Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan
BIOPELET CANGKANG DAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN
NOVI ARI CHRISTANTY
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Biopelet Cangkang dan
Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan
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, Agustus 2014
Novi Ari Christanty
NIM E24100051
ABSTRAK
NOVI ARI CHRISTANTY. Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa
Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan. Dibimbing oleh DEDE
HERMAWAN dan GUSTAN PARI.
Biopelet merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang terbarukan dari
bahan baku biomassa. Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit berukuran 80 mesh. Penambahan
tandan kosong kelapa sawit pada biopelet cangkang kelapa sawit ini adalah 0%,
25%, 50%, 75%, dan 100%. Pembuatan biopelet menggunakan alat kempa
hidrolik bertekanan 526.48 kg/cm2 pada suhu 200 0C selama 15 menit. Kualitas
biopelet dievaluasi dengan mengukur kerapatan, keteguhan tekan, uji proksimat
(kadar air, kadar zat terbang, kadar abu, dan kadar karbon terikat) dengan
menggunakan standar ASTM D 5142–02, dan nilai kalor. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa biopelet dengan penambahan tandan kosong kelapa sawit
25% paling baik untuk dijadikan bahan bakar alternatif karena memiliki nilai
kalor yang tinggi, sedangkan kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar air rendah.
Kata kunci: biopelet, cangkang kelapa sawit, tandan kosong kelapa sawit
ABSTRACT
NOVI ARI CHRISTANTY. Palm Shells and Empty Fruit Bunches Biopellet as an
Alternative Renewable Energy Resource. Supervised by DEDE HERMAWAN
and GUSTAN PARI
Biopellet is one of alternative renewable fuels from biomass feedstocks. In
this study, palm shells and empty fruit bunches with the size of 80 mesh were
used. Palm shells biopellet was added with empty fruit bunches with the following
composition 0%, 25%, 50%, 75%, and 100%. Biopellet was produced by using a
pressurized hydraulic clamp of 526.48 kg/cm2 at a temperature of 200 0C for 15
minutes. The biopellet quality was evaluated by measuring the density, maximum
crushing strength, proximate test (moisture content, volatile matter, ash content,
and fixed carbon) with the standard of ASTM D 5142-02, and calorific value. The
results showed that biopellet with the addition of 25% empty fruit bunches was
the best alternative fuel because it had high calorific value, but low in the ash
content, volatile matter, and moisture content.
Keywords: biopellet, palm shells, empty fruit bunches
BIOPELET CANGKANG DAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN
NOVI ARI CHRISTANTY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai
Sumber Energi Alternatif Terbarukan
Nama
: Novi Ari Christanty
NIM
: E24100051
Disetujui oleh
Dr Ir Dede Hermawan, MSc
Pembimbing I
Prof (R) Dr Gustan Pari, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Fauzi Febrianto, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta
menyusun karya ilmiah yang berjudul “Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong
Kelapa Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan”.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr Ir Dede Hermawan,
MSc dan Bapak Prof (R) Dr Gustan Pari, MSi selaku pembimbing yang telah
banyak memberikan saran. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
orangtua, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Serta
teman-teman Departemen Hasil Hutan angkatan 47, Aulia, Dea, Meta, Rara, dan
Yuyun yang telah membantu dan memberikan semangat selama penelitian.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kita dan dapat menambah
pengetahuan kita.
Bogor, Agustus 2014
Novi Ari Christanty
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Penelitian
3
Persiapan bahan
3
Pembuatan serbuk
3
Pencampuran cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
3
Pencetakan biopelet
3
Pengujian biopelet
3
Prosedur Analisis Data
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
6
Kerapatan
6
Keteguhan Tekan
7
Kadar Air
9
Kadar Zat Terbang
10
Kadar Abu
11
Kadar Karbon Terikat
13
Nilai Kalor
14
SIMPULAN DAN SARAN
16
Simpulan
16
Saran
16
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
19
RIWAYAT HIDUP
24
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Perbandingan standar mutu kerapatan biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu kadar abu biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu nilai kalor biopelet di beberapa negara
7
10
13
15
DAFTAR GAMBAR
1 Kerapatan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
2 Keteguhan tekan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
3 Kadar air biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
4 Kadar zat terbang biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
5 Kadar abu biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
6 Kadar karbon terikat biopelet cangkang kelapa sawit dengan
penambahan tandan kosong kelapa sawit
7 Nilai kalor biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
6
8
9
11
12
13
15
DAFTAR LAMPIRAN
1. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kerapatan biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
2. Analisis data sidik ragam dan uji duncan keteguhan tekan biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
3. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar air biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
4. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar zat terbang biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
5. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar abu biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
6. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar karbon terikat biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
19
19
20
21
22
23
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan bakar merupakan sumber energi untuk mendukung aktivitas rumah
tangga dan industri. Masyarakat sering menggunakan bahan bakar fosil, yaitu
bahan bakar minyak, batu bara, dan gas. Permintaan energi yang semakin
meningkat mengakibatkan persediaan bahan bakar fosil menurun. Sehingga bahan
bakar fosil mengalami peningkatan harga. Masalah krisis energi ini perlu
diselesaikan dengan memproduksi bahan bakar yang mampu menggantikan bahan
bakar fosil dari bahan yang banyak tersedia di alam, murah, dan dapat
diperbaharui. Bahan bakar alternatif tersebut salah satunya adalah biomassa.
Potensi energi biomassa di Indonesia sebesar 50.000 MW yang bersumber dari
berbagai limbah biomassa pertanian (Prihandana dan Hendroko 2007). Limbah
industri kelapa sawit merupakan salah satu limbah biomassa pertanian yang terdiri
dari limbah cair, limbah gas, dan limbah padat.
Limbah industri kelapa sawit di Indonesia semakin meningkat akibat
semakin luas lahan perkebunan kelapa sawit dan produksi kelapa sawit di
Indonesia yang semakin meningkat. Pada tahun 2013 luas perkebunan kelapa
sawit sebesar 10.010 juta hektar (Direktorat Jendral Perkebunan 2013) dan
produksi kelapa sawit yang dihasilkan sebesar 24.43 ton (Kementerian Pertanian
RI 2014). Limbah padat industri kelapa sawit yang berupa cangkang dan tandan
kosong kelapa sawit memiliki jumlah yang cukup banyak. Menurut Fauzi et al.
(2002) jumlah cangkang kelapa sawit mencapai 60% dari produksi minyak inti
atau PKO (Palm Kernel Oil). Cangkang kelapa sawit mengandung 29.4% lignin,
27.7% hemiselulosa, 26.6% selulosa, dan 4.2% ekstraktif (Pranata 2007).
