KARAKTER PIROLISIS LINDI HITAM PROSES SODA

GOKMA SILABAN

DEPARTEMEN HASIL HUTAN

FAKULTAS KEHUTANAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

RINGKASAN Gokma Silaban (E24104028). Karakter Pirolisis Lindi Hitam Proses Soda. Dibimbing oleh Nyoman Wistara dan Gustan Pari.

Energi dominan yang dipergunakan dunia saat ini adalah energi berbasis fosil yang persediaannya akan semakin berkurang. Menurunnya persediaan energi berbasis fosil mendorong hampir semua negara di dunia untuk mencari energi alternatif. Energi tersebut harus ramah lingkungan dan terbarukan. Diantaranya adalah energi hidro, energi surya, dan energi berbasis biomassa. Pemanfaatan limbah biomassa sebagai sumber energi alternatif sudah mulai dilakukan (Kementerian Negara BUMN 2008).

Lindi hitam limbah proses pulping potensial dimanfaatkan untuk energi terbarukan. Lindi hitam mengandung komponen organik seperti selulosa, hemiselulosa, lignin dan ekstraktif. Komponen organik ini dapat diekstraksi dan dipirolisis menjadi energi padat atau cair. Karakteristik hasil pirolisis perlu diketahui. Untuk itu, penelitian ini dilakukan untuk menentukan karakter pirolisis lindi hitam proses soda.

Lindi hitam proses soda dari merang dievaporasi dan dipadatkan. Kemudian dipirolisis pada suhu 100, 200, 300, 400, 500, 650, dan 750 oC. Jumlah sampel yang digunakan dalam setiap tingkat suhu pirolisis adalah 150 gram dengan waktu tinggal selama 1 jam. Pengujian nilai kalor, sifat fisis dan kimia dilakukan mengikuti prosedur ASTM 1979 dan 1984, perubahan gugus fungsi dan kehilangan bobot masing-masing diuji dengan Fourier Transforms Infrared Spectrometer (FT-IR) Hitachi 270-50 dan DTG-60H Shimadzu Simultaneous DTA-TG Apparatus. Lindi hitam yang tidak dipirolisis dijadikan sebagai kontrol. Perbandingan juga dilakukan dengan pulp soda jerami. Ditemukan bahwa nilai kalor dan kadar karbon terikat meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pirolisis. Sementara kadar air dan kadar zat menguap menurun. Kadar abu yang dihasilkan tidak dipengaruhi suhu pirolisis tetapi bergantung pada kandungan silikatnya. Nilai kalor sangat dipengaruhi oleh kadar karbon terikat. Nilai kalor akan meningkat dengan meningkatnya kadar karbon. Nilai kalor yang diperoleh dari lindi hitam proses soda ini adalah 2700-4700 cal/g. Kehilangan bobot lindi hitam lebih rendah dari pulp jerami, dan dengan prilaku yang berbeda. Laju kehilangan bobot lindi hitam hampir seragam sepanjang selang suhu pirolisis (100-750 oC). Sedangkan laju kehilangan bobot pulp jerami meningkat tajam antar suhu 200 – 400 oC. Perubahan gugus fungsi terjadi seiring dengan meningkatnya suhu pirolisis. Gugus OH menghilang hampir di semua tingkat suhu pirolisis. Pada suhu 650-750 oC terdapat indikasi gugus karbonil terbentuk kembali (kemungkinan terbentuk dari pemutusan ikatan C-O di dalam ring structure). Kata Kunci: pirolisis, lindi hitam, gugus fungsi dan kehilangan bobot.

ABSTRACT

Gokma Silaban. Pyrolitic Characters of Soda Pulping Black Liquor. Under Supervision of Nyoman Wistara and Gustan Pari.

Predominant source of the world energy has been based on fossil fuel, and

its stock has constantly been decreasing. Diminution of this energy has promoted almost all countries to search for alternatives. The new energy must be environmentally friendly and renewable. Among these kind of energy are hydro-energy, solar energy (photo voltaic cell), and biomass based energy. Utilization of biomass waste for energy has been practiced

Spent liquor of soda pulping process known as black liquor has been realized as a potential source of renewable energy. It contains organic materials such as lignin, hemicelluloses, cellulose and extractives. These organic substances can be extracted and pyrolyzed into valuable solid and/or liquid forms of energy. However, its pyrolytic characters haven’t been well studied. Therefore, the present researches were intended to determine the pyrolytic properties of soda pulping black liquor.

Acidified black liquor of the soda pulping of rice straw was evaporated to recover its solid content. It was then pyrolyzed at 100, 200, 300, 400, 500, 650, and 750 oC. The amount of solid used for each pyrolysis temperature was 150 grams with pyrolysis resident time of 1 hour. Calorific, chemical and physical properties of pyrolyzed sample were measured based on standard methods of ASTM 1979 and 1984. The weight loss behaviors and functional groups change were measured using FTIR Hitachi 270-50 and Shimadzu DTG-60 H Simultaneous DTA-TG Apparatus, respectively. A blank (non-pyrolyzed sample) measurement was also carried out. Comparison was also made using rice straw soda pulp.

