Pengaruh Suhu Pirolisis Terhadap Produksi Bio-char dari Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Ekonomi dunia telah diarahkan dalam pemakaian energi primer secara
global. Pemulihan ekonomi tahun 2010 telah meningkatkan pemakaian energi
utama dunia dimana terhitung untuk 12.002,4 Mtoe (Million tonnes of oil
equivalent), meningkat 28% dibandingkan tahun 1998. Sumber energi utama
terpenting adalah bahan bakar fosil (misalnya minyak mentah, gas alam, dan
batubara) yang menyebabkan sumber energi terbarukan masih sangat sedikit
digunakan. Jika ekonomi dunia masih meningkat pesat, walaupun cadangan
minyak dunia pada 2010 lebih besar dari 1 triliun barrel minyak, maka dunia akan
menghadapi masalah krisis energi dalam waktu dekat. Tambahan lagi, pemakaian
bahan bakar fosil secara besar-besaran akan meningkatkan emisi karbon dioksida
ke atmosfer. Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi di atmosfer menyebabkan
efek rumah kaca yang ditengarai sebagai penyebab pemanasan global [1].
Sumber daya energi terbarukan menawarkan solusi untuk menggantikan
bahan bakar fosil [2]. Energi terbarukan ini dapat bersumber dari energi surya,
energi angin, energi hidro, gelombang pasang, panas bumi, dan biomassa [1].
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) adalah limbah padat industri kelapa sawit
yang merupakan sumber biomassa berlimpah di Indonesia. TKKS mempunyai
potensi untuk dikembangkan menjadi produk energi karena kaya akan komponen
lignoselulosa [3].
Konversi biomassa menjadi produk dan bahan bakar yang berguna dengan
menggunakan teknologi pirolisis untuk menghasilkan bio-char, bio-oil dan
produk gas yang merupakan salah satu alternatif paling menjanjikan saat ini [4].
Beberapa peneliti telah pula melaporkan hasil penelitian proses pirolisis TKKS
yang disajikan pada Tabel 1.1 dan penggunaan biomassa pada pembuatan bio-char
yang disajikan pada Tabel 1.2
1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pirolisis Menggunakan TKKS
No
1
Peneliti
M.Azri, et al.
(2011) [5]
2
Siti Thaiyiba,
et al. (2012)
[6]
3
M.Azri, et al.
(2009) [7]
4
Peerapon, et
al. (2012) [8]
Penelitian
Hasil Penelitian
Produksi dan
Karakterisasi BioChar Dengan
Pirolisis Dari
Tandan Kosong
Kelapa Sawit
(TKKS)
Memperoleh hasil bahwa yield
bio-char tertinggi sebesar 41,56%
pada keadaan suhu optimum 300
0
C, ukuran partikel 91-106 μm
dengan laju pemanasan 30
0
C/menit. Sedangkan nilai bakar
tertinggi dari bio-char sebesar
25,98 MJ/kg.
Pengaruh
Memperoleh hasil bahwa yield
Temperatur
bio-char yang tertinggi sebesar
Pirolisis Terhadap 21,5% pada suhu pirolisis 300 0C,
Kandungan dan
ketahanan air tertinggi pada bioKapasitas
char yang dihasilkan dari 400 0C,
Ketahanan Air pada konsentrasi Posfor (P) kurang
Bio-char
lebih sama di semua bio-char,
tetapi ada variasi yang jelas
ditemukan dalam konsentrasi
Kalium (K) pada suhu yang
berbeda dari bio-char dihasilkan.
Produksi Bio-oil
Memperoleh hasil bahwa yield
Dengan Pirolisis
bio-oil tertinggi sebesar 42% pada
dari Tandan
keadaan suhu optimum 500 0C,
Kosong Kelapa
ukuran partikel 91-106 μm dan
Sawit (TKKS)
laju pemanasan 100 0C/menit
Produksi Bio-oil
Memperoleh hasil bahwa kondisi
Dengan Pirolisis
optimum pada keadaan normal
dari Tandan
(tidak ada gas yang masuk) berada
0
Kosong Kelapa
pada
suhu
475
C
dan
Sawit (TKKS) pada menghasilkan
yield
sebesar
Keadaan Nitrogen 49,75%, sedangkan pada keadaan
dan Steam
nitrogen atmosfer berada di suhu
Atmosfer
530 0C dengan yield 59,90%, serta
pada keadaan steam atmosfer
berada pada suhu 435 0C dengan
yield sebesar 37,14%. Variabel
kontrol pada proses ini adalah
ukuran partikel < 1180 μm dan
laju umpan 450 rpm.
