skripsi ilham rev 2
DESCRIPTION
aaaTRANSCRIPT
KARAKTERISASI PRODUK PIROLISIS TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT DAN BIOPELET TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT
ARDITYA RAHMAN ILHAMSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi Produk
Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Biopelet Tandan Kosong Kelapa Sawit
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. 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.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Arditya Rahman Ilhamsyah
F14100046
ABSTRAK
ARDITYA RAHMAN ILHAMSYAH. Karakterisasi Produk Pirolisis Tandan
Kosong Kelapa Sawit dan Biopelet Tandan Kosong Kelapa Sawit. Dibimbing oleh
ARMANSYAH H. TAMBUNAN.
Salah satu limbah industri kelapa sawit adalah berupa tandan kosong kelapa
sawit (TKKS). Jumlah TKKS sekitar 23% dari total tandan buah segar. Kandungan
lignoselulosa seperti hemiselulosa, selulosa, dan lignin dalam TKKS dapat diubah
menjadi bahan bakar dan dimanfaatkan sebagai sumber energi. Penelitian ini
menggunakan proses pirolisis. Produk yang dihasilkan dari proses pirolisis yang
berupa char, liquid, dan gas masing-masing memiliki komposisi tersendiri, dengan
menggunakan kendali proses komposisi masing-masing dapat diatur dengan
pengendalian prosesnya. Peningkatan nilai kalor bahan bakar biomassa dapat
dilakukan melalui proses densifikasi. Proses densifikasi dalam pembuatan biopelet
mempunyai beberapa keunggulan, diantaranya meningkatkan nilai kalor total per
satuan volume, memudahkan transportasi dan penyimpanan produk akhir, dan
mempunyai keseragaman bentuk dan kualitas. Proses pirolisis biopelet TKKS dan
TKKS berlangsung dengan pirolisis lambat maupun pirolisis cepat, meskipun lebih
cenderung pada proses pirolisis lambat. Nilai kalor char yang dihasilkan dari proses
pirolisis biopelet TKKS berada pada kisaran 23.37-25.16 (kJ/g) dan nilai kalor char
yang dihasilkan dari proses pirolisis TKKS berada pada kisaran 24.50-27.86 (kJ/g),
sedangkan nilai kalor spesifik gas yang dihasilkan dari proses pirolisis biopelet
TKKS berada pada kisaran 12.236-14.341 (kJ/g gas) dan nilai kalor spesifik gas
dari proses pirolisis TKKS berada pada kisaran 11.319-13.731 (kJ/g gas). Hasil nilai
kalor spesifik gas dari proses pirolisis tidak ada yang lebih besar dari nilai kalor
spesifik TKKS sebesar 18.708 (kJ/g), ini dimungkinkan karena nilai dari gas H2
yang tidak terdeteksi oleh alat gas analyzer.
Kata kunci : biopelet, densifikasi, pirolisis, tandan kosong kelapa sawit
ABSTRACT
ARDITYA RAHMAN ILHAMSYAH. Characterization of Pyrolysis Product from
Empty Fruit Bunch and Peletized Empty Fruit Bunch. Supervised by
ARMANSYAH H. TAMBUNAN.
One important form of the waste from palm oil industry empty fruit bunches
(EFB). Total EFB is approximately 23% of the total fresh fruit bunches. The content
of lignocellulosic such as hemicellulose, cellulose, and lignin in EFB can be
converted into fuel and used as an energy source. This study uses the pyrolysis
conversion technology. The products resulting from the pyrolysis process consists
of char, liquid, and gas each has its own composition, using a control composition
of each process can be adjusted by controlling the process . Increased calorific value
of biomass fuel can be carried through the process of densification. Densification
process in the manufacture of biopelet has several advantages, including increasing
the total calorific value per unit volume, ease of transportation and storage of the
final product, and has a uniform shape and quality. The pyrolysis process was
occurred both in slow and fast pyrolysis, even though it tended more to the slow
pyrolysis process. Calorific value of the pyrolysis char produced from peletized
EFB and the EFB were in the range of 23.37-25.16 (kJ / g) and 24.50-27.86 EFB
(kJ / g), respectively, while the specific calorific value gas biopelet EFB range
12.236-14.341 (kJ / g gas) and specific heating value gas EFB range 11.319-13.731
(kJ / g gas). Specific calorific value of gas in this study there was no greater than
EFB specific calorific value of 18.708 (kJ / g), is possible because the value of H2
gas were not detected by the gas analyzer.
Keyword : Biopelet, empty fruit bunch, densification, pyrolysis
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
KARAKTERISASI PRODUK PIROLISIS TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT DAN BIOPELET TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT
ARDITYA RAHMAN ILHAMSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi : Karakterisasi Produk Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit dan
Biopelet Tandan Kosong Kelapa Sawit
Nama : Arditya Rahman Ilhamsyah
NIM : F14100046
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Armansyah H. Tambunan
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, M. Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2014 ini ialah
pengaruh biopelet terhadap hasil pirolisis, dengan judul Karakterisasi Produk
Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Biopelet Tandan Kosong Kelapa Sawit.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan,
M. Agr selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran dan juga masukan.
Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Asep Sutandi dan Dian
Nurhandayati, S. Ip selaku kedua orang tua yang selalu memberikan doa, dukungan,
dan kasih sayang kepada penulis selama proses perkuliahan dan penelitian di
kampus ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada saudari Khairani
Nadhir Athifah dan Marini Fitri Dewi, sahabat kontrakan (Taufiq, Iksan, Eko),
teman-teman Lab (Sigit, Haga, Well, Bang Agus, Bang Raju, Bang Irfan, Bang
Daniel, Kak Sari, Bu Inge, Pak Alimudin, Pak Jhon, Holil, Ramdhan, Muzzakir,
Fidel, dan Jhon), teman-teman Antares 47,Regenboog 48, serta UKM Tenis Meja
IPB
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi para pembacanya. Terima kasih
Bogor, Agustus 2015
Arditya Rahman Ilhamsyah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN x
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Kelapa Sawit 2
Karakteristik Tandan Kosong Kelapa Sawit 3
Densifikasi 4
Pirolisis 5
METODE 7
Waktu dan Tempat 7
Alat dan Bahan 7
Prosedur Penelitian 7
Analisis ultimat, proksimat, dan lignoselulosa 10
Analisis gas hasil pirolisis 11
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Karakteristik Tandan Kosong Kelapa Sawit 13
Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan Biopelet TKKS 14
Karakteristik Hasil Pirolisis Biopelet TKKS dan TKKS 19
SIMPULAN DAN SARAN 22
Simpulan 22
Saran 22
DAFTAR PUSTAKA 23
LAMPIRAN 25
RIWAYAT HIDUP 35
DAFTAR TABEL
1. Karakteristik tandan kosong kelapa sawit 3 2. Penelitian mengenai pirolisis biomassa 6
3. Analisis proksimat dan ultimat TKKS 13 4. Perbandingan standar mutu nilai kalor biopelet di beberapa negara 14 5. Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara 14 6. Analisis linognoselulosa tandan kosong kelapa sawit 14 7. Persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis TKKS 16
8. Persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis Biopelet TKKS 18 9. Nilai kalor padatan (char) hasil pirolisis 20
10. Persentase nilai kalor gas per gram biomassa yang dapat dimanfaatkan
dari hasil pirolisis biopelet TKKS 20 11. Persentase nilai kalor gas per gram biomassa yang dapat dimanfaatkan
dari hasil pirolisis TKKS 21
DAFTAR GAMBAR
1. Tandan kosong kelapa sawit 4
2. Biopelet tandan kosong kelapa sawit 5 3. Proses pirolisis (Basu, 2010) 6
4. Persiapan bahan TKKS 8 5. (a) Hammer mill, (b) Disk mill 8
6. Roller-rotating pellet mills 9 7. Reaktor pirolisis skala lab 9 8. Titik pengukuran suhu pada reaktor 10
9. Bagan alir penelitian 12 10. Profil suhu pirolisis TKKS (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C, dan (d)
600°C 16
11. Profil suhu pirolisis biopelet TKKS (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C,
dan (d) 600°C 18
12. Fraksi massa biopelet TKKS dan TKKS 19
DAFTAR LAMPIRAN
1. Spektra NMR bio-oil hasil pirolisis biopelet TKKS pada suhu (a)
300°C, (b) 400°C, (c) 500°C, (d) 600°C 25
2. Spektra NMR bio-oil hasil pirolisis TKKS pada suhu (a) 300°C, (b)
400°C, (c) 500°C, (d) 600°C 29
3. Dokumentasi Saat Pengujian 30
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Energi merupakan salah satu kebutuhan hidup yang sangat penting. Sejalan
dengan perkembangan jumlah penduduk dan pertumbuhan ekonomi, kebutuhan
energi semakin meningkat dari tahun ke tahun. Salah satu sumber energi yang
sekarang banyak digunakan berasal dari fosil (gas dan minyak bumi). Akan tetapi,
ketersediaan energi fosil semakin lama semakin berkurang, sedangkan permintaan
terhadap sumber energi bahan bakar tersebut semakin lama semakin bertambah.