It was found that calorific and fixed carbon of pyrolyzed black liquor was increasing with the increasing of pyrolysis temperature. On the other hand, moisture content and volatiles were decreasing. It seemed that ash content was not influenced by the temperature of pyrolysis and was thought to depend on its initial silicate content. Calorific were directly influenced by fixed carbon. It increased linearly with the increased of fixed carbon. Calorific of solid content extracted from soda pulping black liquor pyrolized at 650 and 750 oC was found higher than that of wood. The weight loss behavior of black liquor was different to that of pulp. The weight loss of pulp was higher than that of black liquor. Extreme weight loss has been found in the temperature of 200 – 400 oC. Noticeable functional groups changes were found with the increasing temperature of pyrolysis. Hydroxyl group completely disappeared at 300 oC and above. Carbonyl related groups were also disappeared at 300 – 500 oC, but it was reformed at 650 and 750 oC. It might be brought about by the deformation of chemical bonding of oxygen ring in lignin structures. Keywords: pyrolysis, black liquor, functional groups, weight loss

KARAKTER PIROLISIS LINDI HITAM PROSES SODA

Gokma Silaban

E24104028

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Kehutanan

Pada Fakultas Kehutanan

Institut Pertanian Bogor

DEPARTEMEN HASIL HUTAN

FAKULTAS KEHUTANAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

Judul Skripsi : Karakter Pirolisis Lindi Hitam Proses Soda

Nama : Gokma Silaban

Nomor Pokok : E24104028

Menyetujui:

Pembimbing I Pembimbing II

Nyoman Wistara, Ph.D Dr. Gustan Pari, MSi

NIP: 131849387 NIP: 710005078

Mengetahui:

Dekan Fakultas Kehutanan

Institut Pertanian Bogor

Dr. Ir. Hendrayanto, M.Agr NIP : 131578788

Tanggal Lulus:

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakter Pirolisis

Lindi Hitam Proses Soda adalah benar-benar hasil karya saya sendiri dengan

bimbingan dosen pembimbing dan belum pernah digunakan sebagai karya ilmiah

pada perguruan tinggi atau lembaga manapun. Sumber informasi yang berasal

atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain

telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir

skripsi ini.

Bogor, Januari 2009

Gokma Silaban E24104028

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Balige, Sumatera Utara , pada tanggal 5 April 1986

sebagai anak kelima dari enam bersaudara, pasangan Bapak P. Silaban dan Ibu R.

Gultom.

Penulis mengawali pendidikannya pada tahun 1992 di SD Negeri No

176367 Soposurung, Balige. Pada tahun 1998 penulis melanjutkan pendidikan ke

SLTPN 2 Balige dan lulus pada tahun 2001. Pada tahun yang sama, penulis

melanjutkan pendidikan di SMUN 1 Balige, Sumatera Utara. Pada tahun 2004,

penulis diterima menjadi mahasiwa Departemen Hasil Hutan, Fakultas

Kehutanan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan Seleksi

Mahasiswa Institut Pertanian Bogor).

Selama menuntut ilmu di IPB, Penulis adalah salah satu Koordinator

Komisi Diaspora Unit Kegiatan Mahasiswa Persekutuan Mahasiswa Kristen

(2004-2005), dan anggota HIMASILTAN. Penulis melakukan Praktek

Pengenalan dan Pengelolaan Hutan di Cilacap – Baturraden – Getas pada tahun

2007 dan Praktek Kerja Lapangan di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk Porsea pada

tahun 2008.

Untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan di IPB, Penulis

menyelesaikan skripsi dengan judul KARAKTER PIROLISIS LINDI HITAM

PROSES SODA dibimbing oleh Nyoman Wistara, Ph.D dan Dr. Gustan Pari,

MSi.

i

KATA PENGANTAR

Penulis bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini disusun berdasarkan data

dan fakta penelitian yang telah dilakukan pada bulan Juli – Agustus 2008 di

Laboratorium Kimia Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB, Laboratorium Kimia

dan Energi Pusat Penelitian Hasil Hutan Bogor (Puslitbang), dan Laboratorium

Minerallogi Departemen Tanah Fakultas Pertanian (IPB).

Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan terima

kasih kepada keluarga penulis atas dukungan moril, doa, dan curahan kasih

sayang yang tiada berkesudahan. Rasa terima kasih yang tulus juga penulis

sampaikan kepada Bapak Nyoman Wistara dan Gustan Pari atas kesabaran dalam

membimbing penulis selama proses penyelesaian skripsi ini. Penulis juga tidak

akan melupakan kontribusi yang sangat berharga dari Staf Laboratorium Kimia

Hasil Hutan Fahutan IPB (Bapak Supriatin dan Bapak Gunawan) dan PT. Kertas

Padalarang Bandung, teman-teman (Hotman, Puy, Edo, Zee, Patria, Adi, Hanif,

Meita, Eka) dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu – persatu dalam

merealisasikan skripsi ini. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa semakin

melimpahkan rahmat-Nya dan membalas kebaikan mereka yang berjasa dalam

penyelesaian studi penulis.

Penulis terbuka atas segala kritik dan saran membangun untuk

menyempurnakan pengetahuan yang tertuang dalam skripsi ini. Penulis berharap

skripsi ini akan bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukannya.

Bogor, Januari 2009

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI ii

DAFTAR GAMBAR iii

DAFTAR TABEL iv

DAFTAR LAMPIRAN v

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Tujuan 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 3

BAB III. METODOLOGI 5

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Sifat Fisis dan Kimia 7

4.2. Nilai Kalor 9

4.3. Rendemen Arang 10

4.4. Prilaku Kehilangan Bobot 11

4.5. Perubahan Kimia 12

BAB V. KESIMPULAN 15

DAFTAR PUSTAKA 16

LAMPIRAN 18

iii

DAFTAR GAMBAR

No. Teks Halaman

1. Diagram alir penelitian 5

2. Hubungan kadar air, kadar abu, karbon terikat dan zat menguap 7

dengan suhu pirolisis

3. Kecenderungan nilai kalor, kadar air, karbon terikat dan zat 9

menguap pada suhu pirolisis yang beragam

4. Prilaku kehilangan bobot lindi hitam (a) dan pulp soda jerami (b) 11

selama proses pirolisis dari suhu 100 oC sampai dengan 1000 oC

5. Pola spektrum FTIR lindi hitam pada suhu pirolisis berbeda 13

iv

DAFTAR TABEL

No. Teks Halaman 1. Rendemen hasil pirolisis pada suhu yang berbeda 10 2. Serapan bilangan gelombang lindi hitam yang dipirolisis 12

pada suhu berbeda

v

DAFTAR LAMPIRAN

No. Teks Halaman

1. Hasil pengujian dan analisis keragaman kadar air arang 19

2. Hasil pengujian dan analisis keragaman kadar uap arang 20

3. Hasil pengujian dan analisis keragaman kadar abu arang 21

4. Hasil pengujian dan analisis keragaman kadar karbon arang 22

5. Hasil pengujian dan analisis keragaman nilai kalor 23

6. Rendemen hasil pirolisis 24

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Konsumsi energi terutama bahan bakar akan semakin meningkat

sejalan dengan meningkatnya jumlah penduduk dan perekonomian suatu

negara. Indonesia sebagai negara berpenduduk banyak mengkonsumsi 1,1%

total energi dunia. Energi dominan yang dipergunakan Indonesia dan dunia

saat ini adalah energi berbasis fosil yang bersifat tak terbarukan. Sifat tak

terbarukan ini telah menyebabkan persediaannya terbatas dan tidak akan dapat

mendukung kebutuhan energi akibat jumlah penduduk yang semakin

meningkat (Yuliarto 2006).