Sedangkan jumlah tandan kosong kelapa sawit sekitar 23% dari total tandan buah
segar (Syukri 2014). Tandan kosong kelapa sawit mengandung 36.81% selulosa,
27.01% hemiselulosa, dan 15.07% lignin (Novitri dan Nova 2010). Cangkang dan
tandan kosong kelapa sawit biasanya digunakan sebagai bahan pembakaran boiler
atau dibakar langsung menjadi abu.
Menurut Yamada et al. (2005) pembakaran secara langsung dan tanpa
pengolahan akan menyebabkan timbulnya gangguan pernafasan karena adanya
karbon monoksida, sulfur dioksida (SO2), dan endapan partikulat. Sehingga perlu
teknologi baru untuk mengolah limbah tersebut menjadi bahan bakar yang ramah
lingkungan dan menghasilkan nilai tambah yang tinggi. Salah satunya dengan
pembuatan biopelet. Biopelet adalah salah satu bentuk energi biomassa yang
diproduksi pertama kali di Swedia pada tahun 80-an (Obernberger dan Thek
2004). Biopelet merupakan bahan bakar padat berbasis biomassa yang berbentuk
tabung padat atau pelet. Proses yang digunakan adalah pengempaan dengan suhu
dan tekanan tinggi, sehingga membentuk produk yang seragam (Yang et al. 2005).
Bahan bakar pelet ini berdiameter antara 3-12 mm dengan panjang antara 6-25
mm (Ramsay 1982). Biopelet memiliki keunggulan yaitu dapat meningkatkan
nilai kalor yang dihasilkan dari proses pembakaran. Serta ukuran dan
keseragaman biopelet dapat memudahkan proses transportasi dari satu tempat ke
tempat lainnya (Battacharya 1998).
2
Kualitas biopelet tidak hanya ditentukan dari nilai kalornya tetapi juga
ditentukan dari nilai daya tahan biopelet saat menahan tekanan dari luar sehingga
memudahkan proses transportasi dan penyimpanan. Peningkatan daya tahan
biopelet dapat dilakukan dengan menambahkan bahan lain dalam jumlah tertentu
yang mampu meningkatkan daya tahan biopelet. Penelitian ini membuat biopelet
dengan bahan baku utama cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit. Sehingga dihasilkan biopelet campuran cangkang kelapa
sawit dan tandan kosong kelapa sawit yang memiliki daya tahan tinggi. Selain itu
menekan biaya produksi serta harga biopelet cangkang kelapa sawit akibat
semakin meningkatnya harga cangkang kelapa sawit di pasaran.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh penambahan tandan
kosong kelapa sawit dalam pembuatan biopelet cangkang kelapa sawit dan
karakteristik biopelet dari campuran cangkang dan tandan kosong kelapa sawit.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi kepada masyarakat
mengenai manfaat lain cangkang dan tandan kosong kelapa sawit sebagai sumber
energi alternatif berupa biopelet.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dimulai pada bulan Februari sampai Mei 2014 di
Laboratorium Biokomposit Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Kimia
Hasil Hutan Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Rekayasa Desain dan
Bangunan Kayu Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Ilmu Teknologi
Pakan Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan IPB, dan Laboratorium
Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor (P3HH), Gunung
Batu, Bogor.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang dan tandan
kosong kelapa sawit. Bahan baku tersebut diperoleh dari PT. Muara Papan
Partikel Seraya, Pekanbaru, Riau.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah golok, oven, hammer mill,
alat penyaring 80 mesh, mesin kempa hidrolik, gelas ukur, timbangan elektrik,
3
desikator, cawan porselen, bomb calorimeter, sendok, alat tulis, stopwatch, caliper,
dan tanur.
Prosedur Penelitian
Persiapan Bahan
Tahap persiapan dilakukan di Laboratorium Biokomposit Departemen Hasil
Hutan IPB dengan mempersiapkan bahan baku dan alat. Bahan baku cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit dikeringkan terlebih dahulu hingga didapatkan
kadar air 10-20% sehingga memudahkan proses penggilingan.
Pembuatan Serbuk
Pembuatan serbuk cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dilakukan di
Laboratorium Kimia Hasil Hutan Departemen Hasil Hutan IPB. Cangkang kelapa
sawit ditumbuk dan tandan kosong kelapa sawit dibuat chips terlebih dahulu.
Kemudian bahan tersebut secara terpisah digiling dengan hammer mill sehingga
menjadi serbuk dan selanjutnya disaring dengan alat penyaring serbuk dengan
ukuran 80 mesh.
Pencampuran Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Biopelet cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dibuat dengan
perbandingan bahan baku, yaitu 100%:0%, 75%:25%, 50%:50%, 25%:75%, dan
0%:100%.
Pencetakan Biopelet
Pencetakan biopelet dilakukan di Laboratorium Terpadu Pusat Penelitian
dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor (P3HH), Gunung Batu, Bogor dengan
menggunakan alat kempa hidrolik bertekanan 526.48 kg/cm2 dan ukuran diameter
dies 11 mm. Suhu yang digunakan untuk mencetak adalah 200 0C dengan waktu
pengempaan adalah 15 menit.
Pengujian Biopelet
Pengujian biopelet cangkang dan tandan kosong kelapa sawit meliputi uji
kerapatan, keteguhan tekan, dan uji proksimat. Pengujian kerapatan dan uji
proksimat yang terdiri dari pengujian kadar air, kadar zat terbang, dan kadar abu
dilakukan di Laboratorium Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil
Hutan Bogor (P3HH), Gunung Batu, Bogor.
