Performansi Briket Biomassa Batok Kelapa Muda dengan Variasi Waktu Penahan pada Proses Pirolisis Fluidisasi Bed Menggunakan Media Gas Argon.
TESIS
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
TESIS
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA
NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
i
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS
FLUIDISASI BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister
Pada Program Magister Teknik Mesin,
Program Pascasarjana Universitas Udayana
I WAYAN AMBARA ANTARA
NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
ii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI
PADA TANGGAL 15 APRIL 2016
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, PhD
I Wayan Widhiada, ST, M.Sc, PhD
NIP. 19691231 199412 1 001
NIP. 19681119 199412 1 002
Mengetahui
Ketua Program Pasca Sarjana Teknik Mesin
Direktur
Program Pascasarjana
Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Universitas Udayana
Prof. Dr.Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma
Prof. Dr.dr. A.A Raka Sudewi, Sp.S.(K)
NIP. 19700607 199303 1 001
NIP. 19590215 198510 2 001
iii
Tesis Ini Telah Diuji
Pada Tanggal 15 April 2016
Panitia Penguji Tesis
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana
No
: 1426/UN14.4/HK/2016
Tanggal
: 06 April 2016
Ketua
: Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc., PhD.
Sekretaris
: I Wayan Widhiada, ST., MSc., PhD
Anggota
:
1.
Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT.
2.
Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg.
3.
Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan
tesis dengan judul „‟Perfomansi Briket Biomassa Batok Kelapa Muda Dengan
Variasi Waktu Penahanan Pada Proses Pirolisis Fluidisasi Bed Menggunakan
Media Gas Argon.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapakan rasa terima
kasih
yang sebesar-besarnya kepada Prof I Nyoman Suprapta Winaya, ST,
M.ASc, PhD, selaku Pembimbing I yang telah memberikan Ide dan gagasan
dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa
meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis
mengikuti perkuliahan di Program Magister ini. Terima kasih yang sebesarbesarnya pula penulis sampaikan kepada I Wayan Widhiada, ST, MSc, PhD
selaku Pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaranya telah
memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis.
Ucapan yang sama ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof.
Dr.dr. Ketut Suastika, SpPD, KEMD, atas kesempatan dan fasilitas yang telah
diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan
Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan Terima Kasih ini juga
ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayan yang dijabat
oleh Prof. Dr.dr.A.A. Raka Sudewi, SpS (K) atas kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program
Pascasarjana Universitas Udayana.
Tidak lupa penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada tim penguji
tesis, yaitu Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT, Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana,
M.Erg., Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT yang telah memberikan
saran, arahan, koreksi sehingga Tesis ini dapat terselesaikan tepat waktu.
Penulis Juga mengucapkan terima kasih kepada Made Agus Putrawan, Ida
Bagus Wija selaku teknisi Lab di Kampus Teknik Mesin, Bukit Jimbaran yang
telah meluangkan waktu untuk membantu penulis dalam melaksnakan penelitian
di Laboratorium. Tidak lupa pula kepada rekan – rekan seperjuangan, I GNB
Mahendra Putra, Bayu Nurcahya, Suma, Aris Budi Sulistyo, Trisiswanto Kamid
atas bantuan moral dan dukunganya.
Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak
terhingga kepada Istri tercinta Drh Ketut Ayu Meidiyanti dan anak anak Putu
Mario Baskara dan Made Elina telah memberikan semangat, agar penulis cepat
tamat, serta kesabaranya selama penulis mengikuti proses perkuliahan di Program
Pascasarjana. Disamping itu penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih
kepada Bapak Made Gara (almh) karena sewaktu beliau masih bersama penulis
beliau senantiasa menyemangati agar cepat tamat, serta Ibu tercinta Ni wayan
Ritis serta adik Made Sri Wahyuni, STP, Nyoman Supramita Yoga, ST beserta
istri. Tidak ketinggalan penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Mertua
(Gede Wija Sudarsana), Ibu Mertua (Made Rustini) atas doa serta semangat yang
diberikan kepada penuulis.
Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam tesis ini
masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan arahan, saran,
sanggahan dan kritik yang konstruktif dari pembaca didalam penyempurnaan
tesisi ini. Besar harapan penulis semoga Tesis ini mempunyai manfaat yang
berdaya guna bagi kemajuan teknologi kedepanya.
Denpasar, Februari 2016
Penulis
v
ABSTRAK
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan
minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil,
maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang
terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif.
Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena
ketersediaanya cukup melimpah, batok kelapa muda ini merupakan hasil
sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil,
terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini
tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap
lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami
kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam
proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini,
digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah
keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi
bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan
berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit,
dimana temperatur pirolisis yang digunakan yaitu 523 oK, sehingga dengan
adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut
didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor atas briket batok kelapa muda
meningkat dari 16,33 MJ/Kg menjadi 19,84 MJ/Kg, nilai kalor bawahnya
meningkat dari 15,14 MJ/Kg menjadi 19,36 MJ/Kg. Untuk uji proksimat
analisisnya prosentase kandungan karbon tetapnya meningkat dari 2,46% menjadi
5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%,
kandungan abunya meningkat dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat
volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat
analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi
51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami
penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas yang dihasilkan berfluktuasi
mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar
tersebut.
Adanya variasi waktu penahanan yang diberikan pada briket batok kelapa
muda pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon, mampu
memperbaiki nilai kalor bakar, meningkatkan fixed carbon, dan unsur karbon
serta menurunkan kandungan unsur oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, dan
moisture content, dimana gas mampu bakar yang terbentuk mengikuti trend dari
fluktuasi kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar.
Kata Kunci: pirolisis, fluidisasi bed, batok kelapa muda,
performansi briket
vi
ABSTRACT
THE PERFOMANCE OF BIOMASS BRIQUETTES YOUNG COCONUT
SHELLS WITH DETENTION TIME VARIATION IN THE FLUIDIZED BED
PYROLYSIS PROCESS USING ARGON GAS MEDIA
An increase in energy consumption and a reduction in reserves of oil and coal is a
fuel derived from fossil fuels, then conducted research to find the reserves of
renewable energy sources, biomass has the potential to be developed into an
alternative energy source. The biomass potential for development is young
coconut shells because its availability is relatively abundant, young coconut shells
is a byproduct of the processing of the drinks industry, both scale medium and
small, especially those located in tourist destinations, when young coconut shells
is not managed wisely, it will give unfavorable impact on the environment.
To process these young coconut shells into alternative energy, experiencing
problems, such as high levels of water and smoke, low calorific value, is difficult
in the compacting process, as well as the carbon content is low. So to overcome
this, use pyrolysis technologies for pyrolysis technology offers a number of
advantages, especially pyrolysis fluidized bed. During the process of pyrolysis
fluidized bed is used an argon gas as a medium fluidized and was given treatment
in the form of variations in the time of detention starting from (15, 30, 45 and 60)
minutes, where the temperature pyrolysis used are 523oK, so that with the time
variation of the detention and the use of media the argon gas obtained bio charcoal
briquettes performance was good.
The results were obtained on the calorific value of coconut shell briquette increase
of 16.33 MJ / Kg becomes 19.84 MJ / Kg, below it calorific value increased from
15.14 MJ / Kg be 19.36 MJ / Kg. For the test of proximate analysis of the
percentage of fixed carbon content increased from 2.46% to 5.075%, the moisture
content decreased from 10.41% to 4.73%, ash content increased from 2.2% to
4.83%, volatile matter content fluctuates in the range of 84.92% to 89.22%. For
the ultimate test analysis of the percentage of carbon element content increased
from 43.84% to 51.53%, other elements such as Hydrogen, Oxygen, Nitrogen,
Sulfur decreased. For the test capable of fuel gas, produced gas fluctuates follow
the trend of volatile substances contained in the fuel.
The variation of detention time given on the young coconut shell briquette in the
process of pyrolysis fluidized bed using gaseous medium argon, is able to
improve the calorific value of fuel, increasing fixed carbon, and the carbon
element and reduce the element content of oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, and
moisture content, which capable of fuel gas that is formed following the trend of
the fluctuations in the volatile substances contained in the fuel.
Keywords: pyrolysis, fluidized bed, young coconut shell, performance briquettes
vii
RINGKASAN
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan
minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil,
maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang
terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif.
Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena
ketersediaanya cukup
melimpah, batok kelapa muda
ini merupakan hasil
sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil,
terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini
tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap
lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami
kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam
proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini,
digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah
keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi
bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan
berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit,
dimana temperatur
pirolisis yang digunakan yaitu 523 oK, sehingga dengan
adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut
didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor atas briket batok kelapa muda
meningkat dari 16,33 MJ/Kg menjadi 19,84 MJ/Kg, nilai kalor bawahnya
meningkat dari 15,14 MJ/Kg menjadi 19,36 MJ/Kg. Untuk uji proksimat
analisisnya prosentase kandungan karbon tetapnya meningkat dari 2,46% menjadi
5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%,
kandungan abunya meningkat
dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat
volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat
analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi
51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami
penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas
yang dihasilkan berfluktuasi
mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar
tersebut.
Adanya variasi waktu penahanan yang diberikan pada briket batok kelapa
muda pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon, mampu
memperbaiki nilai kalor bakar, meningkatkan fixed carbon, dan unsur karbon
serta menurunkan kandungan unsur oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, dan
moisture content, dimana gas mampu bakar yang terbentuk mengikuti trend dari
fluktuasi kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar.
viii
DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM………………………………………………………. i
PRASYARAT GELAR………………………………………………….. ii
LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………………... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI……………………………………..
iv
UCAPAN TERIMAKASIH……………………………………………… v
ABSTRAK……………………………………………………………….. vi
ABSTRACT……………………………………………………………… vii
RINGKASAN……………………………………………………………. viii
DAFTAR ISI……………………………………………………………... ix
DAFTAR TABEL ……………………………………………………….. x
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….. xi
DAFTAR ARTI SIMBUL,SINGKTAN…………………………………
xii
DAFTAR LAMPIRAN…..………………………………………………. xiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ………………………………………. 1
1.2 Rumusan Masalah……………………………………. 5
1.3 Tujuan Penelitian……………………………………... 5
1.4 Batasan Masalah……………………………………… 6
1.5 Manfaat Penelitian………………………………......... 6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Biomassa……………………………………... 8
2.2 Kelapa……………………………………………........ 10
2.2.1 Taksonomi Tanaman Kelapa…………………… 10
2.2.2 Asala Tanaman Kelapa……………………….… 10
2.2.3 Ekologi Tanaman Kelapa…………………..…… 10
2.2.4 Pembuahan…………………………………….. 11
2.2.5 Buah Kelapa…………………………………… 11
2.2.6 Hasil Sampingan Buah Kelapa………………… 12
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa……………… 13
2.3
2.4
Definisi Pyrolysis………………………………... 15
Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses
Pirolisis…………………………………………… 16
2.5
Tahapan Pirolisis………………………………… 16
2.6
Keunggulan Pirolisis………………………………. 17
2.7
Definisi Kabonisasi……………………………… 18
2.7.1 Karakteristik Karbonisasi…………………… 18
2.7.2 Reaksi Karbonisasi………………………..
2.8
Pegertian Briket………………………………….