Oleh karena itu diperlukan sumber energi alternatif yang baru untuk menggantikan
sumber energi tersebut. Agar kebutuhan energi tetap terpenuhi maka sumber energi
terbarukan mulai mendapatkan perhatian.
Sumber energi alternatif yang banyak diteliti dan dikembangkan saat ini
adalah energi biomassa yang ketersediaannya melimpah, mudah diperoleh, dan
dapat diperbaharui secara cepat. Indonesia merupakan salah satu penghasil minyak
mentah kelapa sawit (crude palm oil) terbesar dunia. Produksi minyak kelapa sawit
yang dihasilkan Indonesia sebesar 23,5 juta ton (Ditjen Perkebunan 2013). Limbah
yang dihasilkan dari industri kelapa sawit adalah tandan kosong kelapa sawit
(TKKS), yang jumlahnya dapat mencapai 23% dari total tandan buah segar (TBS).
Karakteristik dari biomassa mempengeruhi peranannya sebagai bahan
bakar. Kandungan lignoselulosa seperti hemiselulosa, selulosa, dan lignin dalam
biomassa dapat diubah menjadi bahan bakar dan dimanfaatkan sebagai sumber
energi. Beberapa teknik penggunaan biomassa sebagai bahan bakar adalah
pembakaran langsung, pirolisis, gasifikasi, torefaksi, dan liquefaksi (pencairan).
Penelitian ini menggunakan proses pirolisis. Pirolisis adalah dekomposisi
panas dari biomassa menjadi char, liquid dan gas dan berlangsung dalam keadaan
tanpa oksigen secara total. Produk yang dihasilkan dari proses pirolisis berupa char,
liquid, dan gas yang mana komposisi dari masing-masing produk tersebut memiliki
fungsinya tersendiri, dengan menggunakan kendali proses komposisi masing-
masing dapat diatur dengan mengendalikan prosesnya.
Menurut Yamada et al. (2005) pembakaran secara langsung dan tanpa
pengolahan akan menyebabkan timbulnya gangguan pernafasan karena adanya
karbon monoksida, sulfur dioksida (SO2), dan endapan partikulat. Sehingga perlu
teknologi baru untuk mengolah limbah tersebut menjadi bahan bakar yang ramah
lingkungan dan menghasilkan nilai tambah yang tinggi. Kerapatan yang rendah
pada biomassa dapat menyebabkan masalah pada penyimpanan. Densifikasi
merupakan proses pengkompakan residu menjadi produk yang mempunyai densitas
lebih tinggi daripada bahan baku aslinya. Proses densifikasi dalam pembuatan
biopelet mempunyai beberapa keunggulan, diantaranya meningkatkan nilai kalor
total per satuan volume, memudahkan transportasi dan penyimpanan produk akhir,
dan mempunyai keseragaman bentuk dan kualitas. Biopelet merupakan bahan bakar
padat berbasis biomassa yang berbentuk tabung padat atau pelet. Proses yang
digunakan adalah pengempaan dengan suhu dan tekanan tinggi, sehingga
membentuk produk yang seragam (Yang et al. 2005). Bahan bakar pelet ini
berdiameter antara 3-12 mm dengan panjang antara 6-25 mm (Ramsay 1982).
2
Berdasarkan penelitian sebelumnya, mengenai proses pirolisis biomassa
telah banyak dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui bahan alternatif lain
pengganti bahan bakar fosil yang semakin hari semakin menipis persediaannya.
Bahan baku biomassa yang digunakan dalam penelitian sebelumnya seperti serbuk
gergaji, sekam padi, oil palm stone, palm kernel cake, dan lain-lain. Penelitian yang
dilakukan oleh Ginting (2014) menggunakan bahan tandan kosong kelapa sawit.
Pirolisis dilakukan dengan suhu 200 - 450°C. Hasil yang diperoleh adalah nilai
kalor gas yang terbentuk berupa H2, CO dan CH4 meningkat dengan meningkatnya
suhu pirolisis. Pada penelitian ini dilakukan karakterisasi produk pirolisis biopelet
tandan kosong kelapa sawit dan tandan kosong kelapa sawit untuk mengetahui
perbedaan nilai kalor yang dihasilkan serta kualitas dari hasil pirolisis.
Perumusan Masalah
Pirolisis adalah dekomposisi panas dari biomassa menjadi char, liquid dan
gas dan berlangsung dalam keadaan tanpa oksigen secara total. Produk yang
dihasilkan dari proses pirolisis yang berupa char, liquid, dan gas masing-masing
memiliki komposisi tersendiri, dengan menggunakan kendali proses komposisi
masing-masing dapat diatur dengan pengendalian prosesnya. Untuk menjadikan
biomassa sebagai bahan bakar, salah satu parameter kualitasnya adalah nilai kalor
yang dihasilkan dari proses pembakaran. Dengan pembuatan biopelet pada bahan
TKKS diharapkan dapat memberikan pengaruh lebih terhadap kualitas produk
pirolisis yang dihasilkan. Untuk itu dilakukan karakterisasi produk pirolisis dari
tandan kosong kelapa sawit dan biopelet tandan kosong kelapa sawit.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkarakterisasi produk pirolisis
dari tandan kosong kelapa sawit, serta membandingkan karakteristik hasil produk
pirolisis biopelet tandan kosong kelapa sawit dan tandan kosong kelapa sawit.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakterisasi dari produk
pirolisis tandan kosong kelapa sawit dan biopelet tandan kosong kelapa sawit
sebagai pengganti bahan bakar fosil.
TINJAUAN PUSTAKA
Kelapa Sawit
Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas perkebunan yang memiliki
prospek yang baik. Indonesia memiliki potensi lahan yang subur serta pasokan
tenaga kerja yang cukup untuk menjadikan kelapa sawit sebagai andalan
pertumbuhan ekonomi. Saat ini Indonesia dan Malaysia memasok 22% dari total
produksi minyak nabati dan lemak dunia. Kedua negara itu menguasai 85%
3
produksi minyak kelapa sawit mentah dengan volume mencapai 49% dari total
perdagangan minyak nabati dan lemak dunia (Chandra 2005).