Kerapatan
Penetapan kerapatan dinyatakan dalam hasil perbandingan antara berat dan
volume biopelet. Kerapatan sampel dihitung dengan menggunakan rumus :
4
Kerapatan =
M
V
Keterangan :
M= Massa (g)
V= Volume benda yang diteliti (m3)
Keteguhan Tekan
Prinsip yang digunakan dalam mengukur keteguhan tekan adalah
menentukan kekuatan biopelet yang dihasilkan dalam menahan beban yang
diterima hingga biopelet pecah. Pengujian keteguhan tekan biopelet ini dilakukan
di Laboratorium Rekayasa Desain dan Bangunan Kayu Departemen Hasil Hutan
IPB. Keteguhan tekan biopelet dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
P=
Mb
A
Keterangan :
P = Keteguhan tekan biopelet (kgf cm-2)
Mb = beban yang diterima biopelet hingga biopelet pecah(kgf)
A = Luas permukaan biopelet (cm2)
Kadar Air (ASTM D 5142 – 02)
Penetapan nilai kadar air dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian dikeringkan
dalam oven suhu 103± 2 0C selama 24 jam sampai kadar air konstan. Kemudian
didinginkan dalam desikator sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar air
sampel dihitung dengan rumus :
Kadar air =
BB - BKT
� 100%
BKT
Keterangan :
BB = Berat sebelum dikeringkan dalam oven (g)
BKT = Berat setelah dikeringkan dalam oven (g)
Kadar Zat Terbang (ASTM D 5142 - 02)
Penetapan nilai zat terbang dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian masukkan dalam
oven suhu 950 ± 20 0C selama 7 menit. Kemudian didinginkan dalam desikator
sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar zat terbang sampel dihitung dengan
menggunakan rumus :
Zat mudah menguap =
B-C
� 100%
W
5
Keterangan :
B = Berat sampel setelah dikeringkan dari uji kadar air (g)
C = Berat sampel setelah dipanaskan dalam tanur (g)
W = Berat awal sampel sebelum pengujian kadar air (g)
Kadar Abu (ASTM D 5124 – 02)
Penetapan nilai kadar abu dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian dimasukkan
dalam oven suhu 600-900 0C selama 5-6 jam. Kemudian didinginkan dalam
desikator sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar abu sampel dihitung dengan
menggunakan rumus :
Kadar abu =
Berat abu
� 100%
Berat sampel
Kadar Karbon Terikat (ASTM D 5124 – 02)
Penetapan nilai karbon terikat dilakukan setelah didapatkan hasil kadar air,
zat terbang, dan kadar abu. Kadar karbon terikat dihitung dengan rumus :
Karbon Terikat = 100 – (kadar air + zat mudah menguap + kadar abu)
Nilai Kalor
Penetapan nilai kalori dengan contoh uji sebanyak ± 1 gram diletakkan
dalam cawan silika dan diikat dengan kawat nikel, kemudian dimasukkan ke
dalam tabung dan ditutup rapat. Tabung tersebut dialiri oksigen selama 30 detik.
Tabung dimasukkan dalam Oxygen Bomb Calorimeter. Pembakaran dimulai
disaat suhu air sudah tetap. Pengukuran dilakukan sampai suhu optimum.
Pengujian nilai kalor ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Teknologi Pakan
Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan IPB. Besarnya nilai kalor suatu
bahan sesuai dengan persamaan sebagai berikut :
NK =
∆t x W
− �
mbb
Keterangan :
NK = Nilai kalor bahan (kal g-1)
∆t = Perbedaan suhu rata- rata (0C)
W = Nilai air kalorimeter (Kal/0C)
Mbb = Massa bahan bakar (g)
B
= Koreksi panas pada kawat besi ( kal g-1 )
6
Prosedur Analisis Data
Pengolahan data penelitian ini menggunakan Microsoft excel 2007 dan SAS
9.1.3, yaitu dengan motode Rancangan Acak Lengkap (RAL) dan metode
Deskriptif. Model matematisnya adalah sebagai berikut:
Yij = µ + αi + εij
Keterangan :
Yij = Nilai pengamatan pada perlakuan ke– i dan ulangan ke– j
µ = Nilai rata- rata ulangan
αi = Pengaruh perlakuan ke- i dan ulangan ke– j
εij = Kesalahan percobaan pada perlakuan ke- i dan ulangan ke- j
Apabila hasil yang didapat berbeda nyata, maka dilanjutkan dengan uji
lanjut Duncan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kerapatan
Kerapatan (g/cm³)
Kerapatan merupakan perbandingan antara massa dan volume pada biopelet
(Saputro et al. 2012). Demirbas (1999) menambahkan bahwa kerapatan
ditentukan oleh tekanan yang digunakan pada proses densifikasi. Kerapatan
biopelet yang semakin tinggi dapat mempermudah proses penanganan,
penyimpanan, dan transportasi (Adapa et al. 2009). Nilai kerapatan biopelet pada
penelitian ini disajikan pada Gambar 1. Kerapatan biopelet yang diperoleh pada
penelitian ini berkisar antara 1.02-1.17g/cm3. Kerapatan biopelet yang memiliki
nilai tertinggi terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100%
sebesar 1.17 g/cm3. Sedangkan nilai kerapatan biopelet terendah terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 1.02 g/cm3.
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1.02b
0
1.11a
1.13a
1.14a
1.17a
25
50
75
100
Tandan kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 1 Kerapatan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
7
Kerapatan biopelet yang dihasilkan pada penelitian ini telah memenuhi
standar Swedia (SS 18 71 20), Amerika (PFI), dan Jerman (DIN 51371).
Sedangkan yang memenuhi standar Austria (ONORM M 7135) terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 50%, 75%, dan 100%. Serta yang
memenuhi standar Prancis (ITEBE) hanya terdapat pada penambahan tandan
kosong kelapa sawit 100%. Perbandingan nilai kerapatan biopelet hasil penelitian
ini dengan nilai kerapatan di beberapa negara tersebut disajikan pada Tabel 1.
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong kelapa
sawit berbanding lurus dengan nilai kerapatan yang dihasilkan. Semakin tinggi
penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka kerapatan biopelet akan semakin
tinggi. Berdasarkan hasil analisa ragam pada nilai kerapatan menunjukkan bahwa
persentase penambahan tandan kosong kelapa sawit memberikan pengaruh nyata
terhadap kerapatan biopelet yang dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan
pada nilai kerapatan menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa
sawit 0% memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kerapatan biopelet
lainnya. Sedangkan nilai kerapatan biopelet pada penambahan tandan kosong
kelapa sawit 25%, 50%, 75%, dan 100% memberikan pengaruh yang sama
terhadap kerapatan biopelet.
Tabel 1 Perbandingan standar mutu kerapatan biopelet di beberapa negara
Sumber
Kerapatan (g/cm3)
Standar Austria (ONORM M 7135)a
>1.12
a
Swedia (SS 18 71 20)
>0.60
Standar Amerika (PFI)b
>0.64
a
Standar Jerman (DIN 51371)
1.00- 1.40
Prancis (ITEBE)C
>1.15
Hasil Penelitian
1.02 - 1.17
Sumber : a)Hahn (2004); b)PFI (2007); c)Douard (2007)
Kerapatan biopelet yang semakin tinggi akibat penambahan tandan kosong
kelapa sawit dapat dipengaruhi oleh tingginya kadar selulosa pada tandan kosong
kelapa sawit. Menurut Pranata (2007) kadar selulosa cangkang kelapa sawit
sebesar 26.6% sedangkan kadar selulosa tandan kosong kelapa sawit sebesar
36.81% (Novitri dan Nova 2010). Menurut Nelson dan Cox (2005), selulosa pada
biomassa dapat memberikan kekuatan pada serat. Menurut Shaw (2008), lignin
berperan sebagai perekat alami yang mampu berkontribusi terhadap kekuatan
briket pada bahan lignoselulosa. Sehingga saat proses pengempaan dengan
tekanan tinggi menyebabkan lignin masuk ke dalam rongga udara yang terdapat di
antara partikel yang berukuran kecil dan seragam dan mengikat serat pada tandan
kosong kelapa sawit. Selain itu tingginya kadar hemiselulosa pada tandan kelapa
sawit mampu menjadi perekat alami. Menurut Bhattacharya et al. 1998, terjadi
ikatan secara alami yang disebabkan oleh komponen perekat yang terdapat dalam
hemiselulosa telah terdegradasi.