2.8.1 Standarisasi Mutu Briket…………………
2.9
Nilai Kalor bakar…………………………………
19
21
22
23
2.10 Ultimat Analisis…………………….…………..
26
2.11 Proksimat Analis……………………………….
29
2.12 Gas Mulia………………………………………… 30
2.12.1 Sifat – Sifat Gas Argon………………….
30
2.13 Teknologi Fluidisasi Bed…………………………. 31
2.14 Ringkasan Jurnal Penelitian………………………. 33
BAB III
KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS
PENELITIAN
3.1 Kerangka Berpikir……………………………………
36
3.2 Konsep Penelitian……….……………………………
38
3.3 Hipotesis Penelitian…………………………………... 39
BAB IV
METODELOGI PENELITIAN
4.1 Variabel Penelitian…………………………………….. 41
4.2 Waktu dan Lokasi Penelitian…………………………... 41
4.3 Rancangan Alat dan Prosedur Penelitian……………… 43
4.4 Alat Uji ……….……………………………………….. 45
4.5 Peralatan Pendukung…………………………………… 51
4.6 Bahan…………………..……………………………... 52
4.7 Langkah Pengujian…………………………………… 53
4.8 Metode Pengumpulan Data…………………………... 55
4.9 Analisis Data…………………………………………. 56
BAB V
HASIL PENELITIAN
5.1 Karakterisasi Biomassa Batok Kelapa Muda……….... 57
5.2 Serat Penyusun Batok Kelapa Muda…………………. 58
5.2.1 Selulosa………………………………………
58
5.2.2 Hemiselulosa…………………………………… 59
5.2.3 Lignin………………………………………….. 59
5.3 Briket Hasil Pirolisis………………………………….. 60
5.4 Nilai Kalor Bakar Briket Yang Dihasilkan…………… 61
5.5 Proximate Analisis……………………………………. 64
5.5.1 Volatile Matter….……………………………… 65
5.5.2 Karbon Tetap (Fix Karbon)……………………. 66
5.5.3 Moisture Content………………………………… 67
5.5.4 Abu (Ash)……………………………………… 67
5.6 Analisis Ultimat……………………………………… 68
5.6.1 Kandungan Unsur Karbon………………………..69
5.6.2 Kandungan unsure Hidrogen……………………..69
5.6.3 Kandungan unsure Sulfur…..……………………. 70
5.6.4 Kandungan unsure Oksigen…………………… 71
5.6.5 Kandungan unsure Nitrogen…………………….. 72
5.7 Data Pengujian Gas Hasil Pyrolisis………………….… 73
5.7.1 Pengaruh variasi Waktu Penahanan
Terhadap Gas Mampu Bakar………………….. 76
5.7.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
ProduksiGas CO2………………………………. 77
BAB VI
PEMBAHASAN
6.1
Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Nilai Kalor…………………………………………. 78
6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhada
Volatile matter…………………………………….
79
6.3 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Karbon Tetap……………………………………….
80
6.4 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Moisture …………………………………………....
80
6.5 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Abu…………………………………………………... 81
6.6 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Ultimate Analisis……………………………………… 81
6.6.1 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Karbon……………………..…….. 82
6.6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Hidrogen………………………….. 82
6.6.3 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Oksigen…………………….. 83
6.6.4 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Nitrogen……………………. 83
6.6.5 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Sulfur………………………. 84
6.7
Pengaruh Variasi Waktu Penahanan terhadap Gas
mampu Bakar dan CO2…………………………….. 84
6.8 Perubahan Warna Fisik Briket Batok Kelapa
Muda…………………………………………………. 85
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN………………….……….. 87
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
2.1 Nilai RPR Tanaman………………………………………….. 12
2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa…………………………………… 13
2.3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa……………………. 13
2.4 Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan
dan Pantai) ………………………………………………….. 14
2.5 Sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA dan Amerika 23
2.6 Metode Standar Untuk Analisis Komposisi Biomassa……....
28
2.7 Sifat gas argon……………………………………………....
31
2.8 State of The Art……………………………………………...
35
5.1 Komposisi serat Batok Kelapa Muda ……………………..
57
5.2 Data awal hasil pengujian bomb calorimeter……………….
61
5.3 Nilai Kalor Briket…………………………………………..
63
5.4 Analisis Prokimat ………………………………………….
65
5.5 Analisis Ultimat ……………………………………………
68
5.6 Kandungan Gas Hasil pirolisis…….………………………
74
5.7 Nilai abudance Gas CO dan N2……………………………
74
5.8 Kandungan gas briket hasil pirolisis…………………………
75
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.1 Kulit kelapa muda……………………………………………. 2
2.1 Definisi Energi Biomassa…………………………………….. 9
2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon.. 9
2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih
kecil
selama pirolisis………………….……………………… 16
2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa…………………...… ……... 17
2.5 Skema Broide – Shafizadeh termodifikasi…………………… 20
2.6 Klasifikasi bahan bakar padat ditinjau berdasarkan rasio
hidrogen / karbon dan oksigen / karbon………………...……
27
2.7 Fluidisasi bed bergelembung………………………………..
32
3.1 Skematik Konsep Berpikir…………………………………...
37
4.1 Sketsa desain alat percobaan………………………..……….
43
4.2 Perangkat Alat Bomb Kalori Meter………………………….
46
4.3 Gambar Potongan Bomb Kalori Meter…………….………… 47
4.5 Ultimate Analiser…………………………………………….
48
4.6 Proxomate Analiser…………………………………………..
49
4.7 Peralatan Gas Kromatografi……….…………………………
50
4.8 Mesin penghancur batok kelapa muda………………………
51
4.9 Flow Chart Penelitian………………………………………..
55
5.1 Briket Hasil Pirolisis ………………………………………
60
5.2 Nilai kalor briket hasil pirolisis……..……………………….
64
5.3 Volatile Matter……………………………………………….
65
5.4 Kandungan Fixed Karbon……………………………………
66
5.5 Moisture Contents……………………………………………
67
5.6 Kandungan Abu ……………………………………………... 67
5.7 Kandungan unsure Karbon…………………………………... 69
5.8 Kandungan unsure Hidrogen………………………….……... 69
5.9 Kandungan unsure Belerang…………………………….…...
70
5.10 Kandungan unsure Oksigen………………………………...
71
5.11 Kandungan unsure Nitrogen……………………………........ 72
5.12 Kandungan Gas Briket Hasil Pyrolisis ……………….......... 76
5.13 Prosentase Gas Mampu bakar………………………………. 76
5.14 Prosentase Gas Karbon Dioksida………………………….... 77
xi
DAFTAR ARTI SIMBUL
CO2
= Karbon Dioksida
H
= Hydrogen
O2
= Oksigen
CO
= Karbon Monooksida
C
= Karbon
N
= Nitrogen
S
= Sulfur
mair
= Massa air yang mengembun setelah proses pembakaran
mbb
= Massa bahan bakar
hfg.air = Panas laten penguapan air
DAFTAR SINGKATAN
VM
= Volatile Matter
FC
= Fixed Carbon
M
= Moisture
ASH
= Abu
ASTM = American Society for Testing and Material
SNI
= Standar Nasional Indonesia
LHV
= Lower Heating Value
HHV
= Higher Heating Value
FB
= Fluidisasi Bed
xii
DAFTAR PUSTAKA
Agus Putrawan Made, 2013 Simulasi CFD perpindahan panas partikel
padat perkotaan pada reaktor fluidized bed
Amin
Badiaroh,
2013,
Budidaya
Tanaman
Kelapa,
Ditjenbun,
Kementerian Pertanian Republik Indonesia
Bawa Susana, I Gede, Oktober 2009, Peningkatan Nilai Kalor Biomassa
Kotoran Kuda dengan Metode Densifikasi dan Thermolisis,
Universitas Mataram, Jurnal Teknik Mesin Vol. 11, No. 2, 103–107
Boyles, D.T. 1984, Bio-Energy, Technology Thermodynamics and Cost, 1
st ed, John Wiley and Sons, New York
Budiono, chayun, 2003.,”Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan
Energi Terbarukan di Indonesia, Konvensi Kelistrikan Indonesia,
Jakarta
Channiwala, S.A., Parikh, P.P.,2002,‟ A Unified correlation for estimating
HHV of solid, liquid and gaseous fuels:.” Journal of Fuel ,vol 81,
pp. 1051-1063
Clarke,S; F.Preto” 2011 Biomassa desinfication for energy production,
Factsheet ministry of agriculture, Food and rural affairs, Ontario
Daugherty, E.C. , 2001, Biomass Energy System Efficiency: Analyzed
through a Life Cycle Assessment, Lund University
Dewi Pugersari, Achmad Syarief, Dwinita Larasati, Exsperiment
Pembangunan Produk fungsiaonal bernilai komersial berbahan baku
tempurung kelapa muda dengan teknik pelunakan, ITB J. Vis. Art &
Des, Vol. 5, No. 1, 2013, 74-91
Dwi Aries Himawanto, 2010, Pengaruh heating rate pada proses slow
Pyrolisis sampah bamboo dan sampah daun pisang,
Universitas
Sebelas Maret, seminar rekayasa kimia dan prosess, ISSN 14114216
Fang, (2004) Experimental study on rice husk combustion in a CFB. Fuel
Processing Technology, Vol 85, pp. 1273-1282
https://periodeketiga4us.wordpress.com/2010/10/01/argon-ar/(Monday;
31/08/2015; 22.35)
id.wikipedia.org/wiki/Pirolisis
Mahmud, Z. & Ferry, Y. 2005. Prospek Pengolahan Hasil Samping Buah
Kelapa, Jurnal Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan, 4
(2), Bogor: Penelitian dan Pengembangan Perkebunan
Medic Dorde, 2012. Investigation of torrefaction process parameters and
characterization of torerefied biomass, Iowa State university.
M Tirono (1), Ali Sabit (2), April 2011 efek suhu pada proses pengarangan
terhadap nilai kalor arang tempurung kelapa, Jurnal Neutrino, Vol 3
No 2
Pari, 2004. Kajian struktur arang aktif dari serbuk gergaji kayu sebagai
adsorben emisi formaldehida kayu lapis. Disertasi. Sekolah
Pascasarjana Insitut Pertanian Bogor, Bogor
Prabir Basu, 2010, Biomass Gasification And Pyrolysis, Practical Design
And Theory. Elsevier
Prananta, J. 2007. Pemanfaatan Sabut dan Tempurung Kelapa Serta
Cangkang Sawit untuk pembuatan Asap Cair Sebagai Pengawet
Makanan Alami, Laporan Penelitian Making Applied Technology
Work For Marginal People Direktur Eksekutif Jingki Institute),
Lhoksumawe
Shinya Yokoyama, 2008, The Asian Biomass Handbook, The Japan
Institute of Energy.
Speight, J. G. (2013). The Chemistry and Technology of Coal (3 rd Edition
ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press.