Menurunnya persediaan energi berbasis fosil mendorong hampir

semua negara di dunia untuk mencari energi alternatif yang bersifat

terbarukan. Beberapa energi alternatif terbarukan yang telah dicoba untuk

dikembangkan adalah energi hidro, surya, dan lain sebagainya (Yuliarto

2006).

Sumber energi terbarukan untuk masa depan dunia adalah sumber

energi berbasis biomasa. Biomasa potensial yang dapat dimanfaatkan sebagai

sumber energi dapat berasal dari limbah pertanian, perkebunan, kehutanan,

dan komponen organik industri dan rumah tangga. Sumber energi ini dapat

menjadi pengganti bahan bakar berbasis fosil (Kementerian Negara BUMN

2008). Salah satu limbah industri kehutanan potensial adalah limbah organik

pabrik pulp dan kertas. Limbah organik pabrik ini terutama terdapat di dalam

lindi hitam sisa pemasakan.

Lindi hitam (black liquor) merupakan larutan sisa pemasak atau

limbah yang dihasilkan dari proses pembuatan pulp yang mengandung

komponen dari biomassa (terutama lignin). Proses soda menghasilkan lindi

hitam sekitar 30 %. Dengan kadar ligninnya yang tinggi, yaitu sekitar 46%

(Sjostrom 1995), lindi hitam berpotensi besar untuk dijadikan bahan baku

energi terbarukan. Kandungan energi lignin dapat ditingkatkan melalui proses

pengarangan (pirolisis). Untuk dapat memanfaatkan lindi hitam sebagai

2

sumber energi secara tepat, karakter pirolisisnya perlu dipelajari secara lebih

seksama.

1.2. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan karakter hasil pirolisis

lindi hitam proses soda. Hasil penelitian dapat dijadikan dasar untuk

memanfaatkan lindi hitam sebagai sumber energi tepat guna.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Lindi hitam mengandung komponen organik dan inorganik.

Komponen organiknya terdiri dari lignin (sekitar 46% dari total padatan),

karbohidrat terdegradasi dan ekstraktif (Sjostrom 1995). Di dalam proses daur

ulang bahan kimia, komponen organik berfungsi sebagai sumber energi dan

komponen inorganiknya didaur untuk bahan kimia pemasak.

Arang adalah residu pembakaran bahan biomaterial tanpa oksigen

yang mengandung karbon padat dan berpori. Pori-pori arang sebagian besar

tertutup oleh hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain. Komponen arang

terdiri dari karbon terikat (fixed carbon), abu, air, nitrogen dan sulfur. Arang

bermutu dicirikan oleh kadar karbon terikat lebih dari 75%, kadar abu kurang

dari 5%, zat menguap kurang dari 15%, bebas kotoran dan tidak mudah

hancur (Komarayati 1997). Parameter lain penentu mutu arang adalah nilai

kalor (Hendra dan Darmawan 2000).

Dalam proses pirolisis, masing-masing komponen struktural kimia

kayu akan terdegradasi pada suhu yang berbeda. Hemiselulosa, selulosa, dan

lignin masing-masing terdegradasi pada selang suhu 200-260 oC, 240-350 oC

dan 280-500 oC (Nugraha dan Fatimah 2005). Sedangkan ekstraktif dan

sedikit asam hidroksil terdekomposisi pada suhu 100–200 oC (Guo et al.

2008). Lignin terdegradasi menghasilkan senyawa-senyawa khas sesuai

dengan jenis kayu yang dipirolisis.

Pengarangan (pirolisis) terhadap kayu sangat berpengaruh dalam

meningkatkan nilai kalornya. Nilai kalor kayu berkisar dari 4350 – 4625 cal/g,

sedangkan arang kayu memiliki nilai kalor berkisar dari 6960 – 7180 cal/g

(Komarayati et al. 1997). Produk pirolisis sangat bervariasi bergantung pada

jenis pirolisis yang dilakukan. Pirolisis primer lambat (150-300 oC)

menghasilkan arang, H2O, CO dan CO2, dan pirolisis primer cepat (300-400 oC) menghasilkan arang, H2O dan uap. Pirolisis terhadap gas hasil pirolisis

primer disebut sebagai pirolisis sekunder yang berlangsung pada suhu di atas

600 oC. Pirolisis sekunder menghasilkan CO2, H2 dan hidrokarbon. Pirolisis

4

primer cepat terhadap lignin akan menghasilkan arang dan pirolisis

sekundernya akan menghasilkan gas sintesis kasar dan arang aktif (Alvarez et

al. 1998; Agustina 2002 dalam Pari 2004). Pentingnya mengetahui perubahan

kimia dan struktur arang selama pengarangan untuk menentukan mutu arang

telah disebutkan dalam Pari et al. (2003).

Perubahan kimia arang biasanya dapat ditentukan dengan analisis

spektroskopi Fourier Transformed Infra Red (FTIR). FTIR mengukur

intensitas serapan atau pancaran panjang gelombang infra merah yang khas

oleh ikatan kimia berbeda. Serapan atau pancaran gugus fungsional berada

pada daerah 1400 cm-1- 4000 cm-1 (Murad et al. 2006 dalam Iswantini et al.