Kelapa Sawit merupakan salah satu tanaman budidaya penghasil minyak
nabati berupa Crude Plam Oil (CPO), sangat banyak ditanam dalam perkebunan di
Indonesia terutama di pulau Sumatera, Kalimantan, Sulawesi dan Papua. Selain
menghasilkan Crude Palm Oil (CPO), dalam proses pengolahan kelapa sawit selain
menghasilkan CPO juga menghasilkan limbah sangat banyak Diketahui untuk 1 ton
kelapa sawit akan mampu menghasilkan limbah berupa tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) sebanyak 23% atau 230 kg, limbah cangkang (Shell) sebanyak 6,5% atau
65 kg, wet decanter solid (lumpur sawit) 4 % atau 40 kg, serabut (Fiber) 13% atau
130 kg serta limbah cair sebanyak 50%.
Dari ke empat limbah padat tersebut limbah tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) dapat dihasilkan jumlahnya cukup besar yaitu sekitar 126.317,54
ton/tahun, namun pemanfaatannya masih terbatas. Sementara ini hanya dibakar dan
sebagian dihamparkan pada lahan kosong sebagai mulsa/pupuk, di kawasan sekitar
pabrik.
Karakteristik Tandan Kosong Kelapa Sawit
Karakteristik biomassa seperti kadar air, ukuran partikel, densitas, bahan yang
terkandung (C, H, N, S, dan O), bahan mudah menguap dan kadar abu
mempengaruhi kesesuaian biomassa sebagai bahan bakar (Omar 2011).
Karakteristik ini disebut analisis ultimat dan proksimat.
Tabel 1 menunjukkan analisis ultimat dan proksimat tandan kosong kelapa
sawit dari beberapa penelitian.
Tabel 1 Karakteristik tandan kosong kelapa sawit
Kandungan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Analisis Ultimat A B C D
C (%) 46.62 48.78 49.07 53.78
H (%) 6.45 7.33 6.48 4.37
N (%) 1.21 0.00 0.7 0.35
S (%) 0.03 0.08 0.1 0.00
O (%) 45.66 40.18 38.29 41.5
Analisis Proksimat
Kadar air (%) 5.18 8.75 7.95 -
Volatile matter (%) 82.58 79.67 83.86 81.9
Karbon tetap (%) 8.97 8.68 10.78 12.6
Abu (%) 3.45 3.02 5.36 3.11
Nilai Kalor (kJ/g) 17.02 18.96 17.08 - A Mohammed (2011). B Ma dan Yousuf (2005). C Yang et al (2006). D
Abdulah dan Gerhauser (2008).
4
Gambar 1 berikut menunjukkan tandan kosong kelapa sawit yang digunakan.
Gambar 1 Tandan kosong kelapa sawit
Densifikasi
Densifikasi adalah salah satu cara untuk memperbaiki sifat fisik suatu bahan
yang bertujuan untuk memadatkan dan meningkatkan kerapatan, sehingga dapat
meningkatkan efisiensi nilai bahan yang digunakan. Proses densifikasi dilakukan
pada bahan berbentuk curah atau memiliki sifat fisik yang tidak beraturan. Terdapat
tiga tipe proses densifikasi, antara lain : extruding, briquetting, dan pelleting. Proses
extruding, bahan dimampatkan menggunakan sebuah ulir (screw) atau piston yang
melewati dies sehingga menghasilkan produk yang kompak dan padat. Proses
briquetting menghasilkan produk berbentuk seperti tabung dengan ukuran diameter
dan tinggi yang bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Proses pelleting terjadi karena
adanya aliran bahan dari roll yang berputar disertai dengan tekanan menuju lubang-
lubang dies pencetak biopelet. Peletisasi merupakan proses pengeringan dan
pembentukan biomassa dengan menggunakan tekanan tinggi untuk menghasilkan
biomassa padat berbentuk silinder dengan diameter maksimum 25 mm. Proses
peletisasi bertujuan untuk menghasilkan bahan bakar biomassa dengan volume
yang secara signifikan lebih kecil dan densitas energi lebih tinggi, sehingga lebih
efisien untuk proses penyimpanan, transportasi, dan konversi ke dalam bentuk
energi listrik atau energi kimia lainnya (AEAT 2003).
Bahan baku pelet dipanaskan dan ditekan secara friksi melalui lubang yang
terdapat pada die. Selanjutnya material yang telah mengalami densifikasi keluar
melalui die dalam bentuk seragam dan dipotong menggunakan pisau sesuai dengan
ukuran panjang yang diinginkan. Pada umumnya, pelet yang dihasilkan mempunyai
diameter 5-15 mm dan panjang kurang dari 30 mm.
Proses densifikasi dalam pembuatan pelet mempunyai beberapa keunggulan,
di antaranya: meningkatkan nilai kalor total per satuan volume, memudahkan
transportasi dan penyimpanan produk akhir, mempunyai keseragaman bentuk dan
kualitas. Densifikasi juga mempunyai beberapa aspek kelemahan, seperti tingginya
biaya investasi dan kebutuhan energi yang dibutuhkan, serta adanya karakteristik
pembakaran yang tidak diinginkan, seperti sulit menyala dan menimbulkan asap
(Pastre 2002).
5
Biopelet
Biomassa merupakan sumber energi yang bersih dan dapat diperbarui namun
biomassa mempunyai kekurangan yaitu tidak dapat langsung dibakar, karena sifat
fisiknya yang buruk, seperti kerapatan energi yang rendah dan permasalahan
penanganan, penyimpanan dan transportasi (Saptoadi 2006). Untuk memperbaiki
karakteristik biomassa dilakukan cara densifikasi dalam bentuk briket atau biopelet.
Biopelet adalah bahan bakar biomassa berbentuk pelet yang memiliki
keseragaman ukuran, bentuk, kelembapan, densitas, dan kandungan energi
(Abelloncleanenergy 2009). Pada proses pembuatan biopelet, biomassa
diumpankan ke dalam pellet mill yang memiliki dies dengan ukuran diameter 6-8
mm dan panjang 10-12 mm (Mani et al. 2006). Menurut Saptoadi (2006), proses
pemampatan biomassa menjadi briket atau pelet dilakukan untuk :
1. Meningkatkan kerapatan energi bahan,
2. Meningkatkan kapasitas panas (kemampuan untuk menghasilkan panas
dalam waktu lebih lama dan mencapai suhu yang lebih tinggi).
3. Mengurangi jumlah abu pada bahan bakar.
Gambar 2 Biopelet tandan kosong kelapa sawit
Pirolisis
Pirolisis yaitu dekomposisi termokimia dari biomassa menjadi produk-
produk yang bermanfaat, baik dalam keadaan absen agen-agen pengoksidasi secara
total maupun dengan pemberian yang terbatas. Pirolisis tidak sama dengan proses
gasifikasi yang melibatkan reaksi kimia dengan sebuah agen eksternal. Proses
pirolisis biomassa biasanya berlangsung pada rentang suhu yang rendah dari 300-
650 oC berbeda dengan gasifikasi yang berlangsung pada suhu 800-1000 oC. Produk
awal pirolisis terbuat dari gas-gas yang dapat dikondensasikan dan arang padat. Gas
yang dapat terkondensasi selanjutnya berubah menjadi gas-gas yang tidak dapat
terkondensasi (CO ,CO2 ,H2 , dan CH4), cair dan arang.
6
Berdasarkan laju pemanasannya pirolisis dapat diklasifikasikan dalam
pirolisis lambat dan cepat. Dikatakan lambat apabila waktu yang dibutuhkan untuk
memanaskan bahan bakar ke temperatur pirolisis lebih lama dibandingkan waktu
reaksi pirolisis dan sebaliknya. Pada pirolisis lambat, waktu uap tinggal pada zona
pirolisis berkisar beberapa menit atau lebih lama. Proses ini digunakan secara utama
untuk produksi arang dan terbagi menjadi dua tipe : karbonisasi dan konvensional.
Sedangkan dalam pirolisis cepat, waktu tinggal uap pada zona pirolisis berlangsung
dalam detik.