Svetlana Landanai, Global Potential of Sustainable Biomass for Energy,
SLU institution for energy och teknik Swedish university of
Agricultural Sciences, 2009
Triono A., 2006. Karakteristik Briket Arang Dari Campuran Serbuk
Gergajian kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung
Kelapa. Departemen Hasil Hutan Fakultas
Kehutanan, IPB
(http://www.pengetahuanlengkap.com/). Nilai Kalor Bahan bakar
Untoro Budi Surono, 2010, Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa
Limbah Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Alternatif dengan
Proses Karbonisasi dan Pembriketan , Universitas Janabadra
Yogyakarta. Jurnal Rekayasa Proses, Vol. 4, No. 1, 13-18
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang:
Untuk menunjang kehidupan manusia diperlukan sejumlah energi yang
akan dipergunakan untuk melakukan aktifitas sehari-hari. Energi ini berasal
dari dua sumber yaitu energi yang dapat diperbaharui dan energi yang tidak
dapat diperbaharui. Adapun sumber energi yang tidak dapat diperbaharui ini
seperti minyak bumi & batu bara jumlah persedianyanya semakin menipis dan
terbatas. Dengan adanya kondisi seperti ini maka manusia untuk dapat tetap
beraktifitas menggunakan energi tersebut dituntut untuk menggunakan energi
secara efisien dan berusaha menemukan cadangan sumber energi baru
yang
dapat diperbaharui sebagai bahan bakar energi alternatif.
Sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui antara lain angin, air,
sinar matahari, geothermal dan biomassa. Menurut Landanai (2009) dari beberapa
jenis sumber energi alternatif, biomassa mempunyai potensi yang paling besar
yaitu 79,9% dan belum begitu banyak dimanfaatkan. Di Indonesia biomassa
yang potensial untuk dimanfaatkan adalah biomassa yang berasal dari batok
kelapa muda. Indonesia menghasilkan 1,1 juta ton/tahun tempurung dengan
kemungkinan energi yang dapat dihasilkan 18,7 x 106 GJ/tahun (budiono,2003).
Tanaman kelapa
banyak terdapat di negara-negara Asia-Pacific yang
menghasilkan 5.276.000 ton produksi dunia dengan luas 8.875.000 Ha. Indonesia
merupakan negara yang memiliki luas tanam 3.334.000 Ha yang tersebar dari
Riau, Jateng, Jabar, Jatim, Jambi, Aceh, Sumut, Sulut NTT, Sulteng, Sulsel dan
2
Maluku (badiaroh 2013). Daging buah kelapa muda ini biasanya digunakan
untuk nata decoco, dan airnya dapat dikonsumsi langsung, sedangkan kulit
buahnya yang berisi tempurung/cangkang keras banyak terbuang dan belum
begitu banyak dimanfaatkan. Apalagi kelapa muda ini banyak dijadikan sebagai
minuman yang dijajakan sebagai pelepas dahaga di beberapa tempat antara lain
restoran, kafe, serta warung di tempat-tempat wisata. Jumlah biomassa batok
kelapa muda ini sangat melimpah
terutama di beberapa tempat destinasi
wisata, sehingga apabila kita tidak bijak mengelola sampah batok kelapa
muda ini maka justru akan menjadi masalah terhadap lingkungan.
Gambar 1.1 Kulit kelapa muda
3
Untuk mengolah
batok kelapa muda ini
diperlukan sejumlah teknologi dan
menjadi energi alternatif
pengetahuan dalam
prosses
konversi
energi. Batok kelapa muda ini dapat dibuat menjadi briket bioarang sebagai
pengganti minyak tanah, batu bara, dan gas alam, yang dipergunakan dalam
kehidupan sehari-hari. Adapun teknologi yang dipergunakan dalam membuat
biobriket ini
adalah teknologi
pirolisis. Pirolisis adalah dekomposisi kimia
bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen
lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia
menjadi fase gas (id.wikipedia.org/wiki/pirolisis). Dengan menggunakan sistem
piroliss ini nilai kalor yang diperoleh dari briket batok kelapa muda akan
tinggi, jumlah kandungan air yang ada pada briket tempurung kelapa muda
akan berkurang drastis, dan akan terbentuk arang yang memiliki lapisan film
yang mencegah kembali terjadinya penyerapan air, sehingga arang yang yang
terbentuk sangat bagus untuk briket.
Selama ini ada beberapa penelitian tentang pirolisis biomassa, yang telah
dilakukan untuk pembuatan briket salah satunya dengan sistem pirolisis/proses
karbonisasi yang dilakukan dapat meningkatkan kandungan karbon dan nilai kalor
briket dari tongkol jagung (Surono,2010). Fluidized Bed (FB) atau disebut juga
unggun terfluidakan merupakan teknologi pengontakan fluida (cair maupun gas)
yang dialirkan melalui material hamparan padat sehingga berprilaku seperti
fluida, luas permukaan bidang kontak yang besar antara fluida (udara) dengan
partikel padat memungkinkan terjadinya keadaan isothermal pada semua kondisi
sehingga di dapatkan efisiensi pembakaran yang tinggi, selain itu kemampuan
4
sistem Fluidized Bed (FB) dalam mengolah bahan bakar berkualitas rendah
memberikan keuntungan dalam upaya pemanfaatan limbah sampah padat sebagai
media hamparan (putrawan 2013). Temperatur karbonasi sangat berpengaruh
terhadap arang yang dihasilkan sehingga penentuan temperatur yang tepat
akan menentukan kwalitas arang (Tirono, et al 2011). Pada proses pirolisis ini,
biomassa dipanaskan pada temperatur 200oC – 500oC dan dengan sedikit atau
tanpa adanya udara maupun oksigen. Umumnya dilakukan pada rentang waktu
antara 30 menit – 2 jam. Hasil yang didapat dari proses pirolisis adalah sebuah
padatan (arang) yang menyimpan 60% - 70% energi yang berasal dari biomassa
tersebut (F Preto,2011). Adanya gas inert (N2) mampu meningkatkan nilai kalor
basah maupun kering dari briket bioarang (Susana,2009). Waktu
penahanan
(holding time) memberikan efek penyempurnaan pirolisis (Himawanto,2010).
untuk meningkatkan nilai kalor dari biomassa harus dikonversi menjadi energi
kimia bioarang terlebih dahulu (boyles, 1984). Proses dekomposisi kimia dengan
menggunakan pemanasan tanpa kehadiran oksigen disebut proses pirolisis atau
bisa disebut thermolisis, di mana pada proses ini menghasilkan produk berupa
bahan bakar padat yaitu karbon. Diketahui bahwa karbon merupakan salah satu
penyusun sumber energi terbesar di dalam briket bioarang (Daugherty, 2001)
Briket batok kelapa muda yang di produksi oleh beberapa usaha industri kecil,
banyak
mengalami permasalahan yaitu: briket yang di produksi
banyak
mengandung asap ketika dibakar, briket yang dibakar cepat habis, kadar air pada
briket tersebut masih cukup tinggi, susah dalam proses kompaksi dan kadar
karbonya rendah. Untuk mengatasi permasalahan ini maka, digunakan teknologi
5
pirolisis fluidisasi bed dengan media gas argon, yang disertai dengan penambahan
perlakuan variasi waktu penahanan sehingga dengan memakai teknologi tersebut
diharapkan perfomansi briket yang dihasilkan menjadi lebih baik.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang ada pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap nilai kalor bakar briket bioarang yang dihasilkan.
2. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap analisis proksimatnya.
3. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap analisis ultimatnya.
4. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap komposisi gas mampu bakar pada briket yang
dihasilkan .
1.3 Tujuan Penelitian:
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed dengan media gas argon pada briket batok kelapa muda
6
terhadap perfomasi briket ( nilai kalor bakar, analisis proksimat, analisis
ultimat, analisis gas).
2. Mampu memperbaiki beberapa kekurangan sifat-sifat briket batok kelapa
muda.
1.4 Batasan Masalah:
Pembatasan masalah dimaksudkan untuk mencegah tidak melebarnya
permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini antara lain:
1. Proses karbonasi dilakukan pada temperatur 523oK.
2. Batok kelapa muda yang dipergunakan mengandung kadar air 10%.
3. Ukuran butiran batok kelapa muda untuk briket 40 mess (1-2) mm.
4. Gas inert yang digunakan adalah gas Argon.
5. Tidak membahas tentang proses pemasukan briket kedalam reaktor.
6. Tidak membahas tekanan kompaksi pada saat pencetakan briket.
7. Tidak membahas penggunaan binder/pengikat dalam proses kompaksi.
8. Tidak membahas fenomena perpindahan panas yang terjadi dalam reactor
9. Tekanan udara dalam reaktor diasumsikan sama dengan tekanan udara luar
sebesar 1 atmosfer.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat mengolah limbah biomassa batok kelapa muda menjadi bahan
bakar alternatif pengganti minyak tanah, batubara dan gas.
7
2. Dapat memberikan masukan kepada para pedagang buah kelapa muda
untuk menjadikan batok kelapa muda sebagai bahan bakar alternatif
ditengah kelangkaan sumber bahan bakar yang terjadi.
3. Membantu pemerintah dalam usaha diversifikasi bahan bakar padat
4. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan
1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Biomassa
Biomassa adalah suatu bahan atau material yang didapatkan dari tanaman
baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi
atau
bahan dalam jumlah
yang
besar. Biomassa
disebut
juga
sebagai
„Fitomassa” dan sering kali diterjemahkan sebagai bioresources atau sumber
daya yang diperoleh dari hayati. Menurut Kamus Bahasa Inggris Oxford istilah
biomassa pertama kali muncul diliteratur pada tahun 1934. Di dalam journal of
marine biology
association, ilmuwan rusia bernama bogorov
menggunakan
biomassa sebagai tatanama. Biomassa merupakan sumber daya terbaharui dan
energi yang diperoleh dari biomassa disebut energi terbarukan. Dari persektif
sumber daya energi definisi umumnya adalah istilah umum untuk sumber daya
hewan dan tumbuhan serta limbah yang berasal darinya dimana ia terkumpul
dalam jangka waktu tertentu (tidak termasuk sumber fosil)
Biomassa sangat
beragam dan berbeda dalam hal sifat kimia, sifat fisis, kadar air, kekuatan
mekanis dan sebagainya dan teknologi konversi menjadi bahan dan energi juga
beragam(yokoyama,2008).
2
Sumber Energi Terbarukan
Biomassa
Kotoran Ternak
Limbah
kertas,
makan
nan,
minyak
, sisa
Limbah (Plastik
Dan Ban)
Jerami Padi
Sekam Padi
Tanaman penghasil
energi (kehutanan,
herbaceus
kayu.
dll
& biomasa air)
Gambar 2.1 Definisi Energi Biomassa (yokoyama,2008).
Sumber daya biomassa dapat digunakan berulang kali dan bersifat tidak terbatas
berdasarkan siklus dasar karbon melalui proses fotosintesis. Sebaliknya sumber
daya fosil secara prinsip bersifat terbatas dan hanya untuk sementara. Selain itu
emisi CO2 yang tidak terbalikan dari pembakaran fosil akan memberikan efek
yang serius terhadap iklim global
[Sumber Daya Biomassa]
[Sumber Daya Fosil ]
CO2/udara)
(use)
(use)
CO2 (**
CO2 (**
atmosfer CO2 )
atmosfer CO2 )
(akumulasi
Gambar 2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon
3
2.2
Kelapa
2.2.1
Taksonomi Tanaman Kelapa
Pohon Kelapa
termasuk kedalam
Kingdom
Plantae,
Divisi
Magnoliophyta, Kelas liliopsoda Orde arecales, Keluarga Arecaceae, dan
genus cocos.