2
Universitas Sumatera Utara
5
M.Azri, et al.
(2014) [9]
Pirolisis Tandan
Kosong:
Pengaruh Suhu
Terhadap Hasil dan
Komposisi Produk
Gas
Memperoleh hasil bahwa yield
gas tertinggi dan terendah adalah
masing-masing
42,98%
dan
0
31,55% pada 600 C dan 300 0C.
Gas-gas yang terdeteksi adalah
Karbon Monoksida (CO), Karbon
Dioksida (CO2), Metana (CH4),
Etana (C2H6) dan Etilena (C2H4).
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Penggunaan Biomassa pada
Pembuatan Bio-char
No
1
Peneliti
Samy, et al.
(2014) [10]
2
Cora, et al.
(2014) [11]
Penelitian
Hasil Penelitian
Karakterisasi Biochar dari
Karobnisasi
Switchgrass
Memperoleh hasil bahwa
yield bio-char dan volatile matter
menurun dari 82,6 % ke 35,2 %
dan dari 72,1 % ke 43,9 %
dengan kenaikan suhu karbonisasi
dari 300 °C ke 400 °C dan waktu
dari 1 sampai 3 jam. Sementara
itu, nilai kalor bio-char dan fixed
carbon meningkat dari 17,6
MJ/kg ke 21,9 MJ/kg dan 22,5 %
ke 44,9 % dalam kondisi operasi
yang sama.
Pengaruh kondisi
pirolisis pada
produksi bio-char
dari biomassa
Memperoleh hasil bahwa yield
yang diperoleh menurun dari
30,48 % pada suhu 450 oC ke
24,72 % pada suhu 800 oC.
Jumlah volatile matter tertinggi
terjadi pada suhu 450 oC. Dengan
kenaikan suhu dari 450 ke 800 oC,
jumlah fixed carbon dari bio-char
meningkat dari 59,54 % ke 61,29
% dan kadar abu dari bio-char
meningkat secara perlahan.
Berdasarkan uraian di atas, peneliti tertarik untuk mengkaji pirolisis TKKS
dengan memperhatikan kualitas dan kuantitas produk gas, kualitas dan kuantitas
bio-char yang dihasilkan yang dipengaruhi oleh suhu dan waktu pirolisis.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Pirolisis TKKS menjadi bio-char dipengaruhi oleh suhu dan waktu pirolisis.
Selain itu, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah keberadaan oksigen di
dalam reaktor selama pirolisis berlangsung, kualitas dan kuantitas produk gas, dan
kualitas dan kuantitas bio-char yang dihasilkan.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan utama dari penelitian ini adalah konversi TKKS menjadi bio-char
melalui pirolisis. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk
mendapatkan data kinetik dengan pengaruh suhu pirolisis.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa TKKS dapat dikonversi menjadi bio-char
dengan pirolisis
2. Memberikan informasi mengenai keperluan energi yang diperlukan dalam
pirolisis TKKS menjadi bio-char.
3. Memberikan informasi tentang potensi produk gas yang dapat dimanfaatkan
kembali sebagai sumber energi reaktor.
4. Memberikan informasi mengenai konsentrasi bahan baku, suhu dan waktu
pirolisis yang sesuai dengan kinerja reaktor yang dapat digunakan sebagai
scale-up dalam perancangan.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Pusdiklat LPPM (Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat) USU, Laboratorium Ekologi, Laboratorium Operasi
Teknik Kimia, dan Laboratorium Kimia Fisika, Fakultas Teknik, Departemen
Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan
pada penelitian ini yaitu tandan kosong kelapa sawit yang diperoleh dari PKS
(Pabrik Kelapa Sawit) Kebun Rambutan PT. Perkebunan Nusantara III.