Produk Pirolisis
Pirolisis memecah molekul-molekul kompleks yang besar menjadi beberapa
molekul yang lebih kecil. Produk dari pemecahan molekul ini diklasifikasikan
menjadi tiga tipe :
a. Padatan (kebanyakan dalam bentuk arang atau karbon)
b. Cairan (tar, hidrokarbon yang lebih berat, dan air)
c. Gas (CO2, H2O, CO, C2H2, C2H4, C2H6, dan lain-lain)
Jumlah dari produk-produk ini bergantung pada beberapa faktor termasuk laju
pemanasan dan temperatur akhir yang dicapai oleh biomassa. Beberapa penelitian
mengenai pirolisis biomassa ditunjukkan pada tabel 2 berikut.
Tabel 2 Penelitian mengenai pirolisis biomassa
Peneliti Bahan Perlakuan suhu Hasil
Razuan et
al (2010)
Oil palm
stone dan
palm kernel
cake
500, dan 700 oC Peningkatan nilai kalor pada char namun
menurunkan nilai kalor pada oil seiring
meningkatnya suhu. Konsentrasi gas H2
meningkat, CH4 mengalami peningkatan
sampai suhu 600 oC setelah itu mengalami
penurunan, sedangkan gas CO dan CO2
mengalami penurunan seiring dengan
meningkatnya suhu
Duric et al
(2011)
Tongkol
jagung
300, 350, 400,
450, 600, dan 650 oC
Peningkatan gas CH4 seiring peningkatan
suhu sedangkan gas CO dan H2 cenderung
stabil
Gambar 3 Proses pirolisis (Basu, 2010)
7
Imam dan
Capadera
(2012)
Ilalang 400, 500, dan 600 oC
Gas H2 dan gas CH4 menurun dan gas CO
meningkat seiring dengan peningkatan
suhu
Park et al
(2014)
Sekam padi 300, 400, 500,
600, dan 700 oC
Peningkatan hasil untuk gas dan oil namun
penurunan hasil biochar, nilai kalor
mengalami penurunan pada biochar namun
peningkatan hasil pada oil dan gas seiring
dengan peningkatan suhu. Konsentrasi CO
dan CO2 mengalami penurunan sedangkan
H2 dan CH4 mengalami peningkatan
seiring meningkatnya suhu
Ginting
(2014)
Tandan
kosong
kelapa sawit
200, 250, 300,
350, 400, dan 450 oC
Nilai kalor gas yang terbentuk berupa H2,
CO dan CH4 meningkat dengan
meningkatnya suhu
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan dari bulan Desember 2014 sampai dengan bulan
Maret 2015 di Laboratorium Pindah Panas dan Massa, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, dan di UPT
Balai Penelitian dan Pengembangan Biomaterial – LIPI
Alat dan Bahan
Alat penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah Alat pirolisis skala
lab, golok, hammer mill, disk mill, saringan 60 mesh, Roller-rotating pellet mills,
gas analyzer LANCOM4 Portable flue gas monitoring, heater, termokopel,
stabilizer, pengendali suhu, current regulator, timbangan digital, dan termometer
digital.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah tandan kosong kelapa
sawit. Bahan baku tersebut diperoleh dari pabrik kelapa sawit Kebun Cikasungka
PTPN VIII, Cigudeg, Bogor. Sebelum diumpankan ke alat pirolisis, tandan kosong
kelapa sawit terlebih dahulu dijemur pada sinar matahari untuk menurunkan kadar
airnya.
Prosedur Penelitian
Persiapan Bahan
Tahap persiapan bahan dilakukan di Laboratorium Lapang Siswadi Supardjo
IPB dengan mempersiapkan bahan baku dan alat. Bahan baku tandan kosong kelapa
sawit dijemur terlebih dahulu dibawah sinar matahari untuk mengurangi kadar air
pada bahan. Lalu ukuran bahan diseragamkan (±3-5 cm) untuk memudahkan proses
penggilingan.
8
Gambar 4 Persiapan bahan TKKS
Pembuatan Serbuk
Pembuatan serbuk tandan kosong kelapa sawit dilakukan di UPT Balai
Penelitian dan Pengembangan Biomaterial – LIPI. Tandan kosong kelapa sawit
yang telah diseragamkan ukuran (±3-5 cm), kemudian bahan tersebut secara
terpisah digiling dengan hammer mill sehingga menjadi serbuk untuk pembuatan
biopelet dan dilanjutkan dengan menggunakan disk mill agar dapat disaring dengan
alat penyaring serbuk dengan ukuran 60 mesh.
(a) (b)
Pencetakan Biopelet
Pencetakan biopelet dilakukan di UPT Balai Penelitian dan Pengembangan
Biomaterial – LIPI. Pencetakan biopelet dilakukan menggunakan roller-rotating
pellet mills bertekanan tinggi dengan ukuran diameter dies 8 mm.
Gambar 5 (a) Hammer mill, (b) Disk mill
9
Gambar 6 Roller-rotating pellet mills
Karakterisasi hasil pirolisis
Proses pirolisis dilakukan pada alat reaktor pirolisis yang berukuran Ø10 cm
x 40 cm seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Reaktor pirolisis skala lab
Peralatan pengujian dilengkapi dengan peralatan ukur dan pengendali suhu
menggunakan termokopel tipe K dan termostat digital (Omron E5CZ) yang
berfungi mengendalikan suhu elemen pemanas (heater) pada reaktor. Tahapan
proses dimulai dengan memasukkan bahan kedalam reaktor kemudian arus listrik
dialirkan ke elemen pemanas. Arus listrik yang dialirkan dikendalikan melalui
termostat digital sesuai dengan suhu perlakuan. Gas yang dihasilkan dari proses
pirolisis dianalisis dengan alat gas LANCOM4 Portable flue gas monitoring.
Reaktor kemudian didiamkan sampai mencapai temperatur lingkungan dan
dilakukan penimbangan sisa padatan dan cairan yang dihasilkan.
Temperatur elemen pemanas diatur pada suhu 300 oC, 400 oC, 500 oC, dan 600 oC dengan sistem batch untuk masing-masing perlakuan suhu. Didalam reaktor
terdapat empat titik suhu yang digunakan untuk menentukan profil suhu biomassa
selama proses pirolisis berlangsung. Titik T1, T2, T3, dan T4 merupakan titik-titik
pengukuran suhu didalam reaktor. Titik T1 merupakan pusat reaktor yang berada
tepat di tengah reaktor, titik T2 berada di tengah jari-jari reaktor (0,5R), titik T3
berada 1 cm dari dinding dalam reaktor, dan titik T4 merupakan titik kontrol suhu
pirolisis yang ditempelkan pada dinding dalam reaktor. Gambar 8 menunjukkan
titik pengukuran suhu pada reaktor.
10
Gambar 8 Titik pengukuran suhu pada reaktor
Bahan yang digunakan untuk masing-masing perlakuan disesuaikan dengan
kapasitas muat reaktor dan kapasitas ketersediaan bahan. Untuk bahan tandan
kosong kelapa sawit, bahan yang digunakan sebanyak 300 gram ini disesuaikan
dengan kapasitas muat reaktor. Sementara untuk bahan biopelet sebanyak 1000
gram ini disesuaikan dengan ketersediaan bahan.
Analisis ultimat, proksimat, dan lignoselulosa
Analisis ultimat untuk mengetahui besarnya persentase karbon, hydrogen,
nitrogen, oksigen dan sulfur yang terkandung pada tandan kosong kelapa sawit
dilakukan menggunakan alat GCMS Pirolisis Shimadzu tipe GCMS-QP2010. Analisa
proximat untuk mengetahui kadar air, zat terbang (volatile metter), karbon tetap dan
abu dilakukan dengan menggunakan termogravimetri analyzer. Analisis lignoselulosa
tandan kosong sawit dilakukan untuk mengatahui persentase kandungan selulosa
menggunakan metode Norman Jenkins, lignin dengan standar TAPPI, T 6 m – 59
(ASTM), hemiseluloa menggunakan standar ASTM 1104-56 dan ASTM 1103-60.
