banjarmasin, 7-8 oktober 2015 studi eksperimental bio oil ... · pada gambar 4. berikut: gambar 5....

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-69

STUDI EKSPERIMENTAL BIO OIL BERBAHAN BAKU LIMBAH SISAMAKANAN DENGAN VARIASI TEMPERATUR PIROLISIS

,Apip Amrullah1, Yuli Ristianingsih2, Aqli Mursadin1, Chairul Abdi3

1Progam Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat2Progam Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat

3 Progam Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat

Fakultas Teknik Universitas Lambung MangkuratJl. A.Yani KM.36 Banjarbaru Kalimantan Selatan 70714 Tlp (0511)472646, Indonesia

Email : [email protected]

ABSTRAK

Limbah sisa makanan ini sangat berpotensi mengakibatkan pencemaran lingkungan sehingga perludiolah untuk meminimalisasi pencemaran lingkungan dan meningkatkan nilai ekonomisnya. Salah satupenanganan limbah sisa makanan adalah dengan mengkonversinya menjadi energi alternatif seperti briketbiomassa. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh suhu pirolisis dan jenis perekat (perekat kanjidan campuran perekat kanji dengan residu plastik hasil pirolisis) terhadap karakteristik bio oil dan karakteristikbriket biomassa. Penelitian ini dilakukan dalam sebuah reaktor pirolisis pada suhu 300, 400, 500 dan 6000Cselama 3 jam. Briket biomassa hasil pirolisis kemudian dihaluskan dengan ukuran 40 mesh dan dicampurdengan perekat sebelum dicetak. Karakteristik bio oil yang dihasilkan dari masing-masing sampel adalah daritemperratur 300oC persentase bio oil sebesar 27,52% dan terus meningkat menjadi 76,44% pada teperatuepirolisis 600oC, sedangkan untuk briket biomassa yang diperoleh mempunyai nilai kalor berkisar antara4685,8857-6818,6112 kalori/gram, kadar air antara 5,0210-6,3332%, kadar abu antara 5,4728-12,6949%,kadar volatil antara 13,5768-67,8862% dan fixed carbon berkisar antara 21,5222-67,2906%. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa penambahan residu plastik hasil pirolisis dalam perekat dapat meningkatkan nilai kalordari briket biomassa rata-rata sebesar 3,86%.

Kata kunci: bio oil, limbah sisa makanan, pirolisis, residu plastik, nilai kalor.

ABSTRACT

The rest of the food waste is potentially lead to pollution of the environment that needs to be processed tominimize environmental pollution and increase economic value. One waste management is to convert food wasteinto alternative energy such as biomass briquettes. This study aimed to study the effect of pyrolysis temperatureand the type of adhesive (adhesive starch and starch glue mixture with plastic residues result of pyrolysis) on thecharacteristics of bio oil and biomass briquettes characteristics. This research was conducted in a pyrolysisreactor at a temperature of 300, 400, 500 and 6000C for 3 hours. Briquette biomass pyrolysis results thensmoothed with a size of 40 mesh and mixed with an adhesive before printing. Characteristics of bio oil producedfrom each sample is from 300oC temperratur bio oil percentage of 27.52% and continued to increase to 76.44%on pyrolysis teperatue 600oC, while for the biomass obtained briquettes have a calorific value ranging between4685,8857- 6818.6112 calories / gram, the water content of between 5.0210 to 6.3332%, between 5.4728 to12.6949% ash content, volatile content of between 13.5768 to 67.8862% and fixed carbon ranges between21.5222 -67.2906%. The results showed that the addition of plastic residue pyrolysis results in adhesives canimprove the calorific value of the biomass briquettes average of 3.86%.

Keywords: bio oil, waste food, pyrolysis, residual plastic, calorific value.


KE-69

1. PENDAHULUAN

Meningkatnya limbah perkotaan terutamalimbah yang berasal dari sisa makanan telahmenimbulkan berbagai permasalahanlingkungan. Bukan hanya pemandangan taksedap atau bau busuk yang ditimbulkannyatetapi juga ancaman terhadap kesehatanmasyarakat, polusi udara, pencemaran airserta menjatuhkan nilai dan kualitas saranakota yang ada (Hardayanto, 2013). Sehinggaperlu dilakukan penanganan terhadap limbahsisa makanan tersebut. Salah satu cara yangdigunakan untuk mengolah limbah dari sisamakanan adalah dengan mengkonversinyamenjadi bahan bakar alternatif yaitu briketbiomassa dengan teknologi pirolisis.