Keteguhan Tekan
Keteguhan tekan merupakan kemampuan suatu bahan yang memiliki daya
tahan atau kekuatan untuk menahan tekanan luar sehingga menyebabkan bahan
8
Keteguhan tekan (kgf/cm2)
tersebut pecah atau hancur. Uji keteguhan tekan biopelet bertujuan untuk
menentukan daya tahan biopelet saat proses transportasi dan penyimpanan. Nilai
keteguhan tekan biopelet berbanding lurus dengan daya tahan biopelet (Nurwigha
2012). Nilai keteguhan tekan biopelet pada penelitian ini disajikan pada Gambar
2. Keteguhan tekan biopelet yang diperoleh pada penelitian ini berkisar antara
23.73-209.52 kgf/cm2. Keteguhan tekan biopelet yang memiliki nilai tertinggi
terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% sebesar 209.52
kgf/cm2. Sedangkan nilai keteguhan tekan biopelet terendah terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 23.73 kgf/cm2.
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong
kelapa sawit berbanding lurus dengan nilai keteguhan tekan yang dihasilkan.
Semakin tinggi penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka nilai keteguhan
tekan biopelet akan semakin tinggi. Berdasarkan hasil analisa ragam pada
keteguhan tekan menunjukkan bahwa persentase penambahan tandan kosong
kelapa sawit memberikan pengaruh nyata terhadap keteguhan tekan biopelet yang
dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan pada nilai keteguhan tekan
menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% memberikan
pengaruh nyata terhadap keteguhan tekan biopelet lainnya. Sedangkan nilai
keteguhan tekan biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% dan
25% memberikan pengaruh yang sama terhadap keteguhan tekan biopelet. Selain
itu nilai keteguhan tekan biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit
50% dan 75% juga memberikan pengaruh yang sama terhadap keteguhan tekan
biopelet.
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
209.52a
23.73c
0
117.50b
124.71b
50
75
48.02c
25
100
Tandan Kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 2 Keteguhan tekan biopelet cangkang kelapa sawit dengan campuran
tandan kosong kelapa sawit
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kerapatan dan keteguhan tekan
biopelet berbanding lurus. Keteguhaan tekan biopelet yang semakin tinggi akibat
penambahan tandan kosong kelapa sawit dapat dipengaruhi oleh tingginya kadar
selulosa pada tandan kosong kelapa sawit. Menurut Pranata (2007) kadar selulosa
cangkang kelapa sawit sebesar 26.6% sedangkan kadar selulosa tandan kosong
kelapa sawit sebesar 36.81% (Novitri dan Nova 2010). Menurut Nelson dan Cox
(2005), selulosa pada biomassa dapat memberikan kekuatan pada serat. Sehingga
dengan adanya ikatan antar serat mampu meningkatkan nilai keteguhan tekan
9
biopelet. Menurut Rahman (2011), ukuran serbuk yang semakin kecil dan
seragam menghasilkan nilai keteguhan tekan yang semakin tinggi. Hal ini dapat
terjadi karena ukuran bahan yang kecil mampu mengisi rongga udara pada
biopelet, sehingga menutupi rongga udara pada biopelet. Pada penelitian ini
ukuran serbuk seragam sehingga tidak memberikan pengaruh pada nilai keteguhan
tekan biopelet akibat penambahan tandan kosong kelapa sawit.
Kadar Air
Kadar air adalah rasio kandungan air dalam bahan yang hilang selama
proses pengeringan dibanding dengan berat bahan awal. Kadar air merupakan
salah satu parameter penentu kualitas biopelet yang berpengaruh pada nilai kalor
pembakaran, kemudahan menyala, daya pembakaran, dan jumlah asap yang
dihasilkan selama pembakaran (Rahman 2011). Kadar air biopelet yang semakin
tinggi menyebabkan nilai kalor pembakaran biopelet semakin rendah dan asap
yang dihasilkan semakin banyak. Sehingga efisiensi pembakaran biopelet akan
menurun dan saat proses penyalaan akan semakin sulit karena api terlebih dahulu
menguapkan air (Hansen et al. 2009).
Nilai kadar air biopelet pada penelitian ini disajikan pada Gambar 3. Kadar
air biopelet yang diperoleh pada penelitian ini berkisar antara 2.38-4.76%. Kadar
air biopelet yang memiliki nilai tertinggi terdapat pada penambahan tandan
kosong kelapa sawit 100% sebesar 4.76%. Sedangkan kadar air biopelet terendah
terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 2.38%. Kadar
air biopelet yang dihasilkan pada penelitian ini telah memenuhi standar Austria
(ONORM M 7135), Swedia (SS 18 71 20), Jerman (DIN 51371), dan Prancis
(ITEBE). Perbandingan nilai kadar air biopelet hasil penelitian ini dengan nilai
kadar air di beberapa negara tersebut disajikan pada Tabel 2.
Kadar air (%)
6.00
4.00
2.38c
3.23b
3.67b
4.00b
25
50
75
4.76a
2.00
0.00
0
100
Tandan kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 3 Kadar air biopelet cangkang kelapa sawit dengan campuran tandan
kosong kelapa sawit
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong
kelapa sawit berbanding lurus dengan kadar air yang dihasilkan. Semakin tinggi
penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka kadar air akan semakin tinggi.
Berdasarkan hasil analisa ragam pada nilai kadar air menunjukkan bahwa
persentase penambahan tandan kosong memberikan pengaruh nyata terhadap
kadar air biopelet yang dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan pada nilai
10
kadar air menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa sawit 0%
memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kadar air biopelet lainnya.
Selain itu, biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% juga
memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kadar air biopelet lainnya.
Tetapi, nilai kadar air biopelet dengan penambahan tandan kosong kelapa sawit
25%, 50%, dan 75% memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar air
biopelet.
Tabel 2 Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara
Sumber
Kadar air (%)
Standar Austria (ONORM M 7135)a
SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN
NOVI ARI CHRISTANTY
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Biopelet Cangkang dan
Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan
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, Agustus 2014
Novi Ari Christanty
NIM E24100051
ABSTRAK
NOVI ARI CHRISTANTY. Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa
Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan. Dibimbing oleh DEDE
HERMAWAN dan GUSTAN PARI.