Analisis ultimat, proximat dan lignoselulosa dilakukan di laboratorium pengujian hasil
hutan Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan
Hasil Hutan Bogor. Berdasarkan analisis ultimat dan kadar abu maka dapat dihitung
nilai kalor tertinggi (HHV) biomassa berdasarkan persamaan berikut :
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟 = 𝐻 + 𝑂 (1)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = 𝐶 + 𝑁 + 𝑆 (2)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑏𝑢 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑏𝑢 (3)
𝐻𝐻𝑉 𝑏𝑘 =𝐻𝐻𝑉 𝑏𝑎𝑠𝑖𝑠 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑋 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑏𝑢+𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 (4)
Nilai H,O,C,N,S dan abu merupakan massa komponen dalam basis massa.
Nilai HHV basis serat sebesar 20,4 kJ/gram.
11
Analisis gas hasil pirolisis
Produk pirolisis kemudian dianalisis dengan menimbang produk berupa
padatan, cairan dan gas. Hasil produk dihitung berdasarkan kesetimbangan massa
sesuai dengan persamaan berikut :
% 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑡𝑎𝑛 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑡𝑎𝑛
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 × 100% (5)
% 𝑐𝑎𝑖𝑟𝑎𝑛 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝑐𝑎𝑖𝑟𝑎𝑛
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 × 100% (6)
Sedangkan gas yang terbentuk pada proses pirolisis dihitung dengan
persamaan :
% 𝑔𝑎𝑠 = 100% − (% 𝑝𝑎𝑑𝑎𝑡𝑎𝑛 + % 𝑐𝑎𝑖𝑟𝑎𝑛) (7)
Saat proses pirolisis berlangsung, gas yang terbentuk diamati komposisnya
dengan alat analisis gas dengan menggunakan gas analyzer LANCOM4 Portable
flue gas monitoring. Setelah data hasil produk hasil pirolisis diperoleh, dilakukan
analisis mengenai nilai kalor yang terkandung dari tiap produk berupa biochar, bio-
oil dan gas.
12
Gambar 9 Bagan alir penelitian
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Tandan Kosong Kelapa Sawit
Rumus kimia tandan kosong kelapa sawit dapat dinyatakan sebagai
CmHnOxNySz dimana m, n, x, y dan z merupakan representasi dari fraksi C, H, O,
N dan S secara berturut-turut. Analisis proksimat dapat memberikan informasi
komponen biomassa berdasarkan kadar air, kandungan zat terbang (volatile metter),
kadar abu, dan kadar karbon tetap. Sedangkan untuk nilai kalor diperoleh dari
pengujian nilai kalor. Hasil analisis proksimat digunakan sebagai indikator hasil
yang diperoleh dari biomassa yang dikonversi menjadi energi. Kandungan karbon
tetap (fix carbon) dan zat terbang (volatile metter) merupakan komponen yang
menunjukkan kandungan energi yang terdapat dalam tandan kosong kelapa sawit.
Semakin tinggi rasio perbandingan antara zat terbang dan karbon tetap maka
semakin besar energi tersedia yang mampu dilepas biomassa. Sedangkan kadar air
dan kadar abu merupakan dua komponen yang dapat mempengaruhi kualitas bakan
bakar (Silva et al 2012).
Tabel 3 menunjukkan perbandingan hasil analisis proksimat dan ultimat
dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang digunakan pada penelitian ini dengan
hasil penelitian lainnya.
Tabel 3 Analisis proksimat dan ultimat TKKS
Kandungan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Analisis Ultimat A B C D E F G
C (%) 71.93 60.4 66.16 46.62 48.78 49.07 53.78
H (%) 11.47 7.6 9.53 6.45 7.33 6.48 4.37
N (%) 0.83 2.2 1.51 1.21 0.00 0.7 0.35
S (%) 0.12 - 0.12 0.03 0.08 0.1 0.00
O (%) 15.63 29.8 22.71 45.66 40.18 38.29 41.5
Analisis Proksimat
Kadar air (%) 3.80 1.70 2.75 5.18 8.75 7.95 -
Volatile matter (%) 76.82 75.37 76.09 82.58 79.67 83.86 81.9
Kadar karbon tetap (%) 18.86 17.44 18.15 8.97 8.68 10.78 12.6
Kadar Abu (%) 4.33 7.27 5.8 3.45 3.02 5.36 3.11
Nilai Kalor (kJ/g) 18.71 18.74 18.725 17.02 18.96 17.08 - A Ulangan 1 .B Ulangan 2.C Rataan Hasil Penelitian. D Mohammed (2011). E Ma and Yousuf
(2005). F Yang et al (2006). G Abdulah dan Gerhauser (2008).
Berdasarkan data kandungan C, N, S dan kandungan abu dapat dihitung nilai
kalor tertinggi (HHV) basis kering berdasarkan persamaan 2, 3 dan 4. Nilai kalor
hasil perhitungan (18,79 kJ/g) mendekati nilai kalor yang diperoleh dari hasil
pengujian laboratorium (18,725 kJ/g). Hasil analisis nilai kalor bahan biopelet yang
digunakan, didapatkan hasil sebesar 19.04 kJ/g. Pada Tabel 4 menunjukkan
perbandingan nilai kalor biopelet hasil penelitian ini dengan nilai kalor di beberapa
negara.
14
Tabel 4 Perbandingan standar mutu nilai kalor biopelet di beberapa negara
Sumber Nilai Kalor (kJ/g)
Standar Austria (ONORM M 7135)a ≥ 18.02
Swedia (SS 18 71 20)a ≥16.91
Standar Jerman (DIN 51371)a 17.51-19.50
Prancis (ITEBE)b ≥16.91
Bipoelet Hasil Penelitian 19.04
Sumber : a)Hahn (2004); b)Douard (2007)
Dalam penelitian ini nilai kadar air dari biopelet tandan kosong kelapa sawit
sebesar 9.74%. Berikut ini merupakan table perbandingan standar mutu kadar air
biopelet yang di buat dengan biopelet di beberapa Negara.
Tabel 5 Perbandingan standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara
Sumber Kadar air (%)
Standar Austria (ONORM M 7135)a <10
Swedia (SS 18 71 20)a ≤10
Standar Jerman (DIN 51371)a <12
Prancis (ITEBE)b ≤15
Biopelet Hasil Penelitian 9.74
Sumber : a)Hahn (2004); b)Douard (2007)
Tabel 6 menunjukkan hasil analisis lignoselulosa pada tandan kosong kelapa
sawit. Hasil analisis menunjukkan bahwa tandan kosong kelapa sawit memiliki
kandungan lignoselulosa yang cenderung mirip dengan kandungan lignoselulosa
pada beberapa penelitian lainnya.
Tabel 6 Analisis linognoselulosa tandan kosong kelapa sawit
Komponen Sumber Data
A B C D E F
Selulosa (%) 38.94 56.05 47.495 22.24 23.7 38.1-63.0
Hemiselulosa (%) 28.21 17.63 22.92 20.58 21.6 20.1-35.3
Lignin (%) 22.14 5.97 14.055 30.45 29.2 10.5-36.6 A Ulangan 1, B Ulangan 2, C Rataan Hasil Penelitian, D Muhammad et al
(2011), E Law et al (2007), F Yang et al (2006).