Pirolisis merupakan proses degradasitermal suatu material tanpa melibatkanoksigen (Sampath dan Babu, 2005). Prosespirolisis biomassa akan menghasilkan produkutama berupa bio oil, arang dan gastergantung dari kondisi pirolisis (Bridgwater,1999). Umumnya proses pirolisis berlangsungpada suhu di atas 300 oC dalam waktu 3-7jam. Namun keadaan ini sangat bergantungpada bahan baku dan cara pembuatannya(Demirbas, 2005). Energi panas yangdibutuhkan pada proses ini dapat bersumberdari tenaga listrik maupun dari tungkupembakaran dengan bahan bakar berupalimbah kayu seperti potongan-potongan kayu,serbuk gergaji, dan lain-lain.

Penggunaan teknologi pirolisis untukmengatasi sampah organik dapat mengurangivolume sampah dan mengatasi dampakpencemaran lingkungan yang disebabkan olehadanya sampah organik. Pirolisis sampahorganik akan menghasilkan produk berupaarang dan asap cair. Arang selain bermanfaatsebagai sumber energi juga dapatdimanfaatkan sebagai bahan pembangunkesuburan tanah (Gusmailina dan Pari, 2002)dan juga dapat diolah menjadi arang aktifyang bernilai ekonomis lebih tinggi. Produkasap cair hasil pirolisis diperoleh dengan carakondensasi asap melalui kondensor. Proseskondensasi asap menjadi asap cair sangatbermanfaat bagi perlindungan pencemaranudara yang ditimbulkan oleh proses pirolisis.Di samping itu, asap cair yang mengandung

sejumlah senyawa kimia diperkirakanberpotensi sebagai bahan baku zat pengawet,antioksidan, desinfektan ataupun sebagaibiopestisida (Nurhayati, 2000).

Pembuatan briket dari bahan yang berbasisbiomassa telah dilakukan oleh beberapapeneliti terdahulu, seperti briket biomassatempurung biji jarak (Sudradjat et al., 2006),briket serbuk gergajian kayu (Triono, 2006;Wijayanti, 2009; Hendra, 2000). Zandersondkk (1999) dalam penelitiannya mengkajipengaruh temperatur karbonisasi terhadapkandungan karbon terikat dalam arang yangdihasilkan dari ampas tebu. Hasilnyamenunjukkan bahwa dalam tahapan-tahapankenaikan temperatur karbonisasi dari 320ºCsampai 600ºC diperoleh kadar karbon yangsemakin bertambah.

Pembuatan briket biomassa umumnyamemerlukan penambahan bahan perekatuntuk meningkatkan sifat fisik dari briket.Adanya penambahan kadar perekat yangsesuai pada pembuatan briket akanmeningkatkan nilai kalor briket tersebut.Sudradjat et al (2006) menyatakan bahwajenis perekat yang digunakan pada pembuatanbriket berpengaruh terhadap kerapatan,ketahanan tekan, nilai kalor bakar, kadar air,dan kadar abu. Penggunaan jenis dan kadarperekat pada pembuatan briket merupakansalah satu faktor penting dalam pembuatanbriket (Riseanggara, 2008).

Penelitian ini bertujuan mengetahuipengaruh suhu pirolisis terhadap komposisiproduk hasil pirolisis limbah sisa makanan.Yakni mengenai produksi bi oil dankarakteristik dari briket biomass. Selain itujuga untuk mengetahui pengaruh jenis perekatkanji dan campuran perekat kanji denganresidu plastik hasil pirolisis terhadapkarakteristik briket biomassa seperti nilaikalor, kadar air, kadar abu, kadar volatil danfixed carbon.

2. METODE PENELITIAN

Bahan

Bahan utama yang digunakan dalampenelitian ini adalah limbah dari sisa makananyang diperoleh dari kantin Fakultas Teknikdan PAU Universitas Gadjah Mada.


KE-69

Sedangkan bahan pembantu yang digunakansebagai zat perekat briket berasal dari larutankanji serta campuran larutan kanji dan residuplastik.