Biopelet merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang terbarukan dari
bahan baku biomassa. Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit berukuran 80 mesh. Penambahan
tandan kosong kelapa sawit pada biopelet cangkang kelapa sawit ini adalah 0%,
25%, 50%, 75%, dan 100%. Pembuatan biopelet menggunakan alat kempa
hidrolik bertekanan 526.48 kg/cm2 pada suhu 200 0C selama 15 menit. Kualitas
biopelet dievaluasi dengan mengukur kerapatan, keteguhan tekan, uji proksimat
(kadar air, kadar zat terbang, kadar abu, dan kadar karbon terikat) dengan
menggunakan standar ASTM D 5142–02, dan nilai kalor. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa biopelet dengan penambahan tandan kosong kelapa sawit
25% paling baik untuk dijadikan bahan bakar alternatif karena memiliki nilai
kalor yang tinggi, sedangkan kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar air rendah.
Kata kunci: biopelet, cangkang kelapa sawit, tandan kosong kelapa sawit
ABSTRACT
NOVI ARI CHRISTANTY. Palm Shells and Empty Fruit Bunches Biopellet as an
Alternative Renewable Energy Resource. Supervised by DEDE HERMAWAN
and GUSTAN PARI
Biopellet is one of alternative renewable fuels from biomass feedstocks. In
this study, palm shells and empty fruit bunches with the size of 80 mesh were
used. Palm shells biopellet was added with empty fruit bunches with the following
composition 0%, 25%, 50%, 75%, and 100%. Biopellet was produced by using a
pressurized hydraulic clamp of 526.48 kg/cm2 at a temperature of 200 0C for 15
minutes. The biopellet quality was evaluated by measuring the density, maximum
crushing strength, proximate test (moisture content, volatile matter, ash content,
and fixed carbon) with the standard of ASTM D 5142-02, and calorific value. The
results showed that biopellet with the addition of 25% empty fruit bunches was
the best alternative fuel because it had high calorific value, but low in the ash
content, volatile matter, and moisture content.
Keywords: biopellet, palm shells, empty fruit bunches
BIOPELET CANGKANG DAN TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF TERBARUKAN
NOVI ARI CHRISTANTY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN
FAKULTAS KEHUTANAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai
Sumber Energi Alternatif Terbarukan
Nama
: Novi Ari Christanty
NIM
: E24100051
Disetujui oleh
Dr Ir Dede Hermawan, MSc
Pembimbing I
Prof (R) Dr Gustan Pari, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Fauzi Febrianto, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta
menyusun karya ilmiah yang berjudul “Biopelet Cangkang dan Tandan Kosong
Kelapa Sawit sebagai Sumber Energi Alternatif Terbarukan”.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr Ir Dede Hermawan,
MSc dan Bapak Prof (R) Dr Gustan Pari, MSi selaku pembimbing yang telah
banyak memberikan saran. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
orangtua, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Serta
teman-teman Departemen Hasil Hutan angkatan 47, Aulia, Dea, Meta, Rara, dan
Yuyun yang telah membantu dan memberikan semangat selama penelitian.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kita dan dapat menambah
pengetahuan kita.
Bogor, Agustus 2014
Novi Ari Christanty
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Penelitian
3
Persiapan bahan
3
Pembuatan serbuk
3
Pencampuran cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
3
Pencetakan biopelet
3
Pengujian biopelet
3
Prosedur Analisis Data
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
6
Kerapatan
6
Keteguhan Tekan
7
Kadar Air
9
Kadar Zat Terbang
10
Kadar Abu
11
Kadar Karbon Terikat
13
Nilai Kalor
14
SIMPULAN DAN SARAN
16
Simpulan
16
Saran
16
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
19
RIWAYAT HIDUP
24
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
Perbandingan standar mutu kerapatan biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu kadar abu biopelet di beberapa negara
Perbandingan standar mutu nilai kalor biopelet di beberapa negara
7
10
13
15
DAFTAR GAMBAR
1 Kerapatan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
2 Keteguhan tekan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
3 Kadar air biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
4 Kadar zat terbang biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
5 Kadar abu biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
6 Kadar karbon terikat biopelet cangkang kelapa sawit dengan
penambahan tandan kosong kelapa sawit
7 Nilai kalor biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit
6
8
9
11
12
13
15
DAFTAR LAMPIRAN
1. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kerapatan biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
2. Analisis data sidik ragam dan uji duncan keteguhan tekan biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
3. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar air biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
4. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar zat terbang biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
5. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar abu biopelet cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit
6. Analisis data sidik ragam dan uji duncan kadar karbon terikat biopelet
cangkang dan tandan kosong kelapa sawit
19
19
20
21
22
23
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan bakar merupakan sumber energi untuk mendukung aktivitas rumah
tangga dan industri. Masyarakat sering menggunakan bahan bakar fosil, yaitu
bahan bakar minyak, batu bara, dan gas. Permintaan energi yang semakin
meningkat mengakibatkan persediaan bahan bakar fosil menurun. Sehingga bahan
bakar fosil mengalami peningkatan harga. Masalah krisis energi ini perlu
diselesaikan dengan memproduksi bahan bakar yang mampu menggantikan bahan
bakar fosil dari bahan yang banyak tersedia di alam, murah, dan dapat
diperbaharui. Bahan bakar alternatif tersebut salah satunya adalah biomassa.
Potensi energi biomassa di Indonesia sebesar 50.000 MW yang bersumber dari
berbagai limbah biomassa pertanian (Prihandana dan Hendroko 2007). Limbah
industri kelapa sawit merupakan salah satu limbah biomassa pertanian yang terdiri
dari limbah cair, limbah gas, dan limbah padat.
Limbah industri kelapa sawit di Indonesia semakin meningkat akibat
semakin luas lahan perkebunan kelapa sawit dan produksi kelapa sawit di
Indonesia yang semakin meningkat. Pada tahun 2013 luas perkebunan kelapa
sawit sebesar 10.010 juta hektar (Direktorat Jendral Perkebunan 2013) dan
produksi kelapa sawit yang dihasilkan sebesar 24.43 ton (Kementerian Pertanian
RI 2014). Limbah padat industri kelapa sawit yang berupa cangkang dan tandan
kosong kelapa sawit memiliki jumlah yang cukup banyak. Menurut Fauzi et al.
(2002) jumlah cangkang kelapa sawit mencapai 60% dari produksi minyak inti
atau PKO (Palm Kernel Oil). Cangkang kelapa sawit mengandung 29.4% lignin,
27.7% hemiselulosa, 26.6% selulosa, dan 4.2% ekstraktif (Pranata 2007).
Sedangkan jumlah tandan kosong kelapa sawit sekitar 23% dari total tandan buah
segar (Syukri 2014). Tandan kosong kelapa sawit mengandung 36.81% selulosa,
27.01% hemiselulosa, dan 15.07% lignin (Novitri dan Nova 2010). Cangkang dan
tandan kosong kelapa sawit biasanya digunakan sebagai bahan pembakaran boiler
atau dibakar langsung menjadi abu.
