jurnal pirolisis

Seminar Nasional Teknik Mesin UMY 2010 29

KARAKTERISTIK CHAR SAMPAH ORGANIK DAN ANORGANIK HASIL PIROLISIS

Yudi Setiawan

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bangka Belitung Jl.Merdeka no. 04 Pangkalpinang

E-mail : [email protected] Abstrak Sumber energi minyak bumi nasional semakin berkurang sedangkan kebutuhan masyarakat akan energi semakin meningkat. Salah satu cara menangani masalah ini adalah dengan penggunaan briket arang dari hasil pirolisis bahan sampah. Sampah mempunyai potensi untuk menjadi bahan bakar yang lebih ramah lingkungan dan memiliki nilai kalor tinggi yaitu melalui proses pirolisis lalu dilanjutkan dengan proses densifikasi atau pembriketan untuk membentuk sebuah briket char (arang). Namun tidak semua sampah yang dipirolisis dapat meningkatkan nilai kalornya. Peneliti pada penelitian ini menggunakan bahan sampah organik (bambu dan daun pisang) dan anorganik (plastik kemasan) untuk mengetahui karakteristik char yang dihasilkan pada proses pirolisis serta temperaturnya dengan analisa thermogravimetry . Ini dilakukan untuk mendapatkan bahan yang terbaik dan memiliki nilai kalor yang tinggi pada pembuatan briket arang sebagai bahan bakar alternatif. Proses pirolisis dilakukan dengan menggunakan massa benda uji 20 gram pada temperatur akhir (400 oC), heating rate 10 oC / menit dan laju aliran nitrogen 1 liter/ menit serta holding time selama 30 menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tidak semua bahan jika dipirolisis akan menaikan nilai kalor char yang dihasilkan. Bahan yang terbaik untuk dipirolisis adalah bambu dengan kenaikan nilai kalor sebesar 55,3% dan char yang dihasilkan sebesar 27,63% sedangkan energi aktivasinya (Ea) = 32.391,34J/gram mol

Kata kunci : sampah, char, pirolisis, thermogravimetry Pendahuluan

Peningkatan konsumsi energi dan peningkatan timbulan sampah merupakan dua permasalahan yang muncul seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Di Indonesia, konsumsi energi di berbagai sektor seperti transportasi, industri dan energi listrik untuk rumah tangga tercatat terus meningkat dengan laju pertumbuhan rata-rata pertahun sebesar 5,2 % (KNRT 2006), sebaliknya cadangan energi nasional yang semakin menipis menimbulkan kekhawatiran akan krisis energi di masa mendatang jika tidak ditemukan sumber-sumber energi yang baru. Di lain sisi, pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk juga memicu peningkatan produksi sampah. Estimasi jumlah timbulan sampah di Indonesia pada tahun 2008 mencapai 38,5 juta ton/tahun dengan komposisi terbesar adalah sampah organik (58 %), sampah plastik (14 %), sampah kertas (9 %) dan sampah kayu (4 %). Masalah yang sering muncul dalam penanganan sampah kota


yang terus bertambah jumlahnya adalah biaya operasional yang tinggi dan semakin sulitnya lahan untuk pembuangan diperoleh, sehingga sampah kota yang tidak terkelola dangan baik akan memberikan dampak buruk terhadap lingkungan. Sampah, waste atau garbage merupakan bahan sisa yang bisa proses menjadi briket arang. Setiap briket arang memiliki karakter pembakaran yang bervariasi tergantung dari komposisi bahan pembentuknya dan temperatur akhir pirolisisnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui untuk mengetahui karakteristik char yang dihasilkan pada proses pirolisis. Dari penelitian ini diharapkan akan menghasilkan briket arang mempunyai titik nyala rendah dan menghasilkan energi kalor tinggi.