Pirolisis Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan Biopelet TKKS
Pada tahap ini , proses pirolisis telah dilakukan dan berlangsung pada suhu
300°C, 400°C, 500°C, dan 600°C dengan bahan yang digunakan tandan kosong
kelapa sawit dan biopelet tandan kosong kelapa sawit. Sumber panas yang
digunakan pada proses pirolisis ini berasal dari elemen pemanas listrik. Panas yang
dihasilkan secara konduksi mengalir ke dinding reaktor yang kemudian mengalir
ke bahan biomassa yang berada didalammnya. Didalam reaktor terdapat empat titik
suhu yang digunakan untuk menentukan profil suhu biomassa selama proses
pirolisis berlangsung. Titik T1, T2, T3, dan T4 merupakan titik-titik pengukuran
suhu didalam reaktor. Titik T1 merupakan pusat reaktor yang berada tepat di tengah
15
reaktor, titik T2 berada di tengah jari-jari reaktor (0,5R), titik T3 berada 1 cm dari
dinding dalam reaktor, dan titik T4 merupakan titik kontrol suhu pirolisis yang
ditempelkan pada dinding dalam reaktor. Pengontrolan suhu pirolisis dilakukan
dengan menggunakan termokontrol. Gambar dibawah ini menunjukkan profil suhu
pirolisis yang terjadi di dalam reaktor.
(a)
(b)
(c)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis TKKS 300°C
T1 (pusatreaktor)T2 (0,5R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis TKKS 400°C
T1 (pusatreaktor)T2 (0,5R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis TKKS 500°C
T1 (pusatreaktor)T2 (0,5 R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
16
(d)
Gambar 10 Profil suhu pirolisis TKKS (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C, dan (d)
600°C
Tabel 7 Persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis TKKS
Suhu
pirolisis(°C)
Titik
pengukuran Regresi linear Laju Pemanasan (°C/menit)
300
T1 y= 7.3162x + 25.569 dy= 7.32
T2 y= 13.693x + 19.883 dy= 13.69
T3 y= 22.78x + 9.5495 dy= 22.78
T4 y= 48.533x + 25.978 dy= 48.53
400
T1 y= 25.74x - 160.7 dy= 25.74
T2 y= 27.58x - 62.99 dy= 27.58
T3 y= 42.90x - 106.6 dy= 42.90
T4 y= 55.582x - 2.2182 dy= 55.58
500
T1 y= 38.41x - 142.9 dy= 38.41
T2 y= 28.72x - 24.34 dy= 28.72
T3 y= 40.04x - 69.89 dy= 40.04
T4 y= 52.78x + 20.69 dy= 52.78
600
T1 y= 42.09x - 247.4 dy= 42.09
T2 y= 49.33x - 238.1 dy= 49.33
T3 y= 38.01x -50.30 dy= 38.01
T4 y= 48.91x + 23.44 dy= 48.91
Pada profil suhu pirolisis TKKS titik T1, T2, dan T3 menunjukkan
kecenderungan pada proses pirolisis lambat, tetapi terjadi proses pirolisis cepat saat
tahap suhu pengeringan (100-120ºC) atau saat biomassa melepaskan uap air
berlangsung dengan cepat, hal Ini dapat dilihat dari gradien laju pemanasan pada
Tabel 7. Pada suhu rendah, suhu laju pemanasan pada reaktor kecenderungan
berbeda di tiap-tiap titiknya. Sedangkan seiring dengan peningkatan suhu pirolisis,
kecenderungan suhu laju pemanasan di tiap-tiap titiknya menjadi sama.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis TKKS 600°C
T1 (pusat reaktor)
T2 (0,5 R)
T3 (R-1)
T4 (dinding dalamreaktor)
17
(a)
(b)
(c)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis Biopelet TKKS 300°C
T1 (pusatreaktor)
T2 (0,5R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis Biopelet TKKS 400°C
T1 (pusatreaktor)
T2 (0,5R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis Biopelet TKKS 500°C
T1 (pusatreaktor)
T2 (0,5 R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
18
(d)
Gambar 11 Profil suhu pirolisis biopelet TKKS (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C,
dan (d) 600°C
Tabel 8 Persamaan regresi linear dan laju pemanasan pirolisis Biopelet TKKS
Suhu
pirolisis(°C)
Titik
pengukuran Regresi linear Laju Pemanasan (°C/menit)
300
T1 y= 3.5461x – 197.46 dy= 3.54
T2 y= 5.3231x + 19.88 dy= 5.32
T3 y= 9.0737x + 10.968 dy= 9.07
T4 y= 38.809x + 21.591 dy= 38.81
400
T1 y= 12.012x – 891.2 dy= 12.01
T2 y= 3.6236x + 40.87 dy= 3.62
T3 y= 7.29x + 28.897 dy= 7.29
T4 y= 44.105x + 1.5897 dy= 44.11
500
T1 y= 13.528x + 625.71 dy= 13.53
T2 y= 5.2797x + 42.192 dy= 5.28
T3 y= 11.21x + 6.7613 dy= 11.21
T4 y= 42.329x + 3.3 dy= 42.33
600
T1 y= 23.462x – 570.6 dy= 23.46
T2 y= 12.545x - 24.605 dy= 12.50
T3 y= 19.943x -16.267 dy= 19.94
T4 y= 46.121x + 34.617 dy= 46.12
Dari Gambar 11 Profil suhu biopelet TKKS menunjukkan bahwa pada tiap
tingkatan suhu dengan biomassa yang sama terlihat profil suhu yang terjadi
menunjukkan perilaku cenderung sama. Dilihat dari hasil analisis kadar air bahan,
untuk bahan biopelet TKKS ini memiliki nilai kadar air sebesar 9.74 sedangkan
untuk bahan TKKS 2.75 perbedaan nilai kadar air ini yang dimungkinkan menjadi
penyebab garis yang kecenderungan datar pada suhu sekitar 100°C yang
dimungkinkan terjadi karena berkumpulnya uap air di bagian tengah reaktor. Ketika
uap air tersebut telah habis, terjadi peningkatan garis pada titik T1 profil suhu
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Suh
u (°C
)
Waktu (menit)
Profil Suhu Pirolisis Biopelet TKKS 600°C
T1 (pusatreaktor)
T2 (0,5 R)
T3 (R-1)
T4 (dindingdalam reaktor)
19
biopelet TKKS yang menyebabkan tingginya laju pemanasan di titik T1 yang dapat
dilihat pada Tabel 8.
Pada proses pirolisis lambat dapat dilihat bahwa jika laju pemanasan
meningkat maka hasil dari char akan menurun. Ketika laju pemanasan dinaikan
jumlah dari gas yang dihasilkan seperti CO, CH4 , dan gas lainnya juga meningkat.
Begitu juga produk liquid akan meningkat seiring dengan kenaikan laju pemanasan.
Temperatur memiliki pengaruh yang cukup signfikan terhadap hasil produk. Pada
temperatur yang lebih tinggi maka liquid yang dihasilkan semakin banyak dan char
semakin sedikit.
Karakteristik Hasil Pirolisis Biopelet TKKS dan TKKS
Pirolisis yang dilakukan pada tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dan
biopelet tandan kosong kelapa sawit menghasilkan berupa padatan (char), cairan
(liquid), dan gas. Gambar 12 menunjukkan fraksi massa dari hasil pirolisis yang
dilakukan, untuk biopelet TKKS fraksi massa char, liquid, dan gas secara berturut-
turut adalah 28.25%-67.33%, 22.53%-44.99%, 10.14%-29.68%. sedangkan untuk
TKKS fraksi massa char, liquid, dan gas secara berturut-turut adalah 30.66%-
64.76%, 16.25%-29.16% dan 18.98%-44.49%. penggunaan bahan baku yang
berbeda mempengaruhi presentase produk dari hasil pirolisis tersebut.