2007).

Kehilangan bobot arang pada saat pirolisis ditentukan dengan

menggunakan alat Thermogravimetric Analysis (TGA). TGA mengukur

kehilangan bobot dengan maksud untuk memprediksi pengaruh pemanasan

terhadap karakteristik arang yang dihasilkan (Worasuwannarak et al. 2004).

BAB III

METODE PENELITIAN

Secara garis besar penelitian ini meliputi analisis gugus fungsi,

kehilangan bobot, dan analisis sifat fisis dan kimia. Analisis ini dilakukan

terhadap lignin hasil isolasi lindi hitam proses soda merang. Tahapan

penelitian diperlihatkan oleh Gambar 1.

Gambar 1. Diagram alir proses penelitian

Dalam mengisolasi lignin, lindi hitam yang bersifat sangat basa

dinetralkan dengan larutan H2SO4 7%. Lindi hitam netral ini kemudian

dievaporasi dan padatan yang diperoleh dikeringkan sampai dengan kadar air

±10%. Pirolisis lignin kering dilakukan di dalam tungku baja tahan karat yang

dilengkapi termokopel pengatur suhu. Jumlah sampel yang digunakan dalam

setiap tingkat suhu pirolisis (100, 200, 300, 400, 500, 650, 750 oC) adalah 150

gram dengan waktu tinggal selama 1 jam.

6

Untuk mengetahui perubahan kimia yang terjadi selama pirolisis,

lignin dianalisis dengan spektroskopi FTIR Hitachi 270-50. Dalam metode

KBr yang digunakan, 2 mg sampel dicampur dengan 100 mg KBr dan digerus

halus. Campuran ini dibuat pelet lalu dibaca dengan spektroskopi FTIR pada

jangkauan bilangan gelombang 4000-400 cm-1. Spektrogram serapan

kemudian dianalisis untuk menentukan perubahan kimia yang terjadi pada

sampel.

Kehilangan masa lignin dalam setiap tahap pirolisis (100. 200, 300,

400, 500, 650, 750 oC) diukur dengan menggunakan Shimadzu DTG-60H

Simultaneous DTA-TG Apparatus. Dalam analisis ini 2,3 mg sampel lignin

dimasukkan ke dalam cawan aluminium pertama dan sebagai kontrol 2,3 mg

bubuk α-alumina (α-Al2O3 powder) dimasukkan ke dalam cawan aluminium

kedua. Kedua cawan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam Shimadzu

DTG-60H Simultaneous DTA-TG Apparatus. Laju pemanasannya 0,1 oC/jam.

Pengujian sifat fisis dan kimia arang dilakukan berdasarkan metode

standar ASTM. Kadar air, kadar abu, kadar zat menguap dan kadar karbon

terikat diukur dengan mengikuti metode standar ASTM 1979. Sedangkan nilai

kalor bakar arang ditentukan dengan mengikuti metode standar ASTM 1984.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Sifat Fisis dan Kimia

Suhu pirolisis berpengaruh nyata pada tingkat kepercayaan 95%

terhadap kadar air, zat menguap, dan karbon terikat arang, tetapi tidak secara

nyata mempengaruhi kadar abu. Kadar air dan zat menguap menurun dengan

meningkatnya suhu pirolisis, seperti ditunjukkan oleh Gambar 2. Sedangkan

kandungan karbon terikat menunjukkan pola hubungan yang sebaliknya.

Gambar 2. Hubungan kadar air, kadar abu, karbon terikat dan zat menguap dengan suhu pirolisis.

Gambar 2 menunjukkan bahwa penurunan kadar air secara relatif

tajam terjadi sampai dengan suhu 500 oC. Selanjutnya, kadar air relatif tidak

berubah. Prilaku seperti ini kemungkinan disebabkan oleh cepatnya

penguapan air bebas mulai suhu 100 oC sampai dengan suhu 500 oC.

Pirolisis pada suhu ekstrim (di atas 500 oC) menyebabkan selulosa dan

8

lignin terdegradasi (Guo et al. 2008). Pada suhu 500 – 750 oC terjadi

pemecahan rantai karbon pada selulosa, hemiselulosa dan lignin (Nugraha

dan Fatimah 2005) yang kemungkinan berakibat terlepasnya air terikat yang

jumlahnya relatif sedikit dibandingkan dengan air bebas. Menguapnya air

terikat setelah penguapan air bebas tidak menyebabkan penurunan kadar air

secara tajam. Kadar air arang hasil pirolisis pada suhu 100 - 750 oC berada

di bawah 6% dan memenuhi persyaratan kadar air maksimum SNI 1989.

Arang bermutu tinggi harus memiliki kadar air yang rendah (Hendra dan

Winarni 2003).

Zat menguap adalah zat dapat menguap hasil dekomposisi senyawa

yang terdapat di dalam arang selain air. Kadar zat menguap hasil penelitian

ini berselang dari 15,26 – 52,24%. Penurunan kadar zat menguap dengan

meningkatnya suhu pirolisis dapat disebabkan oleh menurunnya jumlah zat

yang mudah terdekomposisi secara termal dan meningkatnya kesempurnaan

pirolisis (Yuliarto 2006). Kesempurnaan pirolisis ditunjukkan oleh

meningkatnya kadar karbon terikat dengan meningkatnya suhu pirolisis.

Keberadaan zat menguap dalam arang tidak dikehendaki karena

menyebabkan timbulnya asap saat pembakaran (Hendra dan Winarni 2003).

Meskipun Gambar 2 menunjukkan bahwa kadar abu cenderung menurun

dengan meningkatnya suhu pirolisis, tetapi uji statistik menunjukkan

perbedaan itu tidak nyata. Kadar abu ditentukan oleh kadar komponen

inorganik lindi hitam (Hendra dan Darmawan 2000) dan tidak terbakar pada

semua tingkat suhu pirolisis yang dipergunakan. Temuan serupa telah

dilaporkan oleh Zapusek et al. (2003).