Zapusek dkk (2003) melakukan penelitian mengenai pengaruh temperatur dalam proses karbonisasi terhadap sifat-sifat dasar batubara setelah dikarbonisasi. Variasi temperatur yang dilakukan adalah 550 0C, 600 0C, 650 0C, 700 0C dan 750 0C. Dari penelitian tersebut untuk variasi temperatur karbonisasi dengan variabel konstan ukuran partikel sebesar 10-20 mm dan lama adalah 30 menit dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur karbonisasi maka kandungan karbon, kalori, abu dan sulfur semakin meningkat, tetapi kandungan air, zat volatile dan hidrogen menurun. Ojolo dan Bamgboye (2005) telah melakukan penelitian terhadap sampel sampah (campuran dari limbah makanan, buah-buahan / sayur, kertas, plastik dan bahan tekstil) melalui proses pirolisis untuk mendapatkan tar, char dan gas. Pada penelitiannya berat sampel yang digunakan seberat 12 kg dengan temperatur pirolisis berkisar antara 500 0C dan 650 0C, perbandingan produk yang didapatkan dari penelitian tersebut adalah 52,2 % tar, 25,2 % char dan 22,6 % gas. Saptoadi (2006) meneliti ukuran partikel terhadap laju pembakaran briket. Hasilnya diperoleh bahwa semakin kecil ukuran partikel akan menurunkan laju pembakaran briket dari sekam padi, hal ini disebabkan oleh densitas briket yang semakin tinggi sehingga porositas menjadi lebih rendah dan difusi menjadi terhambat. Phan dkk (2008) telah meneliti karakteristik produk pirolisis dari sampah dimana proses pirolisis berlangsung dengan sampel 200 gram dan dengan kisaran temperatur akhir 350 oC sampai dengan 700 oC. Hasilnya produk char yang dihasilkan 38%-55% dimana nilai kalor produk liquid berkisar antara 10-12 MJ/kg. Grammelis dkk (2009) melakukan penelitian dengan 5 sampel berbahan baku kayu, 6 sampel berbahan baku plastik dan 2 sampel RDF (Refuse Derived Fuel). Pirolisis dilakukan pada kisaran temperatur 30 0C sampai dengan 1000 0C dengan laju kenaikan temperatur 20 0C/menit, sementara proses pembakaran dilakukan dengan kondisi termal yang sama. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kinetika reaksi dekomposisi RDF merupakan penjumlahan dari kinetika komponen penyusunnya dan juga RDF dengan komponen plastik yang lebih tinggi menghasilkan char lebih rendah dengan reaktivitas rendah. Thermogravimetry Analysis (TGA) merupakan suatu teknik untuk menganalisa perhitungan stabilitas termal suatu bahan dengan memonitor perubahan massa selama spesimen diberi perlakuan panas. Pirolisis adalah proses pemanasan bahan organik tanpa oksigen untuk merubah hidrokarbon. Pada proses pirolisis akan terjadi proses pengeringan yaitu menguapnya kadar air (moisture content) dan devolatilisasi yaitu zat yang mudah menguap (volatile matter) ke luar dari dalam bahan. Produk dari pirolisis tersebut mempunyai kandungan energi yang tinggi, seperti char yang berwujud padatan, tar yang berwujud cairan, dan gas. Produk pirolisis berupa char yang nantinya akan dijadikan briket arang. Briket char tersebut mempunyai kandungan energi yang relatif tinggi. Dengan memberikan perlakuan panas maka briket tersebut akan mengeluarkan energi kalor yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan hidup manusia.


Metodologi Penelitian

Bahan penelitian berupa bambu yang dihaluskan, lalu diayak sehingga didapatkan ukuran 20 mesh.