Menurut Yamada et al. (2005) pembakaran secara langsung dan tanpa
pengolahan akan menyebabkan timbulnya gangguan pernafasan karena adanya
karbon monoksida, sulfur dioksida (SO2), dan endapan partikulat. Sehingga perlu
teknologi baru untuk mengolah limbah tersebut menjadi bahan bakar yang ramah
lingkungan dan menghasilkan nilai tambah yang tinggi. Salah satunya dengan
pembuatan biopelet. Biopelet adalah salah satu bentuk energi biomassa yang
diproduksi pertama kali di Swedia pada tahun 80-an (Obernberger dan Thek
2004). Biopelet merupakan bahan bakar padat berbasis biomassa yang berbentuk
tabung padat atau pelet. Proses yang digunakan adalah pengempaan dengan suhu
dan tekanan tinggi, sehingga membentuk produk yang seragam (Yang et al. 2005).
Bahan bakar pelet ini berdiameter antara 3-12 mm dengan panjang antara 6-25
mm (Ramsay 1982). Biopelet memiliki keunggulan yaitu dapat meningkatkan
nilai kalor yang dihasilkan dari proses pembakaran. Serta ukuran dan
keseragaman biopelet dapat memudahkan proses transportasi dari satu tempat ke
tempat lainnya (Battacharya 1998).
2
Kualitas biopelet tidak hanya ditentukan dari nilai kalornya tetapi juga
ditentukan dari nilai daya tahan biopelet saat menahan tekanan dari luar sehingga
memudahkan proses transportasi dan penyimpanan. Peningkatan daya tahan
biopelet dapat dilakukan dengan menambahkan bahan lain dalam jumlah tertentu
yang mampu meningkatkan daya tahan biopelet. Penelitian ini membuat biopelet
dengan bahan baku utama cangkang kelapa sawit dengan penambahan tandan
kosong kelapa sawit. Sehingga dihasilkan biopelet campuran cangkang kelapa
sawit dan tandan kosong kelapa sawit yang memiliki daya tahan tinggi. Selain itu
menekan biaya produksi serta harga biopelet cangkang kelapa sawit akibat
semakin meningkatnya harga cangkang kelapa sawit di pasaran.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh penambahan tandan
kosong kelapa sawit dalam pembuatan biopelet cangkang kelapa sawit dan
karakteristik biopelet dari campuran cangkang dan tandan kosong kelapa sawit.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi kepada masyarakat
mengenai manfaat lain cangkang dan tandan kosong kelapa sawit sebagai sumber
energi alternatif berupa biopelet.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dimulai pada bulan Februari sampai Mei 2014 di
Laboratorium Biokomposit Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Kimia
Hasil Hutan Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Rekayasa Desain dan
Bangunan Kayu Departemen Hasil Hutan IPB, Laboratorium Ilmu Teknologi
Pakan Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan IPB, dan Laboratorium
Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor (P3HH), Gunung
Batu, Bogor.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang dan tandan
kosong kelapa sawit. Bahan baku tersebut diperoleh dari PT. Muara Papan
Partikel Seraya, Pekanbaru, Riau.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah golok, oven, hammer mill,
alat penyaring 80 mesh, mesin kempa hidrolik, gelas ukur, timbangan elektrik,
3
desikator, cawan porselen, bomb calorimeter, sendok, alat tulis, stopwatch, caliper,
dan tanur.
Prosedur Penelitian
Persiapan Bahan
Tahap persiapan dilakukan di Laboratorium Biokomposit Departemen Hasil
Hutan IPB dengan mempersiapkan bahan baku dan alat. Bahan baku cangkang
dan tandan kosong kelapa sawit dikeringkan terlebih dahulu hingga didapatkan
kadar air 10-20% sehingga memudahkan proses penggilingan.
Pembuatan Serbuk
Pembuatan serbuk cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dilakukan di
Laboratorium Kimia Hasil Hutan Departemen Hasil Hutan IPB. Cangkang kelapa
sawit ditumbuk dan tandan kosong kelapa sawit dibuat chips terlebih dahulu.
Kemudian bahan tersebut secara terpisah digiling dengan hammer mill sehingga
menjadi serbuk dan selanjutnya disaring dengan alat penyaring serbuk dengan
ukuran 80 mesh.
Pencampuran Cangkang dan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Biopelet cangkang dan tandan kosong kelapa sawit dibuat dengan
perbandingan bahan baku, yaitu 100%:0%, 75%:25%, 50%:50%, 25%:75%, dan
0%:100%.
Pencetakan Biopelet
Pencetakan biopelet dilakukan di Laboratorium Terpadu Pusat Penelitian
dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor (P3HH), Gunung Batu, Bogor dengan
menggunakan alat kempa hidrolik bertekanan 526.48 kg/cm2 dan ukuran diameter
dies 11 mm. Suhu yang digunakan untuk mencetak adalah 200 0C dengan waktu
pengempaan adalah 15 menit.
Pengujian Biopelet
Pengujian biopelet cangkang dan tandan kosong kelapa sawit meliputi uji
kerapatan, keteguhan tekan, dan uji proksimat. Pengujian kerapatan dan uji
proksimat yang terdiri dari pengujian kadar air, kadar zat terbang, dan kadar abu
dilakukan di Laboratorium Terpadu Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil
Hutan Bogor (P3HH), Gunung Batu, Bogor.