Gambar 2 menunjukkan bahwa kadar karbon terikat berhubungan

hampir linier dengan suhu pirolisis, dimana peningkatan suhu pirolisis

menyebabkan peningkatan kadar karbon terikat. Kadar karbon terikat hasil

penelitian ini berselang dari 43,22 – 81,68%. Pirolisis pada suhu 100 – 200 oC menyebabkan dehidrasi dan dekomposisi termal ekstraktif dan gugus

asam hidroksil (Guo et al. 2008) yang menghilangkan komponen hydrogen

dan oksigen sehingga kemurnian arang meningkat yang ditunjukkan oleh

peningkatan kadar karbon terikat (Sjostrom 1995). Kadar karbon terikat

9

adalah salah satu parameter penting penentu mutu arang. Arang yang baik

memiliki kadar karbon terikat lebih dari 75% (Komarayati et al. 1997). Hasil

penelitan ini menunjukkan bahwa pirolisis pada suhu 650 dan 750 oC

menghasilkan arang dengan kadar karbon terikat sekitar 82%. Dengan

demikian, untuk menghasilkan mutu arang yang baik dari lindi hitam proses

soda memerlukan suhu pirolisis di atas 500 oC.

4.2. Nilai Kalor

Nilai kalor arang menunjukkan jumlah panas hasil reaksi pembakaran

arang pada volume tetap. Nilai kalor hasil penelitian ini berselang dari 2782

– 4716 (cal/g). Nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air, karbon terikat, zat

mudah menguap dan abu. Komponen kimia kayu penyumbang kalor terbesar

adalah lignin. Pembakaran bahan dengan kadar lignin tinggi akan

menghasilkan nilai kalor yang tinggi (Komarayati et al. 1997). Gambar 3

berikut menunjukkan hubungan antara nilai kalor dan kadar air, karbon

terikat dan zat mudah menguap.

Gambar 3. Kecenderungan nilai kalor, kadar air, karbon terikat dan zat

menguap pada suhu pirolisis yang beragam.

10

Nilai kalor meningkat dengan meningkatnya suhu pirolisis. Nilai kalor

hasil penelitian ini berselang dari 2782 – 4716 cal/g. Pirolisis pada suhu 650

– 750 oC menghasilkan arang dengan nilai kalor setara dengan nilai kalor

beberapa jenis kayu yang dilaporkan oleh Komarayati et al. (1997), tetapi

jauh lebih rendah dari nilai kalor arang kayu yang ditemukan oleh penulis

yang sama. Nilai kalor kayu dan arang kayu temuan peneliti ini masing-

masing adalah 4350 – 4625 cal/g dan 6960 - 7180 cal/g yang diperoleh dari

pirolisis pada suhu 500 oC selama 12 jam.

Kadar abu dan kadar zat menguap mempengaruhi nilai kalor secara

negatif (Hendra dan Darmawan 2000). Kadar abu dan kadar zat menguap

hasil pirolisis pada suhu 500 oC dari penelitian ini masing-masing adalah

5,27% dan 26,07%. Keduanya lebih tinggi dari temuan yang dilaporkan

Komarayati et al. (1997) untuk arang beberapa jenis kayu yang masing-

masing berselang dari 1,04 – 3,86% dan 17,12 – 20,23%. Dengan demikian,

nilai kalor arang lindi hitam yang relatif rendah dari penelitian ini

disebabkan oleh tingginya kadar abu dan zat menguap arangnya.

4.3. Rendemen Arang

Rendemen arang menurun dengan menurunnya suhu pirolisis.

Rendemen hasil pirolisis hasil penelitian ini tertera dalam Tabel 1.

Tabel 1. Rendemen hasil pirolisis pada suhu yang berbeda

Suhu (oC) Rendemen (%)

100 88.66

200 71.33

300 65.66

400 51.33

500 48.66

650 45.66

750 42.66

Pada Tabel 1 terlihat bahwa rendemen hasil pirolisis pada penelitian

ini berselang dari 42,66% - 88,66%. Rendemen terendah diperoleh pada

11

suhu pirolisis 750 oC dan yang tertinggi pada saat suhu pirolisis 100 oC.

Penurunan rendemen akibat peningkatan suhu pirolisis disebabkan oleh

jumlah zat yang mudah terdekomposisi secara termal semakin menurun dan

pirolisis semakin sempurna (Yuliarto 2006).

4.4. Prilaku Kehilangan Bobot

Kehilangan bobot arang selama pirolisis diukur melalui analisis

termogravimetri. Gambar 4 menunjukkan pola kehilangan bobot lindi hitam

dan pulp soda jerami sebagai pembanding.

Gambar 4. Perilaku kehilangan bobot lindi hitam (a) dan pulp soda jerami (b)

selama pirolisis dari suhu 100 oC sampai dengan 1000 oC.

Gambar 4 memperlihatkan bahwa kehilangan bobot dan rendemen

menurun dengan meningkatnya suhu pirolisis. Kehilangan bobot pulp lebih

besar dari kehilangan bobot lindi hitam. Hal ini disebabkan oleh kadar

selulosa pulp lebih tingi dari kadar lignin. Kehilangan bobot lignin lebih

rendah dari kehilangan bobot selulosa dalam pirolisis pada suhu tinggi

(Worasuwannarak et al. 2004, Shafizadeh 1984).

Gambar 4 menunjukkan bahwa kehilangan bobot lindi hitam

menurun secara lebih teratur dibandingkan dengan kehilangan bobot pulp.

Pulp mengalami kehilangan bobot secara tajam mulai suhu 200 – 400 oC dan

kehilangan bobotnya tidak berbeda jauh di atas suhu 400 oC. Resistensi

komponen kimia kayu terhadap pengaruh termal yang berbeda dapat

12

menyebabkan perilaku sejenis ini (Hussain et al. 2006, Guo et al. 2008).