Alat Penelitian

Alat penelitian proses pembuatan briketdari limbah sisa makanan berupa reaktorpirolisis yang dilengkapi dengan kondensoruntuk mengkondensasikan gas hasil pirolisisdan termokopel yang berfungsi untukmengontrol dan menjaga suhu sesuai denganyang diinginkan. Rangkaian alat pirolisissecara lengkap terlihat pada Gambar 1.berikut:

Gambar 1. Rangkaian Alat Pirolisis

Prosedur Penelitian

Penelitian diawali dengan mengeringkanlimbah sisa makanan di bawah sinar matahariselama 3 hari. Hal ini dilakukan untukmengurangi kandungan kadar air yangterkandung di dalam bahan baku. Kemudianbahan baku limbah sisa makanan yang telahkering tersebut dimasukkan ke dalam reaktorpirolisis. Proses pirolisis dijalankan denganvariabel suhu pirolisis 300, 400, 500 dan6000C selama 3 jam.

Briket arang hasil pirolisis dilakukanpengecilan ukuran partikel dengan caraditumbuk kemudian disaring dengan ukuranpartikel sebesar 40 mesh. Setelah disaringkemudian briket dicampur dengan bahanperekat berupa larutan kanji 10% sertacampuran larutan kanji dan residu plastikhasil pirolisis. Campuran briket dengan bahanperekat kemudian dicetak dengan alat

pencetak briket dan dioven. Briket yangdiperoleh kemudian dianalisis untukmengetahui karakteristik dari briket itusendiri. Analisis briket yang dilakukan padapenelitian ini meliputi: analisis kadar air,kadar volatil, kadar abu, fixed karbon dannilai kalor.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh Suhu Terhadap Produk HasilPirolisis

Pengaruh suhu dipelajari untuk mengetahuikomposisi produk hasil pirolisis dan untukmengetahui karakteristik briket seperti nilaikalor, kadar air, kadar volatil, kadar abu,Fixed carbon pada berbagai suhu. Tahapan inidipelajari dengan memvariasikan suhupirolisis 300,400,500 dan 6000C. Pengaruhsuhu terhadap komposisi produk hasilpirolisis secara rinci disajikan pada Tabel 1berikut:

Tabel 1. Pengaruh Suhu Terhadap komposisiProduk Hasil Pirolisis

Suhu (0C) % Briket % Asap cair

300 72,48 27,52

400 57,16 42,84

500 39,17 60,83

600 23,56 76,44

Berdasarkan Tabel 1 diatas dapat diketahuibahwa briket hasil pirolisis yang dihasilkanmenurun dengan meningkatnya suhu pirolisis,dan ini akan terlihat berbanding terbalikdengan produksi asap cairnya. Semakin tinggisuhu pirolisis, produksi dari asap cairmeningkat sampai dengan 76,44%, sepertiyang terlihat dalam gambar 2. Hal inidikarekana pada suhu yang tinggi limbah sisamakanan akan terdekomposisi menjadi asapcair dan gas yang tidak dapat terkondensasi.Menurut Besler dan Williams (1992) gas hasilpirolisis yang tidak dapat terkondensasikanadalah gas CO, CO2 dan CH4. Yield briketmaksimum yang diperoleh pada penelitian iniadalah 72,48% pada suhu 3000C.


KE-69

Gambar 2. Pengaruh Suhu Pirolisis TerhadapProduksi Bio Oil

Nilai Kalor

Nilai kalor merupakan parameter yangperlu diketahui dari suatu bahan bakar untukmengetahui panas pembakaran yang dapatdihasilkan oleh bahan bakar itu sendiri.Semakin tinggi nilai kalor suatu bahan bakarmaka kualitas bahan bakar tersebut akansemakin baik. berdasarkan hasil penelitian,nilai kalor briket berdasarkan pengaruh suhupirolisis dan jenis perekat dapat dilihat padaGambar 2 berikut:

Gambar 3. Pengaruh Jenis Perekat TerhadapNilai Kalor

Gambar 3. memperlihatkan bahwa semakintinggi suhu pirolisis maka nilai kalor suatubriket akan semakin meningkat. Hal inidikarenakan semakin tinggi suhu akansemakin bayak kandungan air pada briketyang diuapkan. Penambahan residu plastikhasil pirolisis dapat meningkatkan nilai kalorbriket rata-rata sebesar 3,86%. Nilai kalormaksimum briket yg diperoleh padapenelitian ini adalah 6762,1809 kalori/gram

dengan perekat campuran perekat kanji danresidu plastik hasil pirolisis pada suhupirolisis 6000C.