Variabel-variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Variabel tetap :
4
Universitas Sumatera Utara
Massa pelet
= 25 gram
Waktu reaksi
= 30 menit
b. Variabel berubah :
Suhu reaksi
= 250, 275, 300, 325, 350, 375 dan 400 oC
Parameter yang dianalisa pada produksi bio-char dari pirolisis tandan kosong
kelapa sawit (TKKS) yaitu :
1. Analisa yield
2. Analisa kadar air
3. Analisa kadar abu
4. Analisa volatile matter
5. Analisa fixed carbon
6. Analisa bulk density
7. Analisa nilai kalor
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Ekonomi dunia telah diarahkan dalam pemakaian energi primer secara
global. Pemulihan ekonomi tahun 2010 telah meningkatkan pemakaian energi
utama dunia dimana terhitung untuk 12.002,4 Mtoe (Million tonnes of oil
equivalent), meningkat 28% dibandingkan tahun 1998. Sumber energi utama
terpenting adalah bahan bakar fosil (misalnya minyak mentah, gas alam, dan
batubara) yang menyebabkan sumber energi terbarukan masih sangat sedikit
digunakan. Jika ekonomi dunia masih meningkat pesat, walaupun cadangan
minyak dunia pada 2010 lebih besar dari 1 triliun barrel minyak, maka dunia akan
menghadapi masalah krisis energi dalam waktu dekat. Tambahan lagi, pemakaian
bahan bakar fosil secara besar-besaran akan meningkatkan emisi karbon dioksida
ke atmosfer. Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi di atmosfer menyebabkan
efek rumah kaca yang ditengarai sebagai penyebab pemanasan global [1].
Sumber daya energi terbarukan menawarkan solusi untuk menggantikan
bahan bakar fosil [2]. Energi terbarukan ini dapat bersumber dari energi surya,
energi angin, energi hidro, gelombang pasang, panas bumi, dan biomassa [1].
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) adalah limbah padat industri kelapa sawit
yang merupakan sumber biomassa berlimpah di Indonesia. TKKS mempunyai
potensi untuk dikembangkan menjadi produk energi karena kaya akan komponen
lignoselulosa [3].
Konversi biomassa menjadi produk dan bahan bakar yang berguna dengan
menggunakan teknologi pirolisis untuk menghasilkan bio-char, bio-oil dan
produk gas yang merupakan salah satu alternatif paling menjanjikan saat ini [4].
Beberapa peneliti telah pula melaporkan hasil penelitian proses pirolisis TKKS
yang disajikan pada Tabel 1.1 dan penggunaan biomassa pada pembuatan bio-char
yang disajikan pada Tabel 1.2
1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pirolisis Menggunakan TKKS
No
1
Peneliti
M.Azri, et al.
(2011) [5]
2
Siti Thaiyiba,
et al. (2012)
[6]
3
M.Azri, et al.
(2009) [7]
4
Peerapon, et
al. (2012) [8]
Penelitian
Hasil Penelitian
Produksi dan
Karakterisasi BioChar Dengan
Pirolisis Dari
Tandan Kosong
Kelapa Sawit
(TKKS)
Memperoleh hasil bahwa yield
bio-char tertinggi sebesar 41,56%
pada keadaan suhu optimum 300
0
C, ukuran partikel 91-106 μm
dengan laju pemanasan 30
0
C/menit. Sedangkan nilai bakar
tertinggi dari bio-char sebesar
25,98 MJ/kg.
Pengaruh
Memperoleh hasil bahwa yield
Temperatur
bio-char yang tertinggi sebesar
Pirolisis Terhadap 21,5% pada suhu pirolisis 300 0C,
Kandungan dan
ketahanan air tertinggi pada bioKapasitas
char yang dihasilkan dari 400 0C,
Ketahanan Air pada konsentrasi Posfor (P) kurang
Bio-char
lebih sama di semua bio-char,
tetapi ada variasi yang jelas
ditemukan dalam konsentrasi
Kalium (K) pada suhu yang
berbeda dari bio-char dihasilkan.
Produksi Bio-oil
Memperoleh hasil bahwa yield
Dengan Pirolisis
bio-oil tertinggi sebesar 42% pada
dari Tandan
keadaan suhu optimum 500 0C,
Kosong Kelapa
ukuran partikel 91-106 μm dan
Sawit (TKKS)
laju pemanasan 100 0C/menit
Produksi Bio-oil
Memperoleh hasil bahwa kondisi
Dengan Pirolisis
optimum pada keadaan normal
dari Tandan
(tidak ada gas yang masuk) berada
0
Kosong Kelapa
pada
suhu
475
C
dan
Sawit (TKKS) pada menghasilkan
yield
sebesar
Keadaan Nitrogen 49,75%, sedangkan pada keadaan
dan Steam
nitrogen atmosfer berada di suhu
Atmosfer
530 0C dengan yield 59,90%, serta
pada keadaan steam atmosfer
berada pada suhu 435 0C dengan
yield sebesar 37,14%. Variabel
kontrol pada proses ini adalah
ukuran partikel < 1180 μm dan
laju umpan 450 rpm.