Pada suhu 200 – 400 oC hemiselulosa, selulosa dan sejumlah kecil lignin

dalam pulp terbakar. Hemiselulosa dan selulosa terbakar pada suhu 200 -

350 oC dan lignin terbakar pada suhu 280 – 500 oC (Nugraha dan Fatimah

2005). Kehilangan bobot lindi hitam berlangsung lebih seragam karena

kadar selulosa dan hemiselulosanya relatif rendah. Kadar lignin lindi hitam

sampel penelitian ini adalah sekitar 38%.

4.5. Perubahan Kimia

Perubahan gugus fungsi pada lindi hitam diketahui melalui analisis

dengan FTIR. Nilai serapan spektrum lindi hitam tertera pada Tabel 2 dan

pola serapannya diperlihatkan oleh Gambar 5.

Tabel 2. Serapan Bilangan Gelombang Lindi Hitam yang Dipirolisis pada Suhu Berbeda.

Suhu (oC) Bilangan Gelombang (cm-1)

Lignin 3463-2800-1750-1300-1200-900-800

100 3436-2900-1700-1350-1200-950-600

200 3440-2900-1700-1000-600

300 2900-1600-750-750

400 1600-1000-900-750-700

500 1500-1100-800-600

650 2800-1700-800-700

750 2900-1700-800-700

Tabel 2 menunjukkan bahwa selama proses pirolisis, terjadi

perubahan struktur kimia yang ditunjukkan dengan perubahan pola spektrum

panjang gelombang. Pemanasan menyebabkan gugus fungsi tertentu

terputus dan yang lainnya dapat terbentuk (Pari et al. 2003).

Pita serapan IR lindi hitam kontrol (Tabel 2) pada kisaran panjang

gelombang 1750 - 2800 cm-1 menunjukkan adanya gugus OH yang terikat

melalui ikatan hidrogen. Selain itu, keberadaan gugus fungsi aromatik C-H

13

ditunjukkan oleh serapan pada daerah panjang gelombang 700 - 800 cm-1.

Meskipun pola spektrum IR pada suhu 100 oC dan 200 oC tetap menyerupai

pola spektrum kontrol, tetapi diduga telah terjadi pemutusan ikatan dan

terbentuknya senyawa aromatik yang ditunjukkan oleh penurunan intensitas

C-H. Pada suhu 300 oC pelebaran pita ditunjukkan pada daerah panjang

gelombang 1600 - 2900 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus asam

karboksilat (OH) dan serapan pada daerah ini memperkuat dugaan

dominannya senyawa aromatik (C=C) (Pari et al. 2003).

01000200030004000

Panjang Gelombang (cm-1)

Gambar 5. Pola serapan spektrum FTIR lindi hitam pada suhu pirolisis

berbeda-beda.

Spektrum lindi hitam yang dipirolisis pada suhu 400 oC sampai 750 oC mempunyai pola pita serapan yang sama, yaitu pada bilangan gelombang

0°

100°

200°

300°

400°

500°

650°

750°

14

1700 - 2900 cm-1 intensitas serapannya rendah dan di daerah bilangan

gelombang 600 - 800 cm-1 terjadi pelebaran dan penurunan intensitas.

Vibrasi gugus fungsi pada 400 oC sampai 750 oC adalah asam karboksilat O-

H pada daerah panjang gelombang 1700 - 2900 cm-1. Pembentukan senyawa

gugus fungsi aromatik C-H pada panjang gelombang 700 – 800 cm-1. Dari

pola spektrum terlihat bahwa makin lama waktu pirolisis, intensitas serapan

di daerah 800 - 600 cm-1 makin lebar. Asam karboksilat memiliki sifat untuk

membentuk ikatan hidrogen sehingga dengan tidak adanya suatu pemanasan

maka hidrogen yang terkandung di dalam material akan semakin banyak.

Sementara pada proses pirolisis hidrogen akan hilang atau menguap akibat

adanya panas atau pembakaran, sehingga akan terbentuk ikatan yang baru

yang memiliki gugus karbon. Hal ini menunjukkan bahwa permukaan arang

yang dipirolisis dengan suhu yang semakin tinggi mengakibatkan semakin

banyaknya ikatan karbon. Secara keseluruhan, hasil analisis IR

memperlihatkan terjadinya perubahan gugus fungsi yang terdapat di dalam

bahan baku, hal ini terlihat dari menurunnya intensitas serapan (Pari et al.

2004). Hal ini akan semakin meningkatkan kualitas arang yang dihasilkan,

yaitu memiliki karbon yang semakin banyak yang akan meningkatkan nilai

kalor arang.

BAB IV

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa peningkatan suhu

pirolisis akan meningkatkan kadar karbon terikat dan nilai kalor, menurunkan

kadar air dan kadar zat menguap. Kadar abu yang dihasilkan berfluktuasi

bergantung pada kandungan organik di dalam bahannya. Kehilangan bobot lindi

hitam berbeda dengan kehilangan bobot pulp. Laju kehilangan bobot pada lindi

hitam hampir seragam pada semua tingkat suhu pirolisis, sedangkan pada pulp

laju kehilangan bobotnya meningkat sangat tajam antara suhu 200 – 400 oC.

Terjadinya perubahan gugus fungsi selama proses pirolis. Gugus hidroksil benar-

benar menghilang mulai suhu 300 oC. Gugus karbonil juga menghilang pada suhu

300 – 500 oC, tetapi ada indikasi terbentuk kembali pada suhu 650 dan 750 oC.

Kemungkinan disebabkan oleh deformasi ikatan kimia oksigen dalam ring

structure.

DAFTAR PUSTAKA

Guo, Y.L., Wu, S.B., Guo, Q.X., Wang, G.S. 2008. Thermogravimetric Analysis

of Pyrolysis Characteristics of Kraft Black Liquor.

www.frc.kie/kr/down/p1-32. [14 November 2008].

Gusmailina, Ali, M., Saepulloh, Mahpudin. 2003. Pemanfaatan Serbuk Gergaji

untuk Arang dan Arang Kompos. Buletin Penelitian Hasil Hutan Vol.

