebu adalah 112793.8 dan 107363.8 ton/tahun pada tahun 2011 dan 2012.
Untuk potensi daun tebu yang dihasilkan, rata-rata ketersediaan daun tebu pada
PG Subang adalah 5% dari total tanaman tebu yang dipanen atau 3.44 dan 3.20
ton/ha untuk musim giling 2011 dan 2012. Potensi daun tebu yang dihasilkan
mencapai 17184.69 dan 16294.87 ton/tahun pada musim giling tahun 2011 dan
2012. Berdasarkan ketersediaannya, limbah tebu berpotensi digunakan sebagai
bahan bakar alternatif dengan melalui proses pengolahan lebih lanjut untuk
peningkatan kualitas dari limbah tebu.
Untuk mengetahui kualitas dari ampas dan daun tebu dilakukan uji sifat
fisik kimia dari kedua limbah tesebut. Pengujian sifat fisik dan kimia dari ampas
tebu dan daun tebu disajikan pada pada Tabel 2. Pengujian ampas tebu dan daun
tebu dilakukan sebagai parameter untuk mengetahui peningkatan kualitas dari
limbah yang diolah menjadi bahan bakar alternatif.
No.
1
2
3
4
5
Tabel 2 Hasil uji fisik kimia ampas tebu dan daun tebu
Parameter
Satuan
Ampas Tebu
Daun Tebu
Kadar Air
% (bk)
12.96 ± 0.01
9.81 ± 0.02
Kadar Abu
% (bk)
2.55 ± 0.03
1.95 ± 0.02
Zat Terbang
% (bk)
76.17 ± 0.02
71.54 ± 0.07
Karbon Terikat
% (bk)
21.28 ± 0.02
26.51 ± 0.07
Nilai Kalor
kkal/kg
3343 ± 0.01
3281 ± 0.01
Pengujian sifat fisik dan kimia meliputi pengujian kadar air, kadar abu, zat
terbang, karbon terikat dan nilai kalor. Kualitas bahan ampas dan daun tebu
ditentukan oleh kadar air yang terkandung di dalam bahan baku. Kadar air yang
terkandung dalam ampas tebu dan daun tebu sebesar 12.96% dan 9.81%.
Tingginya kadar air pada ampas tebu dan daun tebu dapat menurunkan nilai kalor
yang dihasilkan. Untuk pembuatan briket dan biopelet diharapkan memperoleh
nilai kadar air yang lebih rendah dibandingkan dengan kadar air bahan baku yang
digunakan.
Zat menguap atau zat terbang yang dihasilkan sebesar 76.17% untuk ampas
tebu dan 71.54% untuk daun tebu. Nilai zat terbang mempengaruhi kualitas dari
ampas tebu dan daun tebu. Kadar zat terbang juga dapat dipengaruhi oleh jenis
bahan baku yang digunakan. Zat terbang yang tinggi dipengaruhi oleh zat
7
ekstrakif, hemiselulosa, dan air yang mudah menguap saat pembakaran pada suhu
tinggi (Fuwape dan Akindele 1997). Semakin tinggi kadar zat ekstraktif dan kadar
air, maka kadar zat terbangnya akan semakin tinggi
Selain itu, kualitas bahan ampas tebu dan daun tebu juga ditentukan dari
kadar abu dan karbon yang dihasilkan oleh bahan. Kadar abu yang dihasilkan
ampas tebu sebesar 2.55% dan daun tebu sebesar 1.95%, sedangkan karbon terikat
yang dihasilkan sebesar 21.28% untuk ampas tebu dan 26.51% untuk daun tebu.
Kadar abu ditentukan oleh kandungan silika pada bahan baku yang digunakan.
Kandungan silika yang tinggi dapat menghasilkan kadar abu yang tinggi. Menurut
Masturin (2002), semakin tinggi kadar abu, kualitas bahan akan menurun karena
keberadaan abu dapat menurunkan nilai kalor yang dihasilkan. Untuk nilai
karbon terikat yang dihasilkan dari kedua bahan, semakin tinggi karbon yang
dihasilkan maka kualitas dari bahan semakin baik, hal ini dikarenakan asap yang
dihasilkan untuk pembakaran ampas tebu akan semakin sedikit.