2.2.2
Asal Tanaman Kelapa
Ada 2 pandangan yang berbeda mengenai asal kelapa. Salah satunya
adalah kelapa berasal dari amerika karena beberapa spesies di dalam
genus cocos hanya bisa ditemukan di amerika, dan kehadiran kelapa di
amerika telah dicatat dalam sejarah. Disisi lain ada juga orang lain yang
mengatakan bahwa kelapa berasal dari Asia seperti yang ditunjukan
melalui penemuan buah dari spesies cocos di dalam deposit Pleiocene di
Auckland utara selandia baru, keberadaan kelapa di asia tenggara lebih
beragam dibandingkan dengan di amerika serta alasan alasan lainya.
2.2.3
Ekologi Tanaman Kelapa
Kelapa merupakan tumbuhan yang menyukai matahari dan membutuhkan
cahaya matahari yang cukup untuk proses fotosintesis dan menaikan suhu
udara. Ia dapat tumbuh paling baik pada suhu rata-rata 27oC dan bersifat
sensitive pada suhu yang rendah. Kelapa juga tumbuh dengan baik pada
distribusi hujan antara 1300 sampai 2300 mm per tahun. Kelapa mungkin
bahkan dapat tumbuh dengan baik pada curah hujan 3800 mm per tahun
atau lebih apabila tanah tempat tumbuhnya memiliki system drainase yang
baik. Tanah yang terbaik untuk proses tumbuhnya tanaman kelapa
4
adalah tanah yang matang dan dalam seperti berpasir, berlempung,
berdebu atau tanah liat dengan struktur bergranular.
2.2.4
Pembuahan
Varietas kelapa yang berbeda akan berbuah pada usia yang berbeda
pula varietas kerdil
akan
mulai
berbuah
pada
usia 3-4 tahun
penanaman sedangkan varietas yang tinggi akan dimulai setelah usia 57 tahun, cahaya matahari, distribusi hujan dan suhu yang kompleks
mengakibatkan keberkalaan hasil buah dibulan bulan yang berbeda
dalam setahun. Hasil penelitian menunjukan bahwa hasil yang lebih
banyak adalah diperoleh antara bulan maret sampai juni.
2.2.5
Buah Kelapa
Buah Kelapa sebenarnya merupakan pelok yang berbiji satu. Diluarnya
ada kulit aslinya berwarna hijau tetapi akan berubah menjadi warna coklat
ketika dipetik dan dikeringkan. Di dalam bagian luar daripada buah ada
mesokrap yang terdiri atas pembuluh. Serat ini disebut dengan sabut, dan
digunakan untuk tikar dan tali. Tempurung dapat digunakan sebagai
wadah dan digunakan secara luas oleh para pengrajin untuk membuat
perhiasan dan dekorasi. Bagian berikutnya ada lapisan biji yang tipis
dan ada daging putih atau disebut sebagai kopra/santan. Baik kopra
maupun santan merupakan bagian endosperm dari biji kelapa. Kelapa
merupakan pohon yang unik diantara lainya karena mengandung
cairan endosperm yang membanjiri embrio yang muda itu. Awalnya
santan itu agak manis dan kopra berbentuk tipis akan tetapi ketika biji
5
itu telah mulai matang cairan itu akan berubah menjadi padatan
endosperm yang kaya akan minyak ( trigliserida). Endosperm yang
keras itu di panen, dikeringkan kemudian diperas untuk menghasilakna
minyak yang secara luas.
2.2.6
Hasil Sampingan Buah Kelapa
Hasil sampingan utama dari kelapa adalah tempurung kelapa, sabut
kelapa dan pelapah kelapa. Tempurung kelapa bisa dirubah menjadi
karbon aktif sedangkan sabut kelapa dapat diolah untuk menghasilkan
arang tempurung kelapa, sabut kelapa dan serbuk sabut. Jumlah residu
yang dihasilkan selama setahun di dalam negeri adalah setara dengan
hasil dari nilai rasio atau residu dengan produk (RPR) untuk residu yang
tertentu dan produksi tahunanan tanaman atau produk. Nilai RPR Untuk
tanaman utama disajikan dalam table 1 berikut.
Residu Pertanian
RPR
Tempurung kelapa
0,15
sabut kelapa
0,33
Pelepah kelapa
0,33
Tabel 2.1. Nilai RPR Tanaman (yokoyama,2008).
Tabel 2 Menunjukan nilai kalor dari residu kelapa yang umum digunakan dalam
dunia industry.
6
Jenis Residu Kelapa
Nilai Kalor Kcal.Kg
Tempurung kelapa
4436 ( I. Cruz)
Arang Tempurung Kelapa
6540 ( Lozada)
Arang Sabut Kelapa
6320ozada)
Tabel 2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa (yokoyama,2008).
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa
Berat dan tebal tempurung sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa.
Berat tempurung sekitar 15-19% bobot total buah kelapa dengan ketebalan
3-5 mm (Ferry Y,2005). Tempurung kelapa termasuk golongan kayu keras
(pranata J 2007) secara kimiawi memiliki komposisi kimiawi yang hampir
mirip dengan kayu, seperti yang tercantum pada Tabel 2.3
Komponen
Prosentase (%)
Cellulose
33,61
Hemicellulose
29,27
Lignin
36,51
Tabel 2. 3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa secara umum
Pada Tabel 2 dijelaskan bahwa berdasarkan asal lokasi pohon kelapa
ditanam, tempurung kelapa dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pohon
kelapa yang ditanam di daerah pegunungan dan pohon kelapa yang ditanam
7
di daerah pantai. Perbedaan tempat tumbuh pohon kelapa akan
menghasilkan ketebalan dan kekerasan tempurung kelapa yang berbeda.
Tabel 2. 4. Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan dan Pantai)
(pugersari, et al)
Pohon kelapa yang hidup di daerah pegunungan memiliki tempurung
dengan ketebalan dan kekerasan yang lebih besar dari pada pohon kelapa
yang hidup di daerah pantai. Perbedaan ketebalan dan kekerasan tempurung
berpengaruh pada cara produksi dan produk yang dihasilkan. Tempurung
kelapa dengan ketebalan dan kekerasanan lebih rendah akan bersifat lebih
lunak dan lebih mudah untuk diolah dibandingkan tempurung kelapa dengan
ketebalan dan kekerasan lebih tinggi. Kekerasan tempurung juga
berpengaruh pada umur pakai peralatan produksi, di mana umur peralatan
produksi pengolah tempurung kelapa yang lebih tebal dan keras memiliki
umur yang cenderung lebih pendek.
8
2.3
Definisi Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi bahan kimia organik melalui proses
pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainya, dimana material mentah
akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas, pada tingkat tertentu
untuk suhu maksimum, yang dikenal sebagai temperatur pirolisis, dan
menahannya di sana untuk waktu yang ditentukan. Dalam proses pirolisis ini ada
tiga produk dalam prosesnya yaitu: gas, pirolisis oil, dan arang, besarnya produk
yang akan dihasilkan dipengaruhi oleh kondisi proses terutama temperature dan
laju pemansan. Perbedaan utama proses pirolisis dengan gasifikasi dan insenerasi
adalah dalam hal jumlah oksigen yang disupply ke raktor thermal. Adapun reaksi
pembakaran selama proses pirolisis adalah sebagai berikut:
Heat ( 500~600 oC)
(C6H12O6)m
(Biomassa)
CH3COOH+…) + C
(Char)
( H2+CO+CH4 +…….+ C5H12) + (H2O+…+CH3OH +
( gas )
( Liqiud )
9
Gambar.2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih kecil
selama pirolisis (prabir basu,2010)
2.4
Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Pirolisis
1. Bahan baku disini meliputi komposisi kimia penyusus material dan kadar
air yang ada pada material tersebut.
2. Type Reaktor, type reactor ini ada 2 jenis yaitu vertical shaft ( batch
reactor dan rotataing turbular/fluidized bed reactor.
3. Kondisi operasi meliputi suhu/temperatur pada saat proses pyrolisis serta
waktu pirolisis (waktu tinggal).
2.5
Tahapan Pirolisis
Tahapan dalam proses pirolisis ini dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu:
1. Proses primer
Proses primer adalah proses pirolisis yang
(umpan), pirolisis primer ini
terjadi pada
terjadi pada suhu
bahan baku
dibawah 600 oCdan
10
produk penguraian
yang
pembentukan arang ini
utama
adalah
karbon/arang, proses
terjadi karena adanya energi panas yang
mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang komplek
teruarai sebagian besar menjadi karbon atau arang.
2. Pirolisis Sekunder
Pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi pada partikel dan gas atau
uap hasil pirolisis primer, pirolisis sekunder terjadi padasuhu > 600 oC
berlangsung cepat dan produk penguraian yang dihasilkan adalah gas
karbon monoksida(CO), Hydrogen(H2), senyawa-senyawa hydrocarbon
berbentuk gas dan tar, pirolisis sekunder ini merupakan dasar proses yang
digunakan pada system
gasifikasi (gas producer) dimana biomassa
diuraikan untuk memperoleh gas bahan bakar karbon monoksida (CO)
Gambar 2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa (prabir basu,2010)
2.6 Keunggulan Pirolisis:
1.
Dapat mereduksi gas buang yang dihasilkan
11
2. Kondisi operasi proses pirolisis bisa diatur sesuai keinginan tergantung
kualitas produk yang dihasilkan
3. Pirolisis menyediakan kontrol suhu yang baik dan seragam di semua
bagian unit reactor, terutama pirolisis fluidisasi bed.
4. Hasil produk dari proses pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan
mudah dalam penangananya .
1.7
Definisi Karbonisasi.
Karbonisasi adalah proses pemansan batubara/biomassa sampai suhu dan
waktu tertentu berkisar antara 200oC sampai >1000oC pada kondisi sedikit
oksigen untuk menghilangkan kandungan zat terbang (Volatile matter) sehingga
dihasilkan padatan yang berupa arang batubara/biomassa dengan hasil sampingan
berupa tar dan gas, fungsi utama karbonisasi adalah meningkatkan nilai kalor
karena pelepasan kandungan air dan juga pembentukan tar yang bisa berfungsi
sebagai coating film yang mencegah penyerapan kandungan air.
1.7.1
Karakteristik Karbonisasi
Karbonisasi adalah konversi energi klasik dari suatu biomassa, mirip
dengan proses pembakaran. Dimana tujuan
utama
dari
proses
karbonisasi ini adalah peningkatan nilai kalor dari produk arang yang
padat dimana hal ini memiliki dua sisi dari pencairan dan gasifikasi.
Pencairan
berarti
sesuai dengan proses
pirolisis biasa, operasi
komersial awal diperiksa bersama sama dengan proses tekanan tinggi.