21. No. 3 : 118-140.

Hendra, D., Darmawan, S. 2000. Pembuatan Briket Arang dari Serbuk Gergajian

Kayu dengan Penambahan Tempurung Kelapa. Buletin Penelitian Hasil

Hutan Vol. 18. No. 1 : 1-9.

Hendra, D., Winarni, I. 2003. Sifat Fisis dan Kimia Briket Arang Campuran

Limbah Kayu Gergajian dan Sebetan Kayu. Buletin Penelitian Hasil

Hutan Vol. 21 No. 3 : 211-226.

Hussain, A., Ani, F.N., Darus, A.N., Ahmed, Z. 2006. Thermogravimetric and

Thermochemical Oil Palm Shell Waste. Jurnal Teknologi: 45 (A): 43-

53.

Iswantini, D., Sholeh, M.A., Rafi, M. 2007. Model Otentifikasi Komposisi Obat

Bahan Alam: Diagram Komponen Utama Spektra FTIR Bahan

Penyusun Obat Pusat Studi Biofarmaka. Laporan Hasil Penelitian.

Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Kementerian Negara BUMN. Bahan Energi Alternatif. www.poweralternatif.com. [14

November 2008].

Komarayati, S., Nurhayati, T., Setiawan, D. 1997. Hasil Destilasi Kering dan

Nilai Kalor 9 Jenis Kayu dari Nusa Tenggara Barat. Buletin Penelitian

Hasil Hutan Vol. 15. No. 1 : 94-100.

Nugraha, J., Fatimah, I. 2005. Identifikasi Hasil Pirolisis Serbuk Kayu Jati

Menggunakan Component Analysis. Jurnal Ilmu Dasar Vol. 6 No. 1 :

41-47.

Pari, G., Sofyan, K., Syafii, W., Buchari. 2003. Suhu Karbonisasi dan Perubahan

Struktur Arang Serbuk Gergaji Jati. Jurnal Teknologi Hasil Hutan Vol.

16 No. 2 : 70-79.

17

Pari, G., Sofyan, K., Syafii, W., Buchari. 2004. Pengaruh Lama Aktivasi

Terhadap Struktur dan Mutu Arang Aktif Serbuk Gergaji Jati (Tectona

grandis L.F). Jurnal Teknologi Hasil Hutan Vol. 17 No.1 : 33-44.

Shafizadeh, F. 1984. The Chemistry of Pyrolysis and Combustion. In: The

Chemistry of Solid Wood. Rowell, R.M. Ed. Advances in Chemistry

Series 207. American Chemical Society, Washington, D.C.

Sjostrom, E. 1995. Kimia Kayu Dasar-Dasar dan Penggunaan. Terjemahan.

Gadjah Mada Univercity Press. Yogyakarta.

Worasuwannarak, N., Potisri, P., Tanthapanichakoon, W. Carbonization

Characteristic of Thai Agricultural Residues. In: The Joint International

Conference Sustainable Energy and Environment (SEE). Hua-Hin,

Thailand. Dec 1-3, 2004.

Yuliarto, B. 2006. Menoropong Konsumsi Energi Dunia.

www.oktadymalik.ultiply.com/journal/item/31. [14 November 2008].

Zapusek, A., Wirtgen, C., Weigandt, J., Lenart, F. 2003. Charactersation of

Carbonizate Produced From Velenje Lignite In Lab-Scale Reactor. Acta

Chim 50 :789-798.

LAMPIRAN

19

Lampiran 1a. Data Hasil Pengujian, Analisis Keragaman dan Uji Duncan Kadar Air Arang Hasil Pirolisis

Lampiran 1b. Analisis Sidik Ragam Terhadap Kadar air

Sumber Keragaman db Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F. hitung Sig. Perlakuan 7 120.389 17.198 78.884 .000 Galat 8 1.744 .218 Umum 15 12.333

Lampiran 1c. Analisis Uji DuncanTerhadap Kadar Air

Perlakuan Rata-rata Duncan Grouting 1 9.34 D 2 3.466 C 3 3.048 C 4 3.048 BC 5 2.197 B 6 0.603 A 7 0.593 A 8 0.247 A

No Suhu (oC) Berat Awal (gram) Berat Akhir (gram) Kadar Air (%) Kadar air rata-

rata (%) Kontrol 1 0 8.86 8.103 9.34 9.34 Kontrol 2 0 8.86 8.103 9.34

1a 100 1 0.967 3.413 3.466 1b 100 1 0.966 3.520 2a 200 1.062 1.028 3.307 3.048 2b 200 1.003 0.969 3.509 3a 300 1 0.979 2.145 3.048 3b 300 1 0.962 3.950 4a 400 1 0.978 2.249 2.197 4b 400 1 0.979 2.145 5a 500 1.003 0.998 0.501 0.603 5b 500 1 0.993 0.705 6a 650 1.019 1.012 0.692 0.593 6b 650 1.018 1.013 0.494 7a 750 1.003 1.002 0.100 0.247 7b 750 1.02 1.016 0.394

20

Lampiran 2a. Data Hasil Pengujian, Analisis Keragaman dan Uji Duncan Kadar Uap Arang Hasil Pirolisis

No Suhu (oC) Berat Awal (gram) Berat Akhir (gram) Kadar Uap (%) Kadar Uap rata-rata (%)

Kontrol 1 0 0.913 0.44 51.807 52.242 Kontrol 2 0 0.915 0.433 52.678

1a 100 0.967 0.512 47.053 47.491 1b 100 0.966 0.503 47.930 2a 200 1.028 0.524 49.027 47.114 2b 200 0.969 0.531 45.201 3a 300 0.979 0.607 37.998 37.190 3b 300 0.962 0.612 36.382 4a 400 0.978 0.722 26.176 27.133 4b 400 0.979 0.704 28.090 5a 500 0.998 0.746 25.251 26.069 5b 500 0.993 0.726 26.888 6a 650 1.012 0.87 14.032 15.259 6b 650 1.013 0.846 16.486 7a 750 1.002 0.87 13.174 15.494 7b 750 1.016 0.835 17.815