Nilai kalor merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas suatu
bahan bakar. Ampas tebu dan daun tebu memiliki nilai kalor sebesar 3343 kkal/kg
dan 3281 kkal/kg. Nilai kalor tersebut lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai
kalor briket limbah biomassa stem tembakau yang berkisar antara 2789-2969
kkal/kg (Nugrahaeni 2008), akan tetapi nilai kalor ampas tebu dan daun tebu
belum bisa mencapai standar nilai kalor untuk biomassa yang ditetapkan oleh
Amerika, Jerman, Austria dan Prancis dengan nilai kalor 4752 kkal/kg, 4680
kal/kg, 4320 kkal/kg dan 4056 kkal/kg (Hahn 2004). Hasil dari pengujian sifat
karakteristik bahan yang digunakan dapat dibandingkan dengan pengujian sifat
karakteristik produk untuk membandingkan peningkatan kualitas mutu dari bahan
yang digunakan.
Briket Ampas Tebu
Briket adalah produk bahan bakar alternatif yang dibuat dari biomassa
pertanian. Pada umumnya briket merupakan bahan bakar alternatif yang
menggunakan bahan baku yang telah diarangkan. Pembuatan briket diawali
dengan proses densifikasi. Densifikasi merupakan salah satu cara untuk
memperbaiki sifat fisik dari suatu bahan. Proses densifikasi bertujuan untuk
mempermudah penggunaan dan pemanfaatannya, sehingga dapat meningkatkan
efisiensi bahan yang digunakan (Abdullah et al. 1998). Proses densifikasi
dilakukan pada bahan yang berbentuk curah dan tidak memiliki bentuk yang
beraturan. Densifikasi dibagi menjadi tiga proses yaitu extruding, briquetting dan
pelleting. Pada penelitian ini, dilakukan proses densifikasi briquetting dan
pelleting.
Proses briquetting menghasilkan produk berbentuk seperti tabung dengan
ukuran diameter dan tinggi yang bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Pada
penelitian ini dihasilkan briket dengan diameter 7-8 cm dan tinggi 5-6 cm. Ampas
tebu merupakan hasil samping dari proses penggilingan gula tebu. Ampas tebu
disiapkan dan ditimbang sebanyak 300 gram tanpa proses pengecilan ukuran
(Gambar 1), kemudian dicampurkan dengan perekat hingga homogen. Perekat
briket menggunakan tapioka dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Konsentrasi
perekat yang digunakan adalah 5%, 10% dan 15%.
8
Pembuatan perekat tapioka dengan pemanasan tapioka yang dicampur
dengan air 1 liter. Penambahan perekat bertujuan untuk meningkatkan nilai
kerapatan dari briket dan memudahkan untuk proses pencetakkan. Dengan
menggunakan perekat, tekanan yang dibutuhkan akan jauh lebih kecil
dibandingkan dengan briket tanpa perekat (Boedjang 1973).
Setelah bahan baku tercampur dengan perekat, semua bahan dimasukkan ke
dalam alat kempa manual dengan cetakan briket berbentuk tabung. Berikut ini
gambar bahan ampas tebu dan alat pengempa yang digunakan dalam pembuatan
briket disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3 Ampas tebu (kiri), pengempa briket dan briket ampas tebu
Briket yang telah dicetak kemudian dikeringkan dengan menggunakan oven
bersuhu 105oC selama 24 jam. Briket yang telah dicetak masih mengandung air
yang cukup tinggi. Kandungan air berasal dari perekat yang digunakan. Tujuan
dari pengeringan adalah menurunkan kadar air dalam briket sehingga dapat
meningkatkan kualitas briket tersebut.
Briket yang telah dicetak kemudian dikarakterisasi dan dibandingkan
dengan standar bahan bakar alternatif (biopelet) negara eropa. Standar biopelet
negara eropa merupakan standar biopelet yang memanfaatkan hasil hutan sebagai
bahan baku dan tanpa proses pengarangan. Perbandingan parameter briket tidak
mengacu pada SNI 01-6235-2000 karena bahan yang digunakan tidak melalui
proses pengarangan. SNI 01-6235-2000 menjelaskan standar mutu briket arang
kayu. Berikut disajikan standar biopelet dari negara eropa pada Tabel 3 dan Tabel
4.
Tabel 3 Standar biopelet beberapa negara
Parameter Unit
Austria(a)
Jerman(a)
Amerika(b) Prancis(c)
Kadar air
%