(a) daun pisang (b) bambu (c) plastik

kemasan Gambar 1. Bahan penelitian

Gambar skema peralatan proses pirolisis dapat dilihat pada gambar 2 sebagai berikut:

Gambar 2. Skema peralatan uji pirolisis

Pada gambar 2 proses pirolisis menggunakan sampel bambu dengan massa 20 gram (1) dimasukkan ke dalam wadah sampel (2), wadah berisi sampel digantungkan dengan kawat pada timbangan digital (3), salah satu ujung thermocouple (4) diletakkan sedikit di atas sampel dan ujung thermocouple yang lain tertanam dalam sampel tetapi sedikit di atas pada bagian bawah wadah sampel, bak pendingin (5) diisi air, nitrogen dialirkan dari tabung (6)

Penampung tar

1

N2

2

3

5

6 Air pendingin masuk

Air pendingin keluar

air

7

4

9

10

8

Thermocouple reader


dengan laju aliran 1 liter/menit menggunakan pengaturan rotameter (7), furnace dipanaskan (8) dengan menghidupkan thermocontroller (9), variasi temperatur akhir diatur 400 oC, heating rate 10oC/menit, temperatur dipertahankan selama 30 menit setelah temperatur sampel mencapai temperatur akhir yang diinginkan, laju pengurangan massa dan data temperatur terekam pada program komputer (10). Hasil dan Pembahasan

(a) Daun pisang (b) Bambu

(c) Kemasan

Gambar 3. Grafik karakteristik prolisis

Pada gambar grafik menunjukkan dalam pirolisis, suatu bahan akan terjadi proses pengeringan dan devolatilisasi, proses pengeringan pada sampel bambu terjadi sampai temperatur 189,1 oC, dilanjutkan devolatilisasi sampai temperatur 347,3 oC. Pirolisis daun

0

200

400

600

800

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1000 2000 3000 4000 5000

Tempe

ratur ( oC )

laju pen

urun

an m

assa(gr/men

it)

waktu (detik)

penurunan massalaju penurunan massatemperatur

0

200

400

600

800

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1000 2000 3000 4000 5000

tempe

ratur (

o C)

laju pen

urun

an m

assa(gr/men

it)

waktu (detik)penurunan massalaju penurunan massatemperatur

0

200

400

600

800

00.51

1.52

2.53

3.54

0 1000 2000 3000 4000 5000

Tempe

ratur ( oC )

laju pen

urun

an m

assa(gr/men

it)

waktu (detik)

penurunan massalaju penurunan massatemperatur


pisang, proses pengeringan terjadi sampai temperatur 140,4oC dan dilanjutkan devolatilisasi sampai temperatur 396,3 oC, dan pirolisis kemasan plastik, temperatur pengeringan terjadi sampai suhu 312,1oC dilanjutkan devolatilisasi sampai temperatur 447,6 oC . Pada grafik terlihat bahwa meskipun mengalami pengurangan massa secara tajam pada saat bersamaan terjadi kenaikan temperatur secara tiba-tiba, kemudian turun lagi dan naik secara linear seperti biasanya kemungkianan adanya pembakaran yang terjadi pada sampel, kemungkinan sampel terbakar dan melepaskan sejumlah besar kalor secara mendadak dan menyebabkan kenaikan temperatur secara tajam diikuti menghilangnya kalor dan turunnya temperatur. Dari perhitungan dapat diketahui energi aktivasi yang dibutuhkan pada proses pirolisis bambu adalah (Ea) = 32.391,34J/gram mol.

Tabel I. Uji proksimat dan nilai kalor

No Sampel Holding time

Heating rate

Temperatur akhir pirolisis Hasil

(menit) (C/menit) ( C ) Nilai Kalor (kal/gram) 1 bambu 4.001,563 2 Daun 4.189,169

3 kemasan 8.326,184 4 Bambu 30 10 400 6.215,405 5 Daun 30 10 400 3.982,392 6 Kemasan 30 10 400 5.649,980