Lampiran 2b. Analisis Sidik Ragam Terhadap Kadar Uap

Sumber Keragaman db Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F. hitung Sig. Perlakuan 7 2997.367 428.195 130.048 0.000

Galat 8 26.341 3.293 Umum 15 3023.708

Lampiran 2c. Analisis Uji DuncanTerhadap Kadar Uap

Perlakuan Rata-rata Duncan Grouting 1 52.242 E 2 47.491 D 3 47.114 D 4 37.190 C 5 27.133 B 6 26.069 B 7 15.259 A8 15.494 A

21

Lampiran 3a. Data Hasil Pengujian, Analisis Keragaman dan Uji Duncan Kadar Abu Arang Hasil Pirolisis

No Suhu (oC) Berat Awal (gram) Berat Akhir (gram) Kadar Abu (%)

Kadar Abu rata-rata (%)

Kontrol 1 0 0.44 0.39 5.476 4.542 Kontrol 2 0 0.433 0.4 3.607

1a 100 0.512 0.446 6.825 6.415 1b 100 0.503 0.445 6.004 2a 200 0.524 0.486 3.696 3.706 2b 200 0.531 0.495 3.715 3a 300 0.607 0.565 4.290 4.692 3b 300 0.612 0.563 5.094 4a 400 0.722 0.674 4.908 4.650 4b 400 0.704 0.661 4.392 5a 500 0.746 0.685 6.112 5.272 5b 500 0.726 0.682 4.431 6a 650 0.87 0.828 4.150 3.062 6b 650 0.846 0.826 1.974 7a 750 0.87 0.84 2.994 2.924 7b 750 0.835 0.806 2.854

Lampiran 3b. Analisis Sidik Ragam Terhadap Kadar Abu

Sumber Keragaman db Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F. hitung Sig. Perlakuan 7 18.872 2.696 3.407 0.054

Galat 8 86.330 0.791 Umum 15 25.203

Lampiran 3c. Analisis Uji DuncanTerhadap Kadar Abu

Perlakuan Rata-rata Duncan Grouting 1 4.542 ABC 2 6.415 C 3 3.706 AB 4 4.692 ABC 5 4.650 ABC 6 5.272 BC 7 3.062 AB 8 2.924 A

22

Lampiran 4a. Data Hasil Pengujian, Analisis Keragaman dan Uji Duncan Kadar Karbon Terikat Arang Hasil Pirolisis

No Suhu (oC) Kadar Uap (%) Kadar Abu (%) Karbon Terikat (%) Rata-rata Karbon

Terikat (%)

Kontrol 1 0 51.807 5.476 42.716 43.216 Kontrol 2 0 52.678 3.607 43.716

1a 100 47.053 6.825 46.122 46.094 1b 100 47.930 6.004 46.066 2a 200 49.027 3.696 47.276 49.180 2b 200 45.201 3.715 51.084 3a 300 37.998 4.290 57.712 58.118 3b 300 36.382 5.094 58.524 4a 400 26.176 4.908 68.916 68.217 4b 400 28.090 4.392 67.518 5a 500 25.251 6.112 68.637 68.659 5b 500 26.888 4.431 68.681 6a 650 14.032 4.150 81.818 81.679 6b 650 16.486 1.974 81.540 7a 750 13.174 2.994 83.832 81.582 7b 750 17.815 2.854 79.331

Lampiran 4b. Analisis Sidik Ragam Terhadap Kadar Karbon Terikat

Sumber Keragaman db Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F. hitung Sig. Perlakuan 7 3277.768 468.253 194.821 0.000 Galat 8 19.228 2.403 Umum 15 3296.996

Lampiran 4c. Analisis Uji DuncanTerhadap Kadar Karbón Terikat

Perlakuan Rata-rata Duncan Grouting 1 43.216 A 2 46.094 AB 3 19.180 B 4 58.118 C 5 68.217 D 6 68.659 D 7 81.679 E 8 81.582 E

23

Lampiran 5a. Data Hasil Pengujian, Analisis Keragaman dan Uji Duncan Nilai Kalor Arang Hasil Pirolisis

No Suhu (oC) Nilai Kalor (cal/gram) (T2-T1)oC A

Nilai Kalor (cal/gram)

Rata-rata nilai kalor (cal/gram)

Kontrol 1 0 2358 1.181 1 2784.798 2782.44 Kontrol 2 0 2358 1.179 1 2780.082

1a 100 2358 1.368 1 3225.744 3230.46 1b 100 2358 1.372 1 3235.176 2a 200 2358 1.559 1 3676.122 3678.48 2b 200 2358 1.561 1 3680.838 3a 300 2358 1.606 1 3786.948 3784.59 3b 300 2358 1.604 1 3782.232 4a 400 2358 1.634 1 3852.972 3855.33 4b 400 2358 1.636 1 3857.688 5a 500 2358 1.681 1 3963.798 3961.44 5b 500 2358 1.679 1 3959.082 6a 650 2358 1.943 1 4581.594 4586.31 6b 650 2358 1.947 1 4591.026 7a 750 2358 2.001 1 4718.358 4716 7b 750 2358 1.999 1 4713.642

Lampiran 5b. Analisis Sidik Ragam Terhadap Nilai Kalor

Sumber Keragaman db Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F. hitung Sig.

Perlakuan 7 5713033.759 816147.680 41938.520 0.000

Galat 8 155.685 19.461

Umum 15 5713189.444 Lampiran 5c. Analisis Uji Duncan Terhadap Nilai Kalor

Perlakuan Rata-rata Duncan Grouting

1 2782.44 A

2 3230.46 B

3 3678.48 C

4 3784.59 D

5 3855.33 E

6 3961.44 F

7 4586.31 G

8 4716 H

24

Lampiran 6. Rendemen Hasil Pirolisis

Suhu (oC) Rendemen (%)

100 88.66

200 71.33

300 65.66

400 51.33

500 48.66

650 45.66

750 42.66