Akan tetapi tar yang diperoleh (minyak) memiliki hasil yang rendah
(
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
TESIS
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA
NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
i
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS
FLUIDISASI BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister
Pada Program Magister Teknik Mesin,
Program Pascasarjana Universitas Udayana
I WAYAN AMBARA ANTARA
NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
ii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI
PADA TANGGAL 15 APRIL 2016
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, PhD
I Wayan Widhiada, ST, M.Sc, PhD
NIP. 19691231 199412 1 001
NIP. 19681119 199412 1 002
Mengetahui
Ketua Program Pasca Sarjana Teknik Mesin
Direktur
Program Pascasarjana
Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Universitas Udayana
Prof. Dr.Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma
Prof. Dr.dr. A.A Raka Sudewi, Sp.S.(K)
NIP. 19700607 199303 1 001
NIP. 19590215 198510 2 001
iii
Tesis Ini Telah Diuji
Pada Tanggal 15 April 2016
Panitia Penguji Tesis
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana
No
: 1426/UN14.4/HK/2016
Tanggal
: 06 April 2016
Ketua
: Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc., PhD.
Sekretaris
: I Wayan Widhiada, ST., MSc., PhD
Anggota
:
1.
Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT.
2.
Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg.
3.
Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT
iv
UCAPAN TERIMA KASIH
Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan
tesis dengan judul „‟Perfomansi Briket Biomassa Batok Kelapa Muda Dengan
Variasi Waktu Penahanan Pada Proses Pirolisis Fluidisasi Bed Menggunakan
Media Gas Argon.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapakan rasa terima
kasih
yang sebesar-besarnya kepada Prof I Nyoman Suprapta Winaya, ST,
M.ASc, PhD, selaku Pembimbing I yang telah memberikan Ide dan gagasan
dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa
meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis
mengikuti perkuliahan di Program Magister ini. Terima kasih yang sebesarbesarnya pula penulis sampaikan kepada I Wayan Widhiada, ST, MSc, PhD
selaku Pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaranya telah
memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis.
Ucapan yang sama ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof.
Dr.dr. Ketut Suastika, SpPD, KEMD, atas kesempatan dan fasilitas yang telah
diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan
Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan Terima Kasih ini juga
ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayan yang dijabat
oleh Prof. Dr.dr.A.A. Raka Sudewi, SpS (K) atas kesempatan yang diberikan
kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program
Pascasarjana Universitas Udayana.
Tidak lupa penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada tim penguji
tesis, yaitu Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT, Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana,
M.Erg., Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT yang telah memberikan
saran, arahan, koreksi sehingga Tesis ini dapat terselesaikan tepat waktu.
Penulis Juga mengucapkan terima kasih kepada Made Agus Putrawan, Ida
Bagus Wija selaku teknisi Lab di Kampus Teknik Mesin, Bukit Jimbaran yang
telah meluangkan waktu untuk membantu penulis dalam melaksnakan penelitian
di Laboratorium. Tidak lupa pula kepada rekan – rekan seperjuangan, I GNB
Mahendra Putra, Bayu Nurcahya, Suma, Aris Budi Sulistyo, Trisiswanto Kamid
atas bantuan moral dan dukunganya.
Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak
terhingga kepada Istri tercinta Drh Ketut Ayu Meidiyanti dan anak anak Putu
Mario Baskara dan Made Elina telah memberikan semangat, agar penulis cepat
tamat, serta kesabaranya selama penulis mengikuti proses perkuliahan di Program
Pascasarjana. Disamping itu penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih
kepada Bapak Made Gara (almh) karena sewaktu beliau masih bersama penulis
beliau senantiasa menyemangati agar cepat tamat, serta Ibu tercinta Ni wayan
Ritis serta adik Made Sri Wahyuni, STP, Nyoman Supramita Yoga, ST beserta
istri. Tidak ketinggalan penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Mertua
(Gede Wija Sudarsana), Ibu Mertua (Made Rustini) atas doa serta semangat yang
diberikan kepada penuulis.
Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam tesis ini
masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan arahan, saran,
sanggahan dan kritik yang konstruktif dari pembaca didalam penyempurnaan
tesisi ini. Besar harapan penulis semoga Tesis ini mempunyai manfaat yang
berdaya guna bagi kemajuan teknologi kedepanya.
Denpasar, Februari 2016
Penulis
v
ABSTRAK
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan
minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil,
maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang
terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif.
Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena
ketersediaanya cukup melimpah, batok kelapa muda ini merupakan hasil
sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil,
terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini
tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap
lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami
kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam
proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini,
digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah
keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi
bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan
berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit,
dimana temperatur pirolisis yang digunakan yaitu 523 oK, sehingga dengan
adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut
didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor atas briket batok kelapa muda
meningkat dari 16,33 MJ/Kg menjadi 19,84 MJ/Kg, nilai kalor bawahnya
meningkat dari 15,14 MJ/Kg menjadi 19,36 MJ/Kg. Untuk uji proksimat
analisisnya prosentase kandungan karbon tetapnya meningkat dari 2,46% menjadi
5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%,
kandungan abunya meningkat dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat
volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat
analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi
51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami
penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas yang dihasilkan berfluktuasi
mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar
tersebut.
Adanya variasi waktu penahanan yang diberikan pada briket batok kelapa
muda pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon, mampu
memperbaiki nilai kalor bakar, meningkatkan fixed carbon, dan unsur karbon
serta menurunkan kandungan unsur oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, dan
moisture content, dimana gas mampu bakar yang terbentuk mengikuti trend dari
fluktuasi kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar.
Kata Kunci: pirolisis, fluidisasi bed, batok kelapa muda,
performansi briket
vi
ABSTRACT
THE PERFOMANCE OF BIOMASS BRIQUETTES YOUNG COCONUT
SHELLS WITH DETENTION TIME VARIATION IN THE FLUIDIZED BED
PYROLYSIS PROCESS USING ARGON GAS MEDIA
An increase in energy consumption and a reduction in reserves of oil and coal is a
fuel derived from fossil fuels, then conducted research to find the reserves of
renewable energy sources, biomass has the potential to be developed into an
alternative energy source. The biomass potential for development is young
coconut shells because its availability is relatively abundant, young coconut shells
is a byproduct of the processing of the drinks industry, both scale medium and
small, especially those located in tourist destinations, when young coconut shells
is not managed wisely, it will give unfavorable impact on the environment.
To process these young coconut shells into alternative energy, experiencing
problems, such as high levels of water and smoke, low calorific value, is difficult
in the compacting process, as well as the carbon content is low. So to overcome
this, use pyrolysis technologies for pyrolysis technology offers a number of
advantages, especially pyrolysis fluidized bed. During the process of pyrolysis
fluidized bed is used an argon gas as a medium fluidized and was given treatment
in the form of variations in the time of detention starting from (15, 30, 45 and 60)
minutes, where the temperature pyrolysis used are 523oK, so that with the time
variation of the detention and the use of media the argon gas obtained bio charcoal
briquettes performance was good.
The results were obtained on the calorific value of coconut shell briquette increase
of 16.33 MJ / Kg becomes 19.84 MJ / Kg, below it calorific value increased from
15.14 MJ / Kg be 19.36 MJ / Kg. For the test of proximate analysis of the
percentage of fixed carbon content increased from 2.46% to 5.075%, the moisture
content decreased from 10.41% to 4.73%, ash content increased from 2.2% to
4.83%, volatile matter content fluctuates in the range of 84.92% to 89.22%. For
the ultimate test analysis of the percentage of carbon element content increased
from 43.84% to 51.53%, other elements such as Hydrogen, Oxygen, Nitrogen,
Sulfur decreased. For the test capable of fuel gas, produced gas fluctuates follow
the trend of volatile substances contained in the fuel.
The variation of detention time given on the young coconut shell briquette in the
process of pyrolysis fluidized bed using gaseous medium argon, is able to
improve the calorific value of fuel, increasing fixed carbon, and the carbon
element and reduce the element content of oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, and
moisture content, which capable of fuel gas that is formed following the trend of
the fluctuations in the volatile substances contained in the fuel.
Keywords: pyrolysis, fluidized bed, young coconut shell, performance briquettes
vii
RINGKASAN
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN
VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan
minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil,
maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang
terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif.
Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena
ketersediaanya cukup
melimpah, batok kelapa muda
ini merupakan hasil
sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil,
terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini
tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap
lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami
kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam
proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini,
digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah
keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi
bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan
berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit,
dimana temperatur
pirolisis yang digunakan yaitu 523 oK, sehingga dengan
adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut
didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor atas briket batok kelapa muda
meningkat dari 16,33 MJ/Kg menjadi 19,84 MJ/Kg, nilai kalor bawahnya
meningkat dari 15,14 MJ/Kg menjadi 19,36 MJ/Kg. Untuk uji proksimat
analisisnya prosentase kandungan karbon tetapnya meningkat dari 2,46% menjadi
5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%,
kandungan abunya meningkat
dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat
volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat
analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi
51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami
penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas
yang dihasilkan berfluktuasi
mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar
tersebut.
Adanya variasi waktu penahanan yang diberikan pada briket batok kelapa
muda pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon, mampu
memperbaiki nilai kalor bakar, meningkatkan fixed carbon, dan unsur karbon
serta menurunkan kandungan unsur oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, dan
moisture content, dimana gas mampu bakar yang terbentuk mengikuti trend dari
fluktuasi kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar.
viii
DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM………………………………………………………. i
PRASYARAT GELAR………………………………………………….. ii
LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………………... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI……………………………………..
iv
UCAPAN TERIMAKASIH……………………………………………… v
ABSTRAK……………………………………………………………….. vi
ABSTRACT……………………………………………………………… vii
RINGKASAN……………………………………………………………. viii
DAFTAR ISI……………………………………………………………... ix
DAFTAR TABEL ……………………………………………………….. x
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….. xi
DAFTAR ARTI SIMBUL,SINGKTAN…………………………………
xii
DAFTAR LAMPIRAN…..………………………………………………. xiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ………………………………………. 1
1.2 Rumusan Masalah……………………………………. 5
1.3 Tujuan Penelitian……………………………………... 5
1.4 Batasan Masalah……………………………………… 6
1.5 Manfaat Penelitian………………………………......... 6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Biomassa……………………………………... 8
2.2 Kelapa……………………………………………........ 10
2.2.1 Taksonomi Tanaman Kelapa…………………… 10
2.2.2 Asala Tanaman Kelapa……………………….… 10
2.2.3 Ekologi Tanaman Kelapa…………………..…… 10
2.2.4 Pembuahan…………………………………….. 11
2.2.5 Buah Kelapa…………………………………… 11
2.2.6 Hasil Sampingan Buah Kelapa………………… 12
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa……………… 13
2.3
2.4
Definisi Pyrolysis………………………………... 15
Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses
Pirolisis…………………………………………… 16
2.5
Tahapan Pirolisis………………………………… 16
2.6
Keunggulan Pirolisis………………………………. 17
2.7
Definisi Kabonisasi……………………………… 18
2.7.1 Karakteristik Karbonisasi…………………… 18
2.7.2 Reaksi Karbonisasi………………………..
2.8
Pegertian Briket………………………………….