Bahan pirolisis berpengaruh terhadap char yang dihasilkan. Pirolisis mengakibatkan

terlepasnya (moisture content dan volatile matter), sedangkan arang/char tetap tinggal di dalam bahan. Pada briket temperatur akhir pirolisis 400oC bahan bambu menghasilkan nilai kalor tertinggi, hal ini disebabkan proses pirolisis yang menyebabkan kadar air (moisture content), kadar zat yang mudah menguap (volatile matter) ke luar dari dalam bahan uji, sehingga yang tersisa adalah char yang memiliki nilai kalor yang tinggi. Pada bambu tanpa pirolisis kadar air (moisture content) tinggi akan mengakibatkan kualitas bahan bakar ini rendah karena unsur non-combustible tinggi mengakibatkan nilai kalornya rendah. Sedangkan untuk bahan daun pisang dan plastik kemasan, pirolisis malah menurunkan nilai kalornya hal ini kemungkinan disebabkan oleh abu yang terjadi saat pirolisis sehingga char yang dihasilkan lebih banyak mengandung abu jika dibandingkan dengan fixed carbon. Sedangkan massa char yang dihasilkan jika dibandingkan dengan massa awal proses pirolisis yaitu: pada bambu = 27,63%, daun pisang = 33,71% dan plastik kemasan = 20,41%. Perbedaan ini juga telah dikemukakan peneliti sebelumnya (Phan dkk, 2008 dan Grammelis dkk, 2009) bahwa masing-masing komponen dari material sampah memiliki karakteristik pirolisis serta massa produk (arang, tar dan gas) yang berbeda, tergantung pada kondisi operasinya seperti temperatur proses, laju pemanasan, ukuran partikel dan lamanya waktu pirolisis (holding time).


Kesimpulan Proses pirolisis belum tentu dapat meningkatkan nilai kalor char yang dihasilkan. Pada pirolisi bambu proses pengeringan terjadi sampai temperatur 189,1 oC, dilanjutkan devolatilisasi sampai temperatur 347,3 oC sedangkan nilai kalornya mengalami peningkatan sebesar 55,3% dan char yang dihasilkan sebesar 27,63% serta energi aktivasinya (Ea) = 32.391,34J/gram mol. Daun pisang dan plastik kemasan lebih baik tidak dipirolisis karena akan terjadi penurunan nilai kalor.

Daftar pustaka Borman, G.L., and Ragland, K.W., 1998, Combustion Engineering, McGraw-Hill Book Co,

Singapore. Grammelis, P. Basinas, A. Malliopoulou, G. Sakellaropoulos, (2009), Pyrolysis kinetics and

combustion characteristics, of waste recovered fuels, Fuel 88 (2009) 195–205 Himawanto, D.A (2005), Pengaruh karbonasi terhadap karakteristik pembakaran briket

sampah kota, Media mesin, Volume 6 . 2005 Ojolo,S.J dan Bamboye, 2005 ,Thermochemical Conversion of Municipal Solid Waste to

Produce Fuel and Reduce Waste Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Vol. VII. Manuscript EE 05 006. September, 2005.

Phan, AN, Ryu, C., Sharifi, V.N., Swithenbank, J., 2008, Characterisation of Slow Pyrolisis Products from Segregated Wastes for Energy Production, J.Anal.Appl.Pyrolisis 81 (2008), pp. 65-71.

Saptoadi, H., 2006, The Best Biobriquette Dimension and its Particle Size, The 2nd Joint International Conference on “Sustainable Energy and Environment (SEE 2006)” 21-23 November, Bangkok, Thailand.

Zandersons, J., Gravitis, J., Kokorevics, A., Zhurinsh, A., Bikovens, O., Tardenaka, A. dan Spince, B., 1999, Studies of Brazilian Sugarcane Bagasse Carbonisation Process and Product Properties, Biomass and Bioenergy Journal Vol. 17, pp. 209-219

Zapusek, A., Wirtgen, C., Weigandt, J. dan Lenart, F., 2003, Characterisation of Carbonizate Produced from Velenje Lignite In Lab-Scale Reactor, Acta Chim. Slov. 50, 789798.

jurnal pirolisis

Documents