Kadar Air

Kadar air merupakan bayaknya air yangterkandung dalam suatu bahan. Kandungan airdalam bahan bakar sangat mempengaruhikualitas bahan bakar itu sendiri. Kadar airpada briket diharapkan serendah mungkinagar dapat menghasilkan nilai kalor yangtinggi dan akan menghasilkan briket yangmudah dalam penyalaan atau pembakaranawalnya. Semakin tinggi kadar air maka nilaikalornya akan semakin rendah. Hal inidisebabkan energi yang dihasilkan akanbanyak terserap untuk menguapkan air. Kadarair briket hasil penelitian dapat dilihat padaGambar 4. berikut:

Gambar 4. Pengaruh Jenis Perekat TerhadapKadar Air

Berdasarkan Gambar 4. kadar air suatubriket menurun dengan meningkatnya suhupirolisis. Penurunan kadar air ini akanmengakibatkan nilai kalor briket meningkat.Penambahan residu plastik hasil pirolisisdapat mengurangi kadar air briket sebesar5,7%. Kadar air minimum diperoleh padabriket dengan campuran perekat kanji danresidu plastik pada suhu pirolisis 6000Csebesar 5,0856%.

Kadar Abu

Kadar abu merupakan kandungan bahanmineral umumnya silika yang terkandungdalam bahan bakar padat yang tidak dapatterbakar dalam proses pembakaran. Nilai


KE-69

kadar abu briket hasil penelitian dapat dilihatpada Gambar 4. berikut:

Gambar 5. Pengaruh Jenis Perekat TerhadapKadar Abu

Menurut Jamilatun (2011), kandungankadar abu akan menurunkan mutu bahanbakar padat karena dapat menurunkan nilaikalor. Penambahan residu plastik sebagaicampuran perekat dapat mengurangi kadarabu pada briket sebesar 4,9%. Hal inidikarenakan residu plastik mempunyai nilaikalor yang tinggi sehingga dapatmeningkatkan nilai kalor briket. Nilai kadarabu minimum diperoleh pada suhu 6000Cdengan perekat berupa campuran kanji danresidu plastik.

Kadar Volatil

Kadar volatil jumlah zat (volatile matter)yang dapat menguap sebagai hasildekomposisi senyawa-senyawa yang masihterdapat di dalam bahan bakar. Kandunganvolatil yang tinggi pada briket akanmenimbulkan asap yang relatif lebih banyakpada saat briket dinyalakan. Hal tersebutdisebabkan oleh adanya reaksi antara karbonmonoksida (CO) dengan turunan alkohol(Triono, 2006).

Gambar 6. Pengaruh Jenis Perekat TerhadapKadar Volatil Kalor

Gambar 6 menunjukkan bahwa nilai kadarvolatil tertinggi terdapat pada briket denganperekat campuran kanji dan residu plastikpada suhu pirolisis 3000C sebesar 67,8%,sedangkan kadar volatil terendah adalahbriket dengan perekat kanji pada suhupirolisis 6000C sebesar 13,75%.

Fixed Carbon

Kadar karbon terikat (fixed carbon)merupakan fraksi karbon (C) yang terikat didalam briket selain fraksi abu, air, dan zatmenguap. Kadar karbon akan bernilai tinggiapabila kadar abu dan kadar zat menguapbriket rendah. Selain itu, nilai kadar air yangrendah akan meningkatkan nilai kadar karbon(Triono, 2006). Nilai kadar karbon briket hasilpenelitian dapat dilihat pada Gambar 6.berikut:

Gambar 7. Pengaruh Jenis Perekat TerhadapFixed Carbon

Dari Gambar 7 terlihat bahwa semakintinggi suhu pirolisis maka kadar karbon akansemakin meningkat. Peningkatan kadar


KE-69

karbon ini dikarenakan nilai kadar air, kadarabu dan kadar volatil briket menurun. Kadarkarbon tertinggi sebesar 67,18% dimilikibriket dengan perekat kanji pada suhupirolisis 6000C. Kadar karbon terendahdiperoleh pada briket dengan perekatcampuran kanji dan residu plasti pada suhupirolisis 3000C sebesar 21,55%.

Mutu Briket Berdasarkan SNI

Perbandingan briket hasil penelitiandengan briket standar sesuai SNINo.1/6235/2000 dapat dilihat pada Tabel 2.berikut:

Tabel 2. Perbandingan Briket Hasil Penelitiandengan Briket SNI

KarakteristikBriket

SNI HasilPenelitian

Kadar air (%) 8 5,08-6,52

Kadar abu (%) 8 5,56-12,54

Kadar volatil (%) 15 13,79-67,80

Nilai kalor (kalori) 5000 4732,66-6762,18

Fixed carbon (%) 77 21,55-67,18

Berdasarkan Tabel 2. dapat dilihat bahwabriket hasil penelitian sebagian besarmemenuhi standar SNI untuk mutu briket.Hanya nilai fixed carbon saja yang tidaksesuai standar. Hal ini dikarenakan nilai fixedcarbon suatu bahan bakar sangat dipengaruhioleh jenis bahan baku yang digunakan.Penelitian ini menggunakan bahan bakulimbah sisa makanan yang memiliki nilaikarbon yang rendah sebelum proses pirolisisyaitu sebesar 19%.