Gambar 12 Fraksi massa biopelet TKKS dan TKKS
Dari grafik tersebut menunjukkan bahwa hasil produksi padatan (char) pada
biopelet tandan kosong kelapa sawit pada suhu 300°C lebih banyak dibandingkan
tandan kosong kelapa sawit, dan semakin berkurang jumlahnya seiring dengan
peningkatan suhu. Sedangkan untuk hasil produksi liquid pada biopelet tandan
kosong kelapa sawit lebih banyak dibandingkan tandan kosong kelapa sawit, ini
disebabkan pengaruh penambahan kadar air pada saat pembuatan biopelet yang
berfungsi sebagai perekat saat proses peletisasi. Kadar air merupakan salah satu
parameter penentu kualitas biopelet yang berpengaruh pada nilai kalor pembakaran,
kemudahan menyala, daya pembakaran, dan jumlah asap yang dihasilkan selama
67.33
43.0429.10 28.25
64.76
45.2830.66 32.77
22.53
37.22
41.22 44.99
16.25
25.86
24.8529.16
10.1419.74
29.68 26.7618.98
28.8644.49 38.08
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
300 400 500 600 0 300 400 500 600
Biopelet TKKS TKKS
Fraksi Massa
char liquid gas
20
pembakaran (Rahman 2011). Kadar air biopelet yang semakin tinggi menyebabkan
nilai kalor pembakaran biopelet semakin rendah dan asap yang dihasilkan semakin
banyak. Sehingga efisiensi pembakaran biopelet akan menurun dan saat proses
penyalaan akan semakin sulit karena api terlebih dahulu menguapkan air (Hansen
et al. 2009). Menurut El Bassam dan Maegaard 2004, untuk meningkatkan
efektivitas pembakaran nilai kadar air biopelet harus kurang dari 10%. Dan untuk
hasil produksi gas, biopelet tandan kosong kelapa sawit lebih sedikit dibandingkan
tandan kosong kelapa sawit.
Peningkatan suhu pirolisis menurunkan presentase produksi char yang
diakibatkan oleh devolatilisasi lanjutan dari volatile matter yang tersisa pada char.
Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan Sukiran (2009) dan
Abnisa (2011). Sebaliknya, peningkatan suhu pirolisis meningkatkan produksi
liquid dan gas karena adanya penambahan devolatilisasi zat terbang dari char.
Nilai kalor hasil produk pirolisis yang berupa char tersaji dalam Tabel 9,
terlihat perbedaan antara nilai kalor char biopelet tandan kosong kelapa sawit
dengan tandan kosong kelapa sawit . Peningkatan suhu pirolisis pada bahan biopelet
tandan kosong kelapa sawit berdampak pada penurunannya nilai kalor char. Tetapi
untuk bahan tandan kosong kelapa sawit nilai kalor char mengalami peningkatan
berbanding lurus dengan peningkatan suhu pirolisis namun mengalami penurunan
pada suhu 600 °C. Penurunan ini dimungkinkan karena terjadinya proses
devolatilisasi lanjutan, dimana arang yang sudah terbentuk terdevolatilisasi lagi
sehingga menyebabkan nilai kalor berkurang.
Tabel 9 Nilai kalor padatan (char) hasil pirolisis
Suhu (°C) Nilai Kalor Bahan (kJ/g)
Biopelet TKKS TKKS
300 25.16 25.63
400 24.35 26.92
500 24.16 27.86
600 23.37 24.50
Tabel 10 Persentase nilai kalor gas per gram biomassa yang dapat dimanfaatkan
dari hasil pirolisis biopelet TKKS
Suhu
(°C)
CO
(g)
CH4
(g)
CO
(kJ)
CH4
(kJ)
Nilai kalor
gas (kJ/g gas)
300 0.333 0.039 3.385 1.955 14.354
400 0.613 0.066 6.229 3.301 14.033
500 2.851 0.327 28.967 16.304 14.245
600 1.010 0.056 10.257 2.776 12.226
21
Tabel 11 Persentase nilai kalor gas per gram biomassa yang dapat dimanfaatkan
dari hasil pirolisis TKKS
Suhu
(°C)
CO
(g)
CH4
(g)
CO
(kJ)
CH4
(kJ)
Nilai kalor
gas (kJ/g gas)
300 0.105 0.010 1.068 0.518 13.791
400 0.120 0.008 1.224 0.378 12.515
500 0.363 0.029 3.690 1.462 13.143
600 1.101 0.033 11.189 1.651 11.322
Tabel 10 dan Tabel 11 menunjukkan nilai kalor gas per massa gas hasil
pirolisis. Pada Tabel 10 nilai kalor spesifik gas yang dihasilkan dari biopelet TKKS
berkisar 12.226-14.354 (kJ/g gas). Sedangkan pada Tabel 11 nilai kalor spesifik gas
yang dihasilkan dari TKKS berkisar 11.322-13.791 (kJ/g gas). Nilai kalor spesifik
gas yang dihasilkan dari proses pirolisis tidak ada yang melebihi nilai kalor spesifik
TKKS yaitu sebesar 18.708 (kJ/g), ini dimungkinkan karena nilai kalor dari gas H2
yang tidak terdeteksi oleh alat gas analyzer. Pelepasan gas H2 disebabkan oleh
terurainya komponen selulosa dan lignin yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi.
Selulosa terurai pada suhu 315-400 oC dan lignin pada suhu 150-900 oC.
Untuk suhu pirolisis 600°C di kedua bahan perlu mendapatkan kajian lebih
lanjut untuk mengetahui mengapa terjadi penurunan nilai kalor gas.
22
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Proses pirolisis biopelet TKKS dan TKKS berlangsung dengan pirolisis lambat
maupun pirolisis cepat, meskipun lebih cenderung pada proses pirolisis lambat.
Proses pirolisis cepat terjadi saat tahap suhu pengeringan (100-120ºC) atau saat
biomassa melepaskan uap air berlangsung dengan cepat. Pada proses pirolisis
lambat dapat dilihat bahwa ketika laju pemanasan meningkat maka hasil dari char
akan menurun. Ketika laju pemanasan dinaikan jumlah dari gas yang dihasilkan
akan meningkat. Begitu juga produk liquid akan meningkat seiring dengan
kenaikan laju pemanasan. Temperatur memiliki pengaruh yang cukup signfikan
terhadap hasil produk. Pada temperatur yang lebih tinggi maka liquid yang
dihasilkan semakin banyak dan char semakin sedikit. Karakteristik nilai kalor char
yang dihasilkan dari proses pirolisis biopelet TKKS berada pada kisaran 23.37-
25.16 (kJ/g) dan nilai kalor char yang dihasilkan dari proses pirolisis TKKS berada
pada kisaran 24.50-27.86 (kJ/g). Untuk nilai kalor char dari hasil analisis,
disimpulkan bahwa hasil nilai kalor TKKS lebih besar dari nilai kalor biopelet
TKKS. Sedangkan karakteristik nilai kalor spesifik gas yang dihasilkan dari proses
pirolisis biopelet TKKS berada pada kisaran 12.226-14.354 (kJ/g gas) dan nilai
kalor spesifik gas dari proses pirolisis TKKS berada pada kisaran 11.322-13.791
(kJ/g gas). Hasil nilai kalor spesifik gas dari proses pirolisis tidak ada yang lebih
besar dari nilai kalor spesifik TKKS sebesar 18.708 (kJ/g), ini dimungkinkan karena
nilai dari gas H2 yang tidak terdeteksi oleh alat gas analyzer.
Saran
Perlu adanya penelitian lebih lanjut untuk penanganan bahan biopelet
setelah proses pencetakan. Disamping itu perlu dilakukan penelitian dengan
menggunakan alat gas analyzer yang lebih baik sehingga dapat mengukur gas
mampu bakar dengan lebih lengkap.
23
DAFTAR PUSTAKA
[AEAT]. 2003. AET. Wood pellet manufacture in Scotland. A report produced for
Scottish Enterprise Forest Industries Cluster. Issue 1.
Abdullah N, Gerhauser H. 2008. Bio oil derived from empty fruit bunch. Fuel. 87:
2606-2613.