2.8.1 Standarisasi Mutu Briket…………………
2.9
Nilai Kalor bakar…………………………………
19
21
22
23
2.10 Ultimat Analisis…………………….…………..
26
2.11 Proksimat Analis……………………………….
29
2.12 Gas Mulia………………………………………… 30
2.12.1 Sifat – Sifat Gas Argon………………….
30
2.13 Teknologi Fluidisasi Bed…………………………. 31
2.14 Ringkasan Jurnal Penelitian………………………. 33
BAB III
KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS
PENELITIAN
3.1 Kerangka Berpikir……………………………………
36
3.2 Konsep Penelitian……….……………………………
38
3.3 Hipotesis Penelitian…………………………………... 39
BAB IV
METODELOGI PENELITIAN
4.1 Variabel Penelitian…………………………………….. 41
4.2 Waktu dan Lokasi Penelitian…………………………... 41
4.3 Rancangan Alat dan Prosedur Penelitian……………… 43
4.4 Alat Uji ……….……………………………………….. 45
4.5 Peralatan Pendukung…………………………………… 51
4.6 Bahan…………………..……………………………... 52
4.7 Langkah Pengujian…………………………………… 53
4.8 Metode Pengumpulan Data…………………………... 55
4.9 Analisis Data…………………………………………. 56
BAB V
HASIL PENELITIAN
5.1 Karakterisasi Biomassa Batok Kelapa Muda……….... 57
5.2 Serat Penyusun Batok Kelapa Muda…………………. 58
5.2.1 Selulosa………………………………………
58
5.2.2 Hemiselulosa…………………………………… 59
5.2.3 Lignin………………………………………….. 59
5.3 Briket Hasil Pirolisis………………………………….. 60
5.4 Nilai Kalor Bakar Briket Yang Dihasilkan…………… 61
5.5 Proximate Analisis……………………………………. 64
5.5.1 Volatile Matter….……………………………… 65
5.5.2 Karbon Tetap (Fix Karbon)……………………. 66
5.5.3 Moisture Content………………………………… 67
5.5.4 Abu (Ash)……………………………………… 67
5.6 Analisis Ultimat……………………………………… 68
5.6.1 Kandungan Unsur Karbon………………………..69
5.6.2 Kandungan unsure Hidrogen……………………..69
5.6.3 Kandungan unsure Sulfur…..……………………. 70
5.6.4 Kandungan unsure Oksigen…………………… 71
5.6.5 Kandungan unsure Nitrogen…………………….. 72
5.7 Data Pengujian Gas Hasil Pyrolisis………………….… 73
5.7.1 Pengaruh variasi Waktu Penahanan
Terhadap Gas Mampu Bakar………………….. 76
5.7.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
ProduksiGas CO2………………………………. 77
BAB VI
PEMBAHASAN
6.1
Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Nilai Kalor…………………………………………. 78
6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhada
Volatile matter…………………………………….
79
6.3 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Karbon Tetap……………………………………….
80
6.4 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Moisture …………………………………………....
80
6.5 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Abu…………………………………………………... 81
6.6 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Ultimate Analisis……………………………………… 81
6.6.1 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Karbon……………………..…….. 82
6.6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Hidrogen………………………….. 82
6.6.3 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Oksigen…………………….. 83
6.6.4 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Nitrogen……………………. 83
6.6.5 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Unsur Sulfur………………………. 84
6.7
Pengaruh Variasi Waktu Penahanan terhadap Gas
mampu Bakar dan CO2…………………………….. 84
6.8 Perubahan Warna Fisik Briket Batok Kelapa
Muda…………………………………………………. 85
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN………………….……….. 87
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
2.1 Nilai RPR Tanaman………………………………………….. 12
2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa…………………………………… 13
2.3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa……………………. 13
2.4 Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan
dan Pantai) ………………………………………………….. 14
2.5 Sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA dan Amerika 23
2.6 Metode Standar Untuk Analisis Komposisi Biomassa……....
28
2.7 Sifat gas argon……………………………………………....
31
2.8 State of The Art……………………………………………...
35
5.1 Komposisi serat Batok Kelapa Muda ……………………..
57
5.2 Data awal hasil pengujian bomb calorimeter……………….
61
5.3 Nilai Kalor Briket…………………………………………..
63
5.4 Analisis Prokimat ………………………………………….
65
5.5 Analisis Ultimat ……………………………………………
68
5.6 Kandungan Gas Hasil pirolisis…….………………………
74
5.7 Nilai abudance Gas CO dan N2……………………………
74
5.8 Kandungan gas briket hasil pirolisis…………………………
75
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.1 Kulit kelapa muda……………………………………………. 2
2.1 Definisi Energi Biomassa…………………………………….. 9
2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon.. 9
2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih
kecil
selama pirolisis………………….……………………… 16
2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa…………………...… ……... 17
2.5 Skema Broide – Shafizadeh termodifikasi…………………… 20
2.6 Klasifikasi bahan bakar padat ditinjau berdasarkan rasio
hidrogen / karbon dan oksigen / karbon………………...……
27
2.7 Fluidisasi bed bergelembung………………………………..
32
3.1 Skematik Konsep Berpikir…………………………………...
37
4.1 Sketsa desain alat percobaan………………………..……….
43
4.2 Perangkat Alat Bomb Kalori Meter………………………….
46
4.3 Gambar Potongan Bomb Kalori Meter…………….………… 47
4.5 Ultimate Analiser…………………………………………….
48
4.6 Proxomate Analiser…………………………………………..
49
4.7 Peralatan Gas Kromatografi……….…………………………
50
4.8 Mesin penghancur batok kelapa muda………………………
51
4.9 Flow Chart Penelitian………………………………………..
55
5.1 Briket Hasil Pirolisis ………………………………………
60
5.2 Nilai kalor briket hasil pirolisis……..……………………….
64
5.3 Volatile Matter……………………………………………….
65
5.4 Kandungan Fixed Karbon……………………………………
66
5.5 Moisture Contents……………………………………………
67
5.6 Kandungan Abu ……………………………………………... 67
5.7 Kandungan unsure Karbon…………………………………... 69
5.8 Kandungan unsure Hidrogen………………………….……... 69
5.9 Kandungan unsure Belerang…………………………….…...
70
5.10 Kandungan unsure Oksigen………………………………...
71
5.11 Kandungan unsure Nitrogen……………………………........ 72
5.12 Kandungan Gas Briket Hasil Pyrolisis ……………….......... 76
5.13 Prosentase Gas Mampu bakar………………………………. 76
5.14 Prosentase Gas Karbon Dioksida………………………….... 77
xi
DAFTAR ARTI SIMBUL
CO2
= Karbon Dioksida
H
= Hydrogen
O2
= Oksigen
CO
= Karbon Monooksida
C
= Karbon
N
= Nitrogen
S
= Sulfur
mair
= Massa air yang mengembun setelah proses pembakaran
mbb
= Massa bahan bakar
hfg.air = Panas laten penguapan air
DAFTAR SINGKATAN
VM
= Volatile Matter
FC
= Fixed Carbon
M
= Moisture
ASH
= Abu
ASTM = American Society for Testing and Material
SNI
= Standar Nasional Indonesia
LHV
= Lower Heating Value
HHV
= Higher Heating Value
FB
= Fluidisasi Bed
xii
DAFTAR PUSTAKA
Agus Putrawan Made, 2013 Simulasi CFD perpindahan panas partikel
padat perkotaan pada reaktor fluidized bed
Amin
Badiaroh,
2013,
Budidaya
Tanaman
Kelapa,
Ditjenbun,
Kementerian Pertanian Republik Indonesia
Bawa Susana, I Gede, Oktober 2009, Peningkatan Nilai Kalor Biomassa
Kotoran Kuda dengan Metode Densifikasi dan Thermolisis,
Universitas Mataram, Jurnal Teknik Mesin Vol. 11, No. 2, 103–107
Boyles, D.T. 1984, Bio-Energy, Technology Thermodynamics and Cost, 1
st ed, John Wiley and Sons, New York
Budiono, chayun, 2003.,”Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan
Energi Terbarukan di Indonesia, Konvensi Kelistrikan Indonesia,
Jakarta
Channiwala, S.A., Parikh, P.P.,2002,‟ A Unified correlation for estimating
HHV of solid, liquid and gaseous fuels:.” Journal of Fuel ,vol 81,
pp. 1051-1063
Clarke,S; F.Preto” 2011 Biomassa desinfication for energy production,
Factsheet ministry of agriculture, Food and rural affairs, Ontario
Daugherty, E.C. , 2001, Biomass Energy System Efficiency: Analyzed
through a Life Cycle Assessment, Lund University
Dewi Pugersari, Achmad Syarief, Dwinita Larasati, Exsperiment
Pembangunan Produk fungsiaonal bernilai komersial berbahan baku
tempurung kelapa muda dengan teknik pelunakan, ITB J. Vis. Art &
Des, Vol. 5, No. 1, 2013, 74-91
Dwi Aries Himawanto, 2010, Pengaruh heating rate pada proses slow
Pyrolisis sampah bamboo dan sampah daun pisang,
Universitas
Sebelas Maret, seminar rekayasa kimia dan prosess, ISSN 14114216
Fang, (2004) Experimental study on rice husk combustion in a CFB. Fuel
Processing Technology, Vol 85, pp. 1273-1282
https://periodeketiga4us.wordpress.com/2010/10/01/argon-ar/(Monday;
31/08/2015; 22.35)
id.wikipedia.org/wiki/Pirolisis
Mahmud, Z. & Ferry, Y. 2005. Prospek Pengolahan Hasil Samping Buah
Kelapa, Jurnal Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan, 4
(2), Bogor: Penelitian dan Pengembangan Perkebunan
Medic Dorde, 2012. Investigation of torrefaction process parameters and
characterization of torerefied biomass, Iowa State university.
M Tirono (1), Ali Sabit (2), April 2011 efek suhu pada proses pengarangan
terhadap nilai kalor arang tempurung kelapa, Jurnal Neutrino, Vol 3
No 2
Pari, 2004. Kajian struktur arang aktif dari serbuk gergaji kayu sebagai
adsorben emisi formaldehida kayu lapis. Disertasi. Sekolah
Pascasarjana Insitut Pertanian Bogor, Bogor
Prabir Basu, 2010, Biomass Gasification And Pyrolysis, Practical Design
And Theory. Elsevier
Prananta, J. 2007. Pemanfaatan Sabut dan Tempurung Kelapa Serta
Cangkang Sawit untuk pembuatan Asap Cair Sebagai Pengawet
Makanan Alami, Laporan Penelitian Making Applied Technology
Work For Marginal People Direktur Eksekutif Jingki Institute),
Lhoksumawe
Shinya Yokoyama, 2008, The Asian Biomass Handbook, The Japan
Institute of Energy.
Speight, J. G. (2013). The Chemistry and Technology of Coal (3 rd Edition
ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press.