2
Universitas Sumatera Utara
5
M.Azri, et al.
(2014) [9]
Pirolisis Tandan
Kosong:
Pengaruh Suhu
Terhadap Hasil dan
Komposisi Produk
Gas
Memperoleh hasil bahwa yield
gas tertinggi dan terendah adalah
masing-masing
42,98%
dan
0
31,55% pada 600 C dan 300 0C.
Gas-gas yang terdeteksi adalah
Karbon Monoksida (CO), Karbon
Dioksida (CO2), Metana (CH4),
Etana (C2H6) dan Etilena (C2H4).
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Penggunaan Biomassa pada
Pembuatan Bio-char
No
1
Peneliti
Samy, et al.
(2014) [10]
2
Cora, et al.
(2014) [11]
Penelitian
Hasil Penelitian
Karakterisasi Biochar dari
Karobnisasi
Switchgrass
Memperoleh hasil bahwa
yield bio-char dan volatile matter
menurun dari 82,6 % ke 35,2 %
dan dari 72,1 % ke 43,9 %
dengan kenaikan suhu karbonisasi
dari 300 °C ke 400 °C dan waktu
dari 1 sampai 3 jam. Sementara
itu, nilai kalor bio-char dan fixed
carbon meningkat dari 17,6
MJ/kg ke 21,9 MJ/kg dan 22,5 %
ke 44,9 % dalam kondisi operasi
yang sama.
Pengaruh kondisi
pirolisis pada
produksi bio-char
dari biomassa
Memperoleh hasil bahwa yield
yang diperoleh menurun dari
30,48 % pada suhu 450 oC ke
24,72 % pada suhu 800 oC.
Jumlah volatile matter tertinggi
terjadi pada suhu 450 oC. Dengan
kenaikan suhu dari 450 ke 800 oC,
jumlah fixed carbon dari bio-char
meningkat dari 59,54 % ke 61,29
% dan kadar abu dari bio-char
meningkat secara perlahan.
Berdasarkan uraian di atas, peneliti tertarik untuk mengkaji pirolisis TKKS
dengan memperhatikan kualitas dan kuantitas produk gas, kualitas dan kuantitas
bio-char yang dihasilkan yang dipengaruhi oleh suhu dan waktu pirolisis.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Pirolisis TKKS menjadi bio-char dipengaruhi oleh suhu dan waktu pirolisis.
Selain itu, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah keberadaan oksigen di
dalam reaktor selama pirolisis berlangsung, kualitas dan kuantitas produk gas, dan
kualitas dan kuantitas bio-char yang dihasilkan.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Tujuan utama dari penelitian ini adalah konversi TKKS menjadi bio-char
melalui pirolisis. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk
mendapatkan data kinetik dengan pengaruh suhu pirolisis.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat :
1. Memberikan informasi bahwa TKKS dapat dikonversi menjadi bio-char
dengan pirolisis
2. Memberikan informasi mengenai keperluan energi yang diperlukan dalam
pirolisis TKKS menjadi bio-char.
3. Memberikan informasi tentang potensi produk gas yang dapat dimanfaatkan
kembali sebagai sumber energi reaktor.
4. Memberikan informasi mengenai konsentrasi bahan baku, suhu dan waktu
pirolisis yang sesuai dengan kinerja reaktor yang dapat digunakan sebagai
scale-up dalam perancangan.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Pusdiklat LPPM (Lembaga Penelitian dan
Pengabdian Masyarakat) USU, Laboratorium Ekologi, Laboratorium Operasi
Teknik Kimia, dan Laboratorium Kimia Fisika, Fakultas Teknik, Departemen
Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan utama yang digunakan
pada penelitian ini yaitu tandan kosong kelapa sawit yang diperoleh dari PKS
(Pabrik Kelapa Sawit) Kebun Rambutan PT. Perkebunan Nusantara III.
Variabel-variabel dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Variabel tetap :
4
Universitas Sumatera Utara
Massa pelet
= 25 gram
Waktu reaksi
= 30 menit
b. Variabel berubah :
Suhu reaksi
= 250, 275, 300, 325, 350, 375 dan 400 oC
Parameter yang dianalisa pada produksi bio-char dari pirolisis tandan kosong
kelapa sawit (TKKS) yaitu :
1. Analisa yield
2. Analisa kadar air
3. Analisa kadar abu
4. Analisa volatile matter
5. Analisa fixed carbon
6. Analisa bulk density
7. Analisa nilai kalor
5
Universitas Sumatera Utara