Abelloncleanenergy. 2009. Cofiring with biopelets: An efficient way to reduce
greenhouse greenhouse gas emissions [internet]. 2009 Nov 19. [diunduh 10
Mei 2015]. Tersedia pada : http://www.pellexo.com/global/pdf/co-firing.pdf
Abnisa F, Daud WMAD, Husin WNW, Sahu JN. 2011. Utilization possibilities of
palm shell as a source of biomass energy in Malaysia by producing bio-oil in
pyrolysis process. Biomass and Bioenergy. 35: 1863-1872.
Basu P. 2010. Biomass Gasification And Pyrolysis Practical Design. San Diego
(US): Academic presss is an imprint of Elsevier.
Bhattacharya SC. 1998. Appropriate biomass energy technologies: issues and
problems. Invited Paper for Seminar on Renewable Energy Sources for Rural
Areas; 1998 Jul 20-25; Nadi, Fiji. Nadi (FJ). 8:255-266.
[Ditjenbun] Direktorat Jenderal Perkebunan. 2013. Luas Perkebunan Kelapa Sawit
2013. Departemen Pertanian.
Douard F. 2007. Chalange in the expanding french pellet market. ITEBE Pellet
2007 Conference. Wells (AT), Austria.
Duric NS, Brankov DS, Kosanic RT, Ceranic BM, Smaragdakis N. 2011. The
Composition of Gaseous Products From Corn Stalk Pyrolysis Process. Serbia
(CS): Faculty of Technical Sciensces, University of Novi Sad, Novi Sad.
El Bassam N. dan P. Maegaard. 2004. Integrated Renewable Energy Or Rural
Communities. Amsterdam (NL): Planning guidelines, Technologies and
Applications Elsevier.
Ginting AS. 2014. Karekterisasi gas-gas hasil pyrolisis tandan kosong kelapa sawit
[tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hahn B. 2004. Existing Guidelines and Quality Assurance for Fuel Pellets. Austria
(AT): Umbera.
Hansen MT, jein AR, Hayes S, Bateman P. 2009. English Handbook for Wood
Pellet Combustion. Denmark (DK): Intelligent Energy for Europe.
Iman T, Capadera S. 2011. Characterrization of bio-oil, syn-gas and bio-char from
switchgrass pirolisis at various temperatures. Jurnal of Analytical and
Applied Pirolisis, doi:10.1016/j.jaap.2011.11.010.
Lee Y, Park J, Ryu C, Gang KS, Yang W, Park YK, Jung J, Hyun S. 2013.
Comparison of biochar properties from biomass residues produced by slow
pyrolysis at 500 °C. Bioresource Technology. 148: 196–201.
Mani S, Tabil LG, Sokhansanj S. 2006. Effects of compressive force, particle size
and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from
grasses. Biomass and Bioenergy. 30: 648 – 654.
Ma AN, Yousof B. 2005. Biomass energy from palm oil industry in Malysia.
Ingenieur. 27: 18-25.
24
Mani S, Tabil LG, Sokhansanj S. 2006. Effects of compressive force, particle size
and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from
grasses. Biomass and Bioenergy. 30: 648 – 654.
Mohammed MAA, Salmiaton A, Wan A, Amran M. 2011.Gasification of oil palm
fruit bunch : a characterization and kinetic study. Bioresource Technology.
110: 628-636.
Omar R, Idris A, Yunus R, Khalid K, Aida I. 2011. Characterization of empty fruit
bunch for micromave-assisted pyrolisis. Fuel. 90: 1536-1544.
Pastre O.2002. Analysis of The Technical Obstacles Related to The Production and
Utilisation of Fuel Pellets Made from Agricultural Residues. Swedia (SE):
EUBIA, Pellet for Europe.
Rahman. 2011. Uji keragaan biopelet dari biomassa limbah sekam padi (oryza
sativa sp.) sebagai bahan bakar alternatif terbarukan [skipsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Ramsay, W.S. 1982. Energy From Forest Biomass. New York (US): Ed Academic
Press, Inc.
Saptoadi H. 2006. The best biobriquette dimension and its particle size. In
Proceedings of the 2nd Joint International Conference on, Sustainable Energy
and Environment (SEE 2006) [internet]. 2006 Nov 21-23; Bangkok, Thailand
(TH). 9:161-175 ; [diunduh 2015 Jun 27]. Tersedia pada:
http://www.jgsee.kmutt.ac.th/see1/cd/file/C-004.pdf
Silva LS, Gonzales DS, Villasenor P, Sanchez J, Valverde L. 2012.
Thermogravimetric - mass spectrometric analysis of lignocellulosic and
marine biomass pirolisis. Bioresource Technology. 109:163-172.
Sukiran M. 2008. Pyrolysis of empty oil palm fruit bunch using the quartz fluidized-
fixed bed reactor [tesis]. Kuala Lumpur (MY):University of Malaya.
Syukri MN. 2014. Karakteristik Kelapa Sawit Sebagai Bahan Baku Bioenergi.
Kutai Timur (ID): PT Insan Fajar Mandiri Nusantara.
Yamada K, Kanada M, Wang Q, Sakamoto K, Uchiyama I, Mizoguchi T, Zhou Y.
2005. Utility of coal - biomass briquette for remediation of indoor air
pollution caused by coal burning in rural area, in China. Proceedings of
Indoor Air. 2005-3671.
Yang H, Yan R,Chen H, Lee D, Liang D, Zhang C. 2006. Pyrolisis of palm oil waste
for enhance production of hydrogen rich gas. Fuel Processing Technology.
87: 935-942.
Yang YB, Ryu C, Khor A, Yates NE, Sharifi VN, Switthenbank J. 2005. Effect of
fuel properties on biomass combustion: part I . Fuel. 85(2006): 1039-1046
25
Lampiran 1 Spektra NMR bio-oil hasil pirolisis biopelet TKKS pada suhu (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C, (d) 600°C
(a) 300°C
26
(b) 400°C
27
(c) 500°C
28
(d) 600°C
29
Lampiran 2 Spektra NMR bio-oil hasil pirolisis TKKS pada suhu (a) 300°C, (b) 400°C, (c) 500°C, (d) 600°C
(a) 300°C
30
(b) 400°C
31
(c) 500°C
32
(d) 600°C
33
Proses pengujian
Reaktor pirolisis skala lab Gas analyzer Lancom4
Lampiran 4 Lampiran 3 Dokumentasi Saat Pengujian
34
Char Biopelet TKKS Char TKKS
Liquid Biopelet TKKS Liquid TKKS
Gas Biopelet TKKS Gas TKKS
Lampiran 4 Dokumentasi Hasil Pirolisis
35
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 27 November 1991, anak pertama
dari dua bersaudara dari keluarga Bapak Asep Sutandi dan Ibu Dian Nurhandayati
S.Ip. Penulis menyelesaikan jenjang pendidikan SD pada tahun 1998 di SD Negeri
Krida Utama 1 Padalarang pada tahun 1998 sampai tahun 2004. Penulis
melanjutkan pendidikan menengah di SMP Negeri 3 Kota Cimahi pada tahun 2004
dan lulus pada tahun 2007. Pada tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan di
SMA Negeri 1 Kota Cimahi dan lulus tahun 2010. Pada tahun yang sama penulis
diterima sebagai mahasiswa IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB
(USMI) di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama perkuliahan, penulis pernah menjadi wakil ketua Unit Kegiatan
Mahasiswa (UKM) Tenis Meja IPB, ketua pelaksana Olimpiade Mahasiswa IPB
(OMI) 2014, dan anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA).
Pada bulan Januari - Maret 2014, penulis melaksanakan Praktik Lapangan di PT
Sayuran Siap Saji Megamendung, Bogor, Jawa Barat dengan judul Mempelajari
Aspek Keteknikan pada Kegiatan Proses Pengolahan Sayuran di PT. Sayuran Siap
Saji Megamendung, Bogor, Jawa Barat