Svetlana Landanai, Global Potential of Sustainable Biomass for Energy,
SLU institution for energy och teknik Swedish university of
Agricultural Sciences, 2009
Triono A., 2006. Karakteristik Briket Arang Dari Campuran Serbuk
Gergajian kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung
Kelapa. Departemen Hasil Hutan Fakultas
Kehutanan, IPB
(http://www.pengetahuanlengkap.com/). Nilai Kalor Bahan bakar
Untoro Budi Surono, 2010, Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa
Limbah Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Alternatif dengan
Proses Karbonisasi dan Pembriketan , Universitas Janabadra
Yogyakarta. Jurnal Rekayasa Proses, Vol. 4, No. 1, 13-18
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang:
Untuk menunjang kehidupan manusia diperlukan sejumlah energi yang
akan dipergunakan untuk melakukan aktifitas sehari-hari. Energi ini berasal
dari dua sumber yaitu energi yang dapat diperbaharui dan energi yang tidak
dapat diperbaharui. Adapun sumber energi yang tidak dapat diperbaharui ini
seperti minyak bumi & batu bara jumlah persedianyanya semakin menipis dan
terbatas. Dengan adanya kondisi seperti ini maka manusia untuk dapat tetap
beraktifitas menggunakan energi tersebut dituntut untuk menggunakan energi
secara efisien dan berusaha menemukan cadangan sumber energi baru
yang
dapat diperbaharui sebagai bahan bakar energi alternatif.
Sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui antara lain angin, air,
sinar matahari, geothermal dan biomassa. Menurut Landanai (2009) dari beberapa
jenis sumber energi alternatif, biomassa mempunyai potensi yang paling besar
yaitu 79,9% dan belum begitu banyak dimanfaatkan. Di Indonesia biomassa
yang potensial untuk dimanfaatkan adalah biomassa yang berasal dari batok
kelapa muda. Indonesia menghasilkan 1,1 juta ton/tahun tempurung dengan
kemungkinan energi yang dapat dihasilkan 18,7 x 106 GJ/tahun (budiono,2003).
Tanaman kelapa
banyak terdapat di negara-negara Asia-Pacific yang
menghasilkan 5.276.000 ton produksi dunia dengan luas 8.875.000 Ha. Indonesia
merupakan negara yang memiliki luas tanam 3.334.000 Ha yang tersebar dari
Riau, Jateng, Jabar, Jatim, Jambi, Aceh, Sumut, Sulut NTT, Sulteng, Sulsel dan
2
Maluku (badiaroh 2013). Daging buah kelapa muda ini biasanya digunakan
untuk nata decoco, dan airnya dapat dikonsumsi langsung, sedangkan kulit
buahnya yang berisi tempurung/cangkang keras banyak terbuang dan belum
begitu banyak dimanfaatkan. Apalagi kelapa muda ini banyak dijadikan sebagai
minuman yang dijajakan sebagai pelepas dahaga di beberapa tempat antara lain
restoran, kafe, serta warung di tempat-tempat wisata. Jumlah biomassa batok
kelapa muda ini sangat melimpah
terutama di beberapa tempat destinasi
wisata, sehingga apabila kita tidak bijak mengelola sampah batok kelapa
muda ini maka justru akan menjadi masalah terhadap lingkungan.
Gambar 1.1 Kulit kelapa muda
3
Untuk mengolah
batok kelapa muda ini
diperlukan sejumlah teknologi dan
menjadi energi alternatif
pengetahuan dalam
prosses
konversi
energi. Batok kelapa muda ini dapat dibuat menjadi briket bioarang sebagai
pengganti minyak tanah, batu bara, dan gas alam, yang dipergunakan dalam
kehidupan sehari-hari. Adapun teknologi yang dipergunakan dalam membuat
biobriket ini
adalah teknologi
pirolisis. Pirolisis adalah dekomposisi kimia
bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen
lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia
menjadi fase gas (id.wikipedia.org/wiki/pirolisis). Dengan menggunakan sistem
piroliss ini nilai kalor yang diperoleh dari briket batok kelapa muda akan
tinggi, jumlah kandungan air yang ada pada briket tempurung kelapa muda
akan berkurang drastis, dan akan terbentuk arang yang memiliki lapisan film
yang mencegah kembali terjadinya penyerapan air, sehingga arang yang yang
terbentuk sangat bagus untuk briket.
Selama ini ada beberapa penelitian tentang pirolisis biomassa, yang telah
dilakukan untuk pembuatan briket salah satunya dengan sistem pirolisis/proses
karbonisasi yang dilakukan dapat meningkatkan kandungan karbon dan nilai kalor
briket dari tongkol jagung (Surono,2010). Fluidized Bed (FB) atau disebut juga
unggun terfluidakan merupakan teknologi pengontakan fluida (cair maupun gas)
yang dialirkan melalui material hamparan padat sehingga berprilaku seperti
fluida, luas permukaan bidang kontak yang besar antara fluida (udara) dengan
partikel padat memungkinkan terjadinya keadaan isothermal pada semua kondisi
sehingga di dapatkan efisiensi pembakaran yang tinggi, selain itu kemampuan
4
sistem Fluidized Bed (FB) dalam mengolah bahan bakar berkualitas rendah
memberikan keuntungan dalam upaya pemanfaatan limbah sampah padat sebagai
media hamparan (putrawan 2013). Temperatur karbonasi sangat berpengaruh
terhadap arang yang dihasilkan sehingga penentuan temperatur yang tepat
akan menentukan kwalitas arang (Tirono, et al 2011). Pada proses pirolisis ini,
biomassa dipanaskan pada temperatur 200oC – 500oC dan dengan sedikit atau
tanpa adanya udara maupun oksigen. Umumnya dilakukan pada rentang waktu
antara 30 menit – 2 jam. Hasil yang didapat dari proses pirolisis adalah sebuah
padatan (arang) yang menyimpan 60% - 70% energi yang berasal dari biomassa
tersebut (F Preto,2011). Adanya gas inert (N2) mampu meningkatkan nilai kalor
basah maupun kering dari briket bioarang (Susana,2009). Waktu
penahanan
(holding time) memberikan efek penyempurnaan pirolisis (Himawanto,2010).
untuk meningkatkan nilai kalor dari biomassa harus dikonversi menjadi energi
kimia bioarang terlebih dahulu (boyles, 1984). Proses dekomposisi kimia dengan
menggunakan pemanasan tanpa kehadiran oksigen disebut proses pirolisis atau
bisa disebut thermolisis, di mana pada proses ini menghasilkan produk berupa
bahan bakar padat yaitu karbon. Diketahui bahwa karbon merupakan salah satu
penyusun sumber energi terbesar di dalam briket bioarang (Daugherty, 2001)
Briket batok kelapa muda yang di produksi oleh beberapa usaha industri kecil,
banyak
mengalami permasalahan yaitu: briket yang di produksi
banyak
mengandung asap ketika dibakar, briket yang dibakar cepat habis, kadar air pada
briket tersebut masih cukup tinggi, susah dalam proses kompaksi dan kadar
karbonya rendah. Untuk mengatasi permasalahan ini maka, digunakan teknologi
5
pirolisis fluidisasi bed dengan media gas argon, yang disertai dengan penambahan
perlakuan variasi waktu penahanan sehingga dengan memakai teknologi tersebut
diharapkan perfomansi briket yang dihasilkan menjadi lebih baik.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang ada pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap nilai kalor bakar briket bioarang yang dihasilkan.
2. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap analisis proksimatnya.
3. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap analisis ultimatnya.
4. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok
kelapa muda terhadap komposisi gas mampu bakar pada briket yang
dihasilkan .
1.3 Tujuan Penelitian:
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed dengan media gas argon pada briket batok kelapa muda
6
terhadap perfomasi briket ( nilai kalor bakar, analisis proksimat, analisis
ultimat, analisis gas).
2. Mampu memperbaiki beberapa kekurangan sifat-sifat briket batok kelapa
muda.
1.4 Batasan Masalah:
Pembatasan masalah dimaksudkan untuk mencegah tidak melebarnya
permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini antara lain:
1. Proses karbonasi dilakukan pada temperatur 523oK.
2. Batok kelapa muda yang dipergunakan mengandung kadar air 10%.
3. Ukuran butiran batok kelapa muda untuk briket 40 mess (1-2) mm.
4. Gas inert yang digunakan adalah gas Argon.
5. Tidak membahas tentang proses pemasukan briket kedalam reaktor.
6. Tidak membahas tekanan kompaksi pada saat pencetakan briket.
7. Tidak membahas penggunaan binder/pengikat dalam proses kompaksi.
8. Tidak membahas fenomena perpindahan panas yang terjadi dalam reactor
9. Tekanan udara dalam reaktor diasumsikan sama dengan tekanan udara luar
sebesar 1 atmosfer.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat mengolah limbah biomassa batok kelapa muda menjadi bahan
bakar alternatif pengganti minyak tanah, batubara dan gas.
7
2. Dapat memberikan masukan kepada para pedagang buah kelapa muda
untuk menjadikan batok kelapa muda sebagai bahan bakar alternatif
ditengah kelangkaan sumber bahan bakar yang terjadi.
3. Membantu pemerintah dalam usaha diversifikasi bahan bakar padat
4. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan
1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Biomassa
Biomassa adalah suatu bahan atau material yang didapatkan dari tanaman
baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi
atau
bahan dalam jumlah
yang
besar. Biomassa
disebut
juga
sebagai
„Fitomassa” dan sering kali diterjemahkan sebagai bioresources atau sumber
daya yang diperoleh dari hayati. Menurut Kamus Bahasa Inggris Oxford istilah
biomassa pertama kali muncul diliteratur pada tahun 1934. Di dalam journal of
marine biology
association, ilmuwan rusia bernama bogorov
menggunakan
biomassa sebagai tatanama. Biomassa merupakan sumber daya terbaharui dan
energi yang diperoleh dari biomassa disebut energi terbarukan. Dari persektif
sumber daya energi definisi umumnya adalah istilah umum untuk sumber daya
hewan dan tumbuhan serta limbah yang berasal darinya dimana ia terkumpul
dalam jangka waktu tertentu (tidak termasuk sumber fosil)
Biomassa sangat
beragam dan berbeda dalam hal sifat kimia, sifat fisis, kadar air, kekuatan
mekanis dan sebagainya dan teknologi konversi menjadi bahan dan energi juga
beragam(yokoyama,2008).
2
Sumber Energi Terbarukan
Biomassa
Kotoran Ternak
Limbah
kertas,
makan
nan,
minyak
, sisa
Limbah (Plastik
Dan Ban)
Jerami Padi
Sekam Padi
Tanaman penghasil
energi (kehutanan,
herbaceus
kayu.
dll
& biomasa air)
Gambar 2.1 Definisi Energi Biomassa (yokoyama,2008).
Sumber daya biomassa dapat digunakan berulang kali dan bersifat tidak terbatas
berdasarkan siklus dasar karbon melalui proses fotosintesis. Sebaliknya sumber
daya fosil secara prinsip bersifat terbatas dan hanya untuk sementara. Selain itu
emisi CO2 yang tidak terbalikan dari pembakaran fosil akan memberikan efek
yang serius terhadap iklim global
[Sumber Daya Biomassa]
[Sumber Daya Fosil ]
CO2/udara)
(use)
(use)
CO2 (**
CO2 (**
atmosfer CO2 )
atmosfer CO2 )
(akumulasi
Gambar 2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon
3
2.2
Kelapa
2.2.1
Taksonomi Tanaman Kelapa
Pohon Kelapa
termasuk kedalam
Kingdom
Plantae,
Divisi
Magnoliophyta, Kelas liliopsoda Orde arecales, Keluarga Arecaceae, dan
genus cocos.