Kerapatan
Penetapan kerapatan dinyatakan dalam hasil perbandingan antara berat dan
volume biopelet. Kerapatan sampel dihitung dengan menggunakan rumus :
4
Kerapatan =
M
V
Keterangan :
M= Massa (g)
V= Volume benda yang diteliti (m3)
Keteguhan Tekan
Prinsip yang digunakan dalam mengukur keteguhan tekan adalah
menentukan kekuatan biopelet yang dihasilkan dalam menahan beban yang
diterima hingga biopelet pecah. Pengujian keteguhan tekan biopelet ini dilakukan
di Laboratorium Rekayasa Desain dan Bangunan Kayu Departemen Hasil Hutan
IPB. Keteguhan tekan biopelet dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
P=
Mb
A
Keterangan :
P = Keteguhan tekan biopelet (kgf cm-2)
Mb = beban yang diterima biopelet hingga biopelet pecah(kgf)
A = Luas permukaan biopelet (cm2)
Kadar Air (ASTM D 5142 – 02)
Penetapan nilai kadar air dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian dikeringkan
dalam oven suhu 103± 2 0C selama 24 jam sampai kadar air konstan. Kemudian
didinginkan dalam desikator sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar air
sampel dihitung dengan rumus :
Kadar air =
BB - BKT
� 100%
BKT
Keterangan :
BB = Berat sebelum dikeringkan dalam oven (g)
BKT = Berat setelah dikeringkan dalam oven (g)
Kadar Zat Terbang (ASTM D 5142 - 02)
Penetapan nilai zat terbang dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian masukkan dalam
oven suhu 950 ± 20 0C selama 7 menit. Kemudian didinginkan dalam desikator
sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar zat terbang sampel dihitung dengan
menggunakan rumus :
Zat mudah menguap =
B-C
� 100%
W
5
Keterangan :
B = Berat sampel setelah dikeringkan dari uji kadar air (g)
C = Berat sampel setelah dipanaskan dalam tanur (g)
W = Berat awal sampel sebelum pengujian kadar air (g)
Kadar Abu (ASTM D 5124 – 02)
Penetapan nilai kadar abu dilakukan dengan satu gram sampel diletakkan
pada cawan porselin yang bobotnya sudah diketahui. Kemudian dimasukkan
dalam oven suhu 600-900 0C selama 5-6 jam. Kemudian didinginkan dalam
desikator sampai kondisi stabil dan ditimbang. Kadar abu sampel dihitung dengan
menggunakan rumus :
Kadar abu =
Berat abu
� 100%
Berat sampel
Kadar Karbon Terikat (ASTM D 5124 – 02)
Penetapan nilai karbon terikat dilakukan setelah didapatkan hasil kadar air,
zat terbang, dan kadar abu. Kadar karbon terikat dihitung dengan rumus :
Karbon Terikat = 100 – (kadar air + zat mudah menguap + kadar abu)
Nilai Kalor
Penetapan nilai kalori dengan contoh uji sebanyak ± 1 gram diletakkan
dalam cawan silika dan diikat dengan kawat nikel, kemudian dimasukkan ke
dalam tabung dan ditutup rapat. Tabung tersebut dialiri oksigen selama 30 detik.
Tabung dimasukkan dalam Oxygen Bomb Calorimeter. Pembakaran dimulai
disaat suhu air sudah tetap. Pengukuran dilakukan sampai suhu optimum.
Pengujian nilai kalor ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Teknologi Pakan
Departemen Ilmu Nutrisi dan Teknologi Pakan IPB. Besarnya nilai kalor suatu
bahan sesuai dengan persamaan sebagai berikut :
NK =
∆t x W
− �
mbb
Keterangan :
NK = Nilai kalor bahan (kal g-1)
∆t = Perbedaan suhu rata- rata (0C)
W = Nilai air kalorimeter (Kal/0C)
Mbb = Massa bahan bakar (g)
B
= Koreksi panas pada kawat besi ( kal g-1 )
6
Prosedur Analisis Data
Pengolahan data penelitian ini menggunakan Microsoft excel 2007 dan SAS
9.1.3, yaitu dengan motode Rancangan Acak Lengkap (RAL) dan metode
Deskriptif. Model matematisnya adalah sebagai berikut:
Yij = µ + αi + εij
Keterangan :
Yij = Nilai pengamatan pada perlakuan ke– i dan ulangan ke– j
µ = Nilai rata- rata ulangan
αi = Pengaruh perlakuan ke- i dan ulangan ke– j
εij = Kesalahan percobaan pada perlakuan ke- i dan ulangan ke- j
Apabila hasil yang didapat berbeda nyata, maka dilanjutkan dengan uji
lanjut Duncan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kerapatan
Kerapatan (g/cm³)
Kerapatan merupakan perbandingan antara massa dan volume pada biopelet
(Saputro et al. 2012). Demirbas (1999) menambahkan bahwa kerapatan
ditentukan oleh tekanan yang digunakan pada proses densifikasi. Kerapatan
biopelet yang semakin tinggi dapat mempermudah proses penanganan,
penyimpanan, dan transportasi (Adapa et al. 2009). Nilai kerapatan biopelet pada
penelitian ini disajikan pada Gambar 1. Kerapatan biopelet yang diperoleh pada
penelitian ini berkisar antara 1.02-1.17g/cm3. Kerapatan biopelet yang memiliki
nilai tertinggi terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100%
sebesar 1.17 g/cm3. Sedangkan nilai kerapatan biopelet terendah terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 1.02 g/cm3.
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1.02b
0
1.11a
1.13a
1.14a
1.17a
25
50
75
100
Tandan kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 1 Kerapatan biopelet cangkang kelapa sawit dengan penambahan
tandan kosong kelapa sawit
7
Kerapatan biopelet yang dihasilkan pada penelitian ini telah memenuhi
standar Swedia (SS 18 71 20), Amerika (PFI), dan Jerman (DIN 51371).
Sedangkan yang memenuhi standar Austria (ONORM M 7135) terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 50%, 75%, dan 100%. Serta yang
memenuhi standar Prancis (ITEBE) hanya terdapat pada penambahan tandan
kosong kelapa sawit 100%. Perbandingan nilai kerapatan biopelet hasil penelitian
ini dengan nilai kerapatan di beberapa negara tersebut disajikan pada Tabel 1.
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong kelapa
sawit berbanding lurus dengan nilai kerapatan yang dihasilkan. Semakin tinggi
penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka kerapatan biopelet akan semakin
tinggi. Berdasarkan hasil analisa ragam pada nilai kerapatan menunjukkan bahwa
persentase penambahan tandan kosong kelapa sawit memberikan pengaruh nyata
terhadap kerapatan biopelet yang dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan
pada nilai kerapatan menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa
sawit 0% memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kerapatan biopelet
lainnya. Sedangkan nilai kerapatan biopelet pada penambahan tandan kosong
kelapa sawit 25%, 50%, 75%, dan 100% memberikan pengaruh yang sama
terhadap kerapatan biopelet.
Tabel 1 Perbandingan standar mutu kerapatan biopelet di beberapa negara
Sumber
Kerapatan (g/cm3)
Standar Austria (ONORM M 7135)a
>1.12
a
Swedia (SS 18 71 20)
>0.60
Standar Amerika (PFI)b
>0.64
a
Standar Jerman (DIN 51371)
1.00- 1.40
Prancis (ITEBE)C
>1.15
Hasil Penelitian
1.02 - 1.17
Sumber : a)Hahn (2004); b)PFI (2007); c)Douard (2007)
Kerapatan biopelet yang semakin tinggi akibat penambahan tandan kosong
kelapa sawit dapat dipengaruhi oleh tingginya kadar selulosa pada tandan kosong
kelapa sawit. Menurut Pranata (2007) kadar selulosa cangkang kelapa sawit
sebesar 26.6% sedangkan kadar selulosa tandan kosong kelapa sawit sebesar
36.81% (Novitri dan Nova 2010). Menurut Nelson dan Cox (2005), selulosa pada
biomassa dapat memberikan kekuatan pada serat. Menurut Shaw (2008), lignin
berperan sebagai perekat alami yang mampu berkontribusi terhadap kekuatan
briket pada bahan lignoselulosa. Sehingga saat proses pengempaan dengan
tekanan tinggi menyebabkan lignin masuk ke dalam rongga udara yang terdapat di
antara partikel yang berukuran kecil dan seragam dan mengikat serat pada tandan
kosong kelapa sawit. Selain itu tingginya kadar hemiselulosa pada tandan kelapa
sawit mampu menjadi perekat alami. Menurut Bhattacharya et al. 1998, terjadi
ikatan secara alami yang disebabkan oleh komponen perekat yang terdapat dalam
hemiselulosa telah terdegradasi.
