Studi Eksperimental Torefaksi Wood Pellet dari Limbah Kayu Karet

Menggunakan Reaktor Kontinu Tipe Tubular

(Skripsi)

Oleh :

Kiki Dimas Adistia

TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2018

ABSTRAK

STUDI EKSPERIMENTAL TOREFAKSI WOOD PELLET DARI LIMBAH

KAYU KARET MENGGUNAKAN REAKTOR

KONTINU TIPE TUBULAR

OLEH

KIKI DIMAS ADISTIA

Indonesia merupakan salah satu Negara dengan penduduk terbanyak di dunia.

Tingginya jumlah penduduk akan membuat kebutuhan energi juga semakin tinggi.

Konsumsi energi nasional masih bertumpu pada sumber bahan bakar fosil berupa

minyak bumi, batu bara dan gas alam. Untuk itu perlu adanya sumber energi baru

dan terbarukan untuk menggantikan minyak bumi, batu bara dan gas alam. Kayu

merupakan salah satu sumber energi yang diharapkan dapat menggantikan sumber

bahan bakar minyak, namun apabila kayu langsung dijadikan sebagai bahan bakar

mempunyai sifat-sifat yang kurang menguntungkan antara lain kadar air yang

tinggi, menghasilkan asap, banyak abu, dan nilai kalornya yang rendah. Kayu

karet sebagai biomassa dapat dijadikan sebagai bahan bakar padat dengan metode

torefaksi dan dengan proses pemadatan menjadi pellet kayu.

Pelet kayu menjadi perhatian utama saat ini karena faktor kemudahan dalam

bahan baku dan memiliki karakteristik yang ramah lingkungan. Pelet kayu

menghasilkan emisi yang lebih rendah dibandingkan limbah pertanian seperti

jerami atau sekam padi. Torefaksi merupakan proses pirolisis ringan pada

temperatur 200-300 oC pada tekanan atmosfer tanpa adanya oksigen dan produk

utama yang dihasilkan berupa padatan dan gas. Keunggulan dari teknologi

pengolahan wood pellet menggunakan proses torefaksi adalah proses yang

berlangsung pada temperatur dan tekanan yang relatif rendah serta efisiensi

konversi energi yang cukup tinggi yaitu 90 % serta produk yang dihasilkan

memiliki sifat getas, hidrofobik, dan kandungan air yang menurun. Hasil

penelitian menunjukan perolehan nilai kalor tertinggi didapatkan pada temperatur

torefaksi 280 oC yaitu sebesar 5135 kkal/kg.

Kata kunci : wood pellet, pellet kayu karet, torefaksi, reaktor torefaksi.

ABSTRACT

EXPERIMENTAL STUDY OF WOOD PELLET TOREFACTION FROM

RUBBER WOOD WASTE USING A TUBULAR TYPE

CONTINUOUS REACTOR

BY

KIKI DIMAS ADISTIA

Indonesia is one of the countries with the most population in the world. The high

number of residents will make energy needs also higher. National energy

consumption still relies on fossil fuel sources in the form of petroleum, coal and

natural gas. For this reason, there is a need for new and renewable energy sources

to replace petroleum, coal and natural gas. Wood is one of the energy sources that

is expected to replace the fuel source, but if the wood is directly used as fuel it has

less favorable properties such as high water content, producing smoke, lots of ash,

and low calorific value. Rubber wood as a biomass can be used as a solid fuel by

torefaction method and with the compaction process into wood pellets.

Wood pellets are a major concern at this time because of the ease of use in raw

materials and have environmentally friendly characteristics. Wood pellets produce

lower emissions than agricultural wastes such as straw or rice husks. Torefaction

is a mild pyrolysis process at temperatures of 200-300 oC at atmospheric pressure

without oxygen and the main product produced is solid and gas. The advantage of

wood pellet processing technology using the torefaction process is the process that

takes place at relatively low temperatures and pressures and high energy

conversion efficiency of 90% and the resulting product has a brittle, hydrophobic,

and decreased water content. The results showed that the highest calorific value

was obtained at 280 oC, which was 5135 kcal / kg.