2.2.2
Asal Tanaman Kelapa
Ada 2 pandangan yang berbeda mengenai asal kelapa. Salah satunya
adalah kelapa berasal dari amerika karena beberapa spesies di dalam
genus cocos hanya bisa ditemukan di amerika, dan kehadiran kelapa di
amerika telah dicatat dalam sejarah. Disisi lain ada juga orang lain yang
mengatakan bahwa kelapa berasal dari Asia seperti yang ditunjukan
melalui penemuan buah dari spesies cocos di dalam deposit Pleiocene di
Auckland utara selandia baru, keberadaan kelapa di asia tenggara lebih
beragam dibandingkan dengan di amerika serta alasan alasan lainya.
2.2.3
Ekologi Tanaman Kelapa
Kelapa merupakan tumbuhan yang menyukai matahari dan membutuhkan
cahaya matahari yang cukup untuk proses fotosintesis dan menaikan suhu
udara. Ia dapat tumbuh paling baik pada suhu rata-rata 27oC dan bersifat
sensitive pada suhu yang rendah. Kelapa juga tumbuh dengan baik pada
distribusi hujan antara 1300 sampai 2300 mm per tahun. Kelapa mungkin
bahkan dapat tumbuh dengan baik pada curah hujan 3800 mm per tahun
atau lebih apabila tanah tempat tumbuhnya memiliki system drainase yang
baik. Tanah yang terbaik untuk proses tumbuhnya tanaman kelapa
4
adalah tanah yang matang dan dalam seperti berpasir, berlempung,
berdebu atau tanah liat dengan struktur bergranular.
2.2.4
Pembuahan
Varietas kelapa yang berbeda akan berbuah pada usia yang berbeda
pula varietas kerdil
akan
mulai
berbuah
pada
usia 3-4 tahun
penanaman sedangkan varietas yang tinggi akan dimulai setelah usia 57 tahun, cahaya matahari, distribusi hujan dan suhu yang kompleks
mengakibatkan keberkalaan hasil buah dibulan bulan yang berbeda
dalam setahun. Hasil penelitian menunjukan bahwa hasil yang lebih
banyak adalah diperoleh antara bulan maret sampai juni.
2.2.5
Buah Kelapa
Buah Kelapa sebenarnya merupakan pelok yang berbiji satu. Diluarnya
ada kulit aslinya berwarna hijau tetapi akan berubah menjadi warna coklat
ketika dipetik dan dikeringkan. Di dalam bagian luar daripada buah ada
mesokrap yang terdiri atas pembuluh. Serat ini disebut dengan sabut, dan
digunakan untuk tikar dan tali. Tempurung dapat digunakan sebagai
wadah dan digunakan secara luas oleh para pengrajin untuk membuat
perhiasan dan dekorasi. Bagian berikutnya ada lapisan biji yang tipis
dan ada daging putih atau disebut sebagai kopra/santan. Baik kopra
maupun santan merupakan bagian endosperm dari biji kelapa. Kelapa
merupakan pohon yang unik diantara lainya karena mengandung
cairan endosperm yang membanjiri embrio yang muda itu. Awalnya
santan itu agak manis dan kopra berbentuk tipis akan tetapi ketika biji
5
itu telah mulai matang cairan itu akan berubah menjadi padatan
endosperm yang kaya akan minyak ( trigliserida). Endosperm yang
keras itu di panen, dikeringkan kemudian diperas untuk menghasilakna
minyak yang secara luas.
2.2.6
Hasil Sampingan Buah Kelapa
Hasil sampingan utama dari kelapa adalah tempurung kelapa, sabut
kelapa dan pelapah kelapa. Tempurung kelapa bisa dirubah menjadi
karbon aktif sedangkan sabut kelapa dapat diolah untuk menghasilkan
arang tempurung kelapa, sabut kelapa dan serbuk sabut. Jumlah residu
yang dihasilkan selama setahun di dalam negeri adalah setara dengan
hasil dari nilai rasio atau residu dengan produk (RPR) untuk residu yang
tertentu dan produksi tahunanan tanaman atau produk. Nilai RPR Untuk
tanaman utama disajikan dalam table 1 berikut.
Residu Pertanian
RPR
Tempurung kelapa
0,15
sabut kelapa
0,33
Pelepah kelapa
0,33
Tabel 2.1. Nilai RPR Tanaman (yokoyama,2008).
Tabel 2 Menunjukan nilai kalor dari residu kelapa yang umum digunakan dalam
dunia industry.
6
Jenis Residu Kelapa
Nilai Kalor Kcal.Kg
Tempurung kelapa
4436 ( I. Cruz)
Arang Tempurung Kelapa
6540 ( Lozada)
Arang Sabut Kelapa
6320ozada)
Tabel 2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa (yokoyama,2008).
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa
Berat dan tebal tempurung sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa.
Berat tempurung sekitar 15-19% bobot total buah kelapa dengan ketebalan
3-5 mm (Ferry Y,2005). Tempurung kelapa termasuk golongan kayu keras
(pranata J 2007) secara kimiawi memiliki komposisi kimiawi yang hampir
mirip dengan kayu, seperti yang tercantum pada Tabel 2.3
Komponen
Prosentase (%)
Cellulose
33,61
Hemicellulose
29,27
Lignin
36,51
Tabel 2. 3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa secara umum
Pada Tabel 2 dijelaskan bahwa berdasarkan asal lokasi pohon kelapa
ditanam, tempurung kelapa dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pohon
kelapa yang ditanam di daerah pegunungan dan pohon kelapa yang ditanam
7
di daerah pantai. Perbedaan tempat tumbuh pohon kelapa akan
menghasilkan ketebalan dan kekerasan tempurung kelapa yang berbeda.
Tabel 2. 4. Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan dan Pantai)
(pugersari, et al)
Pohon kelapa yang hidup di daerah pegunungan memiliki tempurung
dengan ketebalan dan kekerasan yang lebih besar dari pada pohon kelapa
yang hidup di daerah pantai. Perbedaan ketebalan dan kekerasan tempurung
berpengaruh pada cara produksi dan produk yang dihasilkan. Tempurung
kelapa dengan ketebalan dan kekerasanan lebih rendah akan bersifat lebih
lunak dan lebih mudah untuk diolah dibandingkan tempurung kelapa dengan
ketebalan dan kekerasan lebih tinggi. Kekerasan tempurung juga
berpengaruh pada umur pakai peralatan produksi, di mana umur peralatan
produksi pengolah tempurung kelapa yang lebih tebal dan keras memiliki
umur yang cenderung lebih pendek.
8
2.3
Definisi Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi bahan kimia organik melalui proses
pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainya, dimana material mentah
akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas, pada tingkat tertentu
untuk suhu maksimum, yang dikenal sebagai temperatur pirolisis, dan
menahannya di sana untuk waktu yang ditentukan. Dalam proses pirolisis ini ada
tiga produk dalam prosesnya yaitu: gas, pirolisis oil, dan arang, besarnya produk
yang akan dihasilkan dipengaruhi oleh kondisi proses terutama temperature dan
laju pemansan. Perbedaan utama proses pirolisis dengan gasifikasi dan insenerasi
adalah dalam hal jumlah oksigen yang disupply ke raktor thermal. Adapun reaksi
pembakaran selama proses pirolisis adalah sebagai berikut:
Heat ( 500~600 oC)
(C6H12O6)m
(Biomassa)
CH3COOH+…) + C
(Char)
( H2+CO+CH4 +…….+ C5H12) + (H2O+…+CH3OH +
( gas )
( Liqiud )
9
Gambar.2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih kecil
selama pirolisis (prabir basu,2010)
2.4
Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Pirolisis
1. Bahan baku disini meliputi komposisi kimia penyusus material dan kadar
air yang ada pada material tersebut.
2. Type Reaktor, type reactor ini ada 2 jenis yaitu vertical shaft ( batch
reactor dan rotataing turbular/fluidized bed reactor.
3. Kondisi operasi meliputi suhu/temperatur pada saat proses pyrolisis serta
waktu pirolisis (waktu tinggal).
2.5
Tahapan Pirolisis
Tahapan dalam proses pirolisis ini dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu:
1. Proses primer
Proses primer adalah proses pirolisis yang
(umpan), pirolisis primer ini
terjadi pada
terjadi pada suhu
bahan baku
dibawah 600 oCdan
10
produk penguraian
yang
pembentukan arang ini
utama
adalah
karbon/arang, proses
terjadi karena adanya energi panas yang
mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang komplek
teruarai sebagian besar menjadi karbon atau arang.
2. Pirolisis Sekunder
Pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi pada partikel dan gas atau
uap hasil pirolisis primer, pirolisis sekunder terjadi padasuhu > 600 oC
berlangsung cepat dan produk penguraian yang dihasilkan adalah gas
karbon monoksida(CO), Hydrogen(H2), senyawa-senyawa hydrocarbon
berbentuk gas dan tar, pirolisis sekunder ini merupakan dasar proses yang
digunakan pada system
gasifikasi (gas producer) dimana biomassa
diuraikan untuk memperoleh gas bahan bakar karbon monoksida (CO)
Gambar 2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa (prabir basu,2010)
2.6 Keunggulan Pirolisis:
1.
Dapat mereduksi gas buang yang dihasilkan
11
2. Kondisi operasi proses pirolisis bisa diatur sesuai keinginan tergantung
kualitas produk yang dihasilkan
3. Pirolisis menyediakan kontrol suhu yang baik dan seragam di semua
bagian unit reactor, terutama pirolisis fluidisasi bed.
4. Hasil produk dari proses pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan
mudah dalam penangananya .
1.7
Definisi Karbonisasi.
Karbonisasi adalah proses pemansan batubara/biomassa sampai suhu dan
waktu tertentu berkisar antara 200oC sampai >1000oC pada kondisi sedikit
oksigen untuk menghilangkan kandungan zat terbang (Volatile matter) sehingga
dihasilkan padatan yang berupa arang batubara/biomassa dengan hasil sampingan
berupa tar dan gas, fungsi utama karbonisasi adalah meningkatkan nilai kalor
karena pelepasan kandungan air dan juga pembentukan tar yang bisa berfungsi
sebagai coating film yang mencegah penyerapan kandungan air.
1.7.1
Karakteristik Karbonisasi
Karbonisasi adalah konversi energi klasik dari suatu biomassa, mirip
dengan proses pembakaran. Dimana tujuan
utama
dari
proses
karbonisasi ini adalah peningkatan nilai kalor dari produk arang yang
padat dimana hal ini memiliki dua sisi dari pencairan dan gasifikasi.
Pencairan
berarti
sesuai dengan proses
pirolisis biasa, operasi
komersial awal diperiksa bersama sama dengan proses tekanan tinggi.
Akan tetapi tar yang diperoleh (minyak) memiliki hasil yang rendah
(