Keteguhan Tekan
Keteguhan tekan merupakan kemampuan suatu bahan yang memiliki daya
tahan atau kekuatan untuk menahan tekanan luar sehingga menyebabkan bahan
8
Keteguhan tekan (kgf/cm2)
tersebut pecah atau hancur. Uji keteguhan tekan biopelet bertujuan untuk
menentukan daya tahan biopelet saat proses transportasi dan penyimpanan. Nilai
keteguhan tekan biopelet berbanding lurus dengan daya tahan biopelet (Nurwigha
2012). Nilai keteguhan tekan biopelet pada penelitian ini disajikan pada Gambar
2. Keteguhan tekan biopelet yang diperoleh pada penelitian ini berkisar antara
23.73-209.52 kgf/cm2. Keteguhan tekan biopelet yang memiliki nilai tertinggi
terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% sebesar 209.52
kgf/cm2. Sedangkan nilai keteguhan tekan biopelet terendah terdapat pada
penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 23.73 kgf/cm2.
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong
kelapa sawit berbanding lurus dengan nilai keteguhan tekan yang dihasilkan.
Semakin tinggi penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka nilai keteguhan
tekan biopelet akan semakin tinggi. Berdasarkan hasil analisa ragam pada
keteguhan tekan menunjukkan bahwa persentase penambahan tandan kosong
kelapa sawit memberikan pengaruh nyata terhadap keteguhan tekan biopelet yang
dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan pada nilai keteguhan tekan
menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% memberikan
pengaruh nyata terhadap keteguhan tekan biopelet lainnya. Sedangkan nilai
keteguhan tekan biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% dan
25% memberikan pengaruh yang sama terhadap keteguhan tekan biopelet. Selain
itu nilai keteguhan tekan biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit
50% dan 75% juga memberikan pengaruh yang sama terhadap keteguhan tekan
biopelet.
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
209.52a
23.73c
0
117.50b
124.71b
50
75
48.02c
25
100
Tandan Kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 2 Keteguhan tekan biopelet cangkang kelapa sawit dengan campuran
tandan kosong kelapa sawit
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kerapatan dan keteguhan tekan
biopelet berbanding lurus. Keteguhaan tekan biopelet yang semakin tinggi akibat
penambahan tandan kosong kelapa sawit dapat dipengaruhi oleh tingginya kadar
selulosa pada tandan kosong kelapa sawit. Menurut Pranata (2007) kadar selulosa
cangkang kelapa sawit sebesar 26.6% sedangkan kadar selulosa tandan kosong
kelapa sawit sebesar 36.81% (Novitri dan Nova 2010). Menurut Nelson dan Cox
(2005), selulosa pada biomassa dapat memberikan kekuatan pada serat. Sehingga
dengan adanya ikatan antar serat mampu meningkatkan nilai keteguhan tekan
9
biopelet. Menurut Rahman (2011), ukuran serbuk yang semakin kecil dan
seragam menghasilkan nilai keteguhan tekan yang semakin tinggi. Hal ini dapat
terjadi karena ukuran bahan yang kecil mampu mengisi rongga udara pada
biopelet, sehingga menutupi rongga udara pada biopelet. Pada penelitian ini
ukuran serbuk seragam sehingga tidak memberikan pengaruh pada nilai keteguhan
tekan biopelet akibat penambahan tandan kosong kelapa sawit.
Kadar Air
Kadar air adalah rasio kandungan air dalam bahan yang hilang selama
proses pengeringan dibanding dengan berat bahan awal. Kadar air merupakan
salah satu parameter penentu kualitas biopelet yang berpengaruh pada nilai kalor
pembakaran, kemudahan menyala, daya pembakaran, dan jumlah asap yang
dihasilkan selama pembakaran (Rahman 2011). Kadar air biopelet yang semakin
tinggi menyebabkan nilai kalor pembakaran biopelet semakin rendah dan asap
yang dihasilkan semakin banyak. Sehingga efisiensi pembakaran biopelet akan
menurun dan saat proses penyalaan akan semakin sulit karena api terlebih dahulu
menguapkan air (Hansen et al. 2009).
Nilai kadar air biopelet pada penelitian ini disajikan pada Gambar 3. Kadar
air biopelet yang diperoleh pada penelitian ini berkisar antara 2.38-4.76%. Kadar
air biopelet yang memiliki nilai tertinggi terdapat pada penambahan tandan
kosong kelapa sawit 100% sebesar 4.76%. Sedangkan kadar air biopelet terendah
terdapat pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 0% sebesar 2.38%. Kadar
air biopelet yang dihasilkan pada penelitian ini telah memenuhi standar Austria
(ONORM M 7135), Swedia (SS 18 71 20), Jerman (DIN 51371), dan Prancis
(ITEBE). Perbandingan nilai kadar air biopelet hasil penelitian ini dengan nilai
kadar air di beberapa negara tersebut disajikan pada Tabel 2.
Kadar air (%)
6.00
4.00
2.38c
3.23b
3.67b
4.00b
25
50
75
4.76a
2.00
0.00
0
100
Tandan kosong kelapa sawit dalam cangkang kelapa sawit (%)
Gambar 3 Kadar air biopelet cangkang kelapa sawit dengan campuran tandan
kosong kelapa sawit
Biopelet hasil penelitian ini menunjukkan penambahan tandan kosong
kelapa sawit berbanding lurus dengan kadar air yang dihasilkan. Semakin tinggi
penambahan tandan kosong kelapa sawit, maka kadar air akan semakin tinggi.
Berdasarkan hasil analisa ragam pada nilai kadar air menunjukkan bahwa
persentase penambahan tandan kosong memberikan pengaruh nyata terhadap
kadar air biopelet yang dihasilkan (α=0.05). Hasil uji lanjut Duncan pada nilai
10
kadar air menunjukkan bahwa penambahan tandan kosong kelapa sawit 0%
memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kadar air biopelet lainnya.
Selain itu, biopelet pada penambahan tandan kosong kelapa sawit 100% juga
memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap kadar air biopelet lainnya.
Tetapi, nilai kadar air biopelet dengan penambahan tandan kosong kelapa sawit
25%, 50%, dan 75% memberikan pengaruh yang sama terhadap kadar air
biopelet.
Tabel 2 Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara
Sumber
Kadar air (%)
Standar Austria (ONORM M 7135)a