4. KESIMPULAN

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwasemakin tinggi suhu pirolisis akanmeningkatkan nilai produksi bio oil dandiikuti dengang peningkatan nilai kalor dankandungan karbon suatu briket. Akan tetapidengan meningkatnya suhu pirolisiskandungan volatil, kadar air dan kadar abu

dari briket akan menurun. Penambahan residuplastik sebagai perekat dapat meningkatkannilai kalor briket sebesar 3,86%. Briket yangdihasilkan sebagian besar telah memenuhistandar mutu briket yaitu SNINo.1/6235/2000 sehingga layak digunakansebagai bahan bakar alternatif.

DAFTAR PUSTAKA

Bridgwater, A.V., D. Meier and D. Radlein.1999. An overview of Fast Pyrolysis ofBiomass. Journal Organic Geochem.Vol.30, pp: 1479-1493

Demirbas, A. 2005. Pyrolysis of GroundBeech Wood in Irregular Heating RateConditions. Journal of AnalyticalApplied and Pyrolysis. Vol.73, pp:39-43.

Gusmailina, G. Pari. 2002. PengaruhPemberian Arang TerhadapPertumbuhan Tanaman Cabai Merah(Capsicum annum). Buletin PenelitianHasil Hutan. Edisi 20(3), pp:217-229.

Hardayanto, Maria. 2013. Ada Apa denganLimbah Makanan (What is wrong withfood waste).

Hendra D dan Pari G. 2000. PenyempurnaanTeknologi Pengolahan Arang. LaporanHasil Penelitian Hasil Hutan. Bogor.Balai Penelitian dan Pengembangankehutanan.

Jamilatun S. 2011. Kualitas Sifat-sifatPenyalaan dari Pembakaran BriketTempurung Kelapa, Briket SerbukGergaji Kayu Jati, Briket Sekam Padidan Briket Batubara. ProsidingSeminar Nasional Teknik Kimia“Kejuangan”.

Nurhayati T. 2000. Sifat destilat HasilDistilasi Kering 4 Jenis Kayu danKemungkinan Pemanfaatannya SebagaiPestisida. Buletin Penelitian HasilHutan. Vol. 17, pp:160-168.

Riseanggara, R.R. 2008. Optimasi KadarPerekat pada Briket Limbah Biomassa.


KE-69

Bogor: Perpustakaan InstitutPertanian Bogor.

Sudradjat R, Setiawan D dan Roliandi H.2006. Teknik Pembuatan dan SifatBriket Arang dari Tempurung dan KayuTanaman Jarak Pagar (Jatropha curcas.L). Jurnal Penelit Hasil Hutan.Vol.24, pp: 227-240.

Tranggono, S., B., Setiadji, P. Darmadji,Supranto, dan Sudarmanto. 1997.Identifikasi Asap Cair dari BerbagaiJenis Kayu dan Tempurung Kelapa.Jurnal Ilmu dan Teknologi PanganVol. 1(2), pp:15-24.

Triono A 2006. Karakteristik Briket Arangdari Campuran Serbuk Gergaji KayuAfrika (Maesopsis eminii Engl.) danSengon (Paraserianthes facataria L.Nielsen) dengan PenambahanTempurung Kelapa (Cocos nucifera L.)Skripsi. Bogor: Institut PertanianBogor.

Wijayanti DS. 2009. Karakteristik BriketArang dari Serbuk Gergaji denganPenambahan Arang Cangkang KelapaSawit. Laporan Penelitian. SumateraUtara: Universitas Sumatera Utara.

Williams, T.P., Besler, S., 1992, Pyrolysis ofMunicipal Solid Waste. Journal of TheInstitute of Energy.

Zandersons, J., Gravitis, J., Kokorevics, A.,Zhurinsh, A., Bikovens, O., Tardenaka,A. and Spince, B. 1999. Studies ofBrazilian Sugarcane BagasseCarbonisation Process and ProductProperties. Biomass and BioenergyJournal. Vol. 17, pp. 209-219.

banjarmasin, 7-8 oktober 2015 studi eksperimental bio oil ... · pada gambar 4. berikut: gambar 5....

Documents