Keywords : torefaction, wood pellet, rubber wood pellet, torefaction reactor.

STUDI EKSPERIMENTAL TOREFAKSI WOOD PELLET

DARI LIMBAH KAYU KARET MENGGUNAKAN

REAKTOR KONTINU TIPE TUBULAR

Oleh :

Kiki Dimas Adistia

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Ambarawa, pada tanggal 20

Januari 1995 sebagai anak pertama dari 3 bersaudara,

dari pasangan Bapak Ahmad Toyib dan Ibu Muntamah.

Pendidikan SD N 1 Ambarawa diselesaikan pada tahun

2007, SMP N 1 Ambarawa diselesaikan pada tahun

2010, SMA N 1 Ambarawa diselesaikan pada tahun

2013, dan pada tahun 2013 penulis terdaftar sebagai

mahasiswa jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Lampung melalui Penerimaan Mahasiswa

Perluasan Akses Pendidikan (PMPAP).

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa

Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai anggota Divisi Kaderisasi (2014-2015) dan

menjadi anggota Divisi Kaderisasi (2015-2016)

Penulis melaksanakan kerja praktik di PT. Bukit Asam (Persero) Tbk, Tanjung

Enim Kab. Muara Enim Sumatera Selatan dengan judul laporan “Analisa

Keausan Rubber Lagging pada Drive Pulley Dengan Lebar Belt 1200 Milimeter

di Satuan Kerja Bengkel Utama PT. Bukit Asam (Persero) Tbk. Tanjung Enim

Sumatra Selatan”. Kemudian pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian

dengan judul “Studi Eksperimental Torefaksi Wood Pellet dari Limbah Kayu

Karet Menggunakan Reaktor Kontinu Tipe Tubular” dibawah bimbingan Bapak

Dr. Amrul, S.T., M.T., Bapak Dr. Muhammad Irsyad, S.T., M.T., dan Bapak Dr.

Amrizal, S.T., M.T.

MOTTO HIDUP

Ketika kau sedang mengalami kesusahan dan bertanya-tanya

kemana Allah, cukup ingatlah bahwa seorang guru selalu diam

saat tes berjalan.

(Nourman Ali Khan)

Waktu bagaikan pedang. Jika engkau tidak memanfaatkannya

dengan baik , maka ia akan memanfaatkanmu.

(H.R. Muslim)

Mulailah dari tempatmu berada. Gunakan yang kau punya.

Lakukan yang kau bisa.

(Arthur Ashe)

Tetap jadi diri sendiri di dunia yang tanpa henti hentinya

berusaha mengubahmu adalah pencapaian yang terhebat.

(Ralph Waldo Emerson)

Aku tidak dendam, tapi aku ingat.

(Dimas Bobjek)

x

SANWACANA

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan

karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini dengan

baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan

pendidikan S1 di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Dalam laporan ini

penulis mengambil judul “Studi Eksperimental Torefaksi Wood Pellet dari

Limbah Kayu Karet Menggunakan Reaktor Kontinu Tipe Tubular”. Dengan

selesainya laporan skripsi ini, penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan

dan arahan dari semua pihak, oleh karena itu penyusun mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T. Sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin

Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Amrul, S.T., M.T. Sebagai Pembimbing Skripsi penulis.

3. Bapak Dr. Muhammad Irsyad, S.T., M.T. Sebagai Pembimbing II Skripsi

penulis.

4. Bapak Dr. Amrizal, S.T., M.T. Sebagai Penguji Skripsi penulis.

5. Ayah dan Ibu terhebat yang pernah ada dalam sejarah manusia yang

senantiasa mengajarkan cara menundukan matahari dan menguasai langit

serta selalu memberikan nasihat dan doa untuk penulis yang rela bekerja

keras dari pagi hingga malam hari hanya demi masa depan penulis.

xi

6. Mbah kakung, Mbah Putri, Adik, dan keluarga besar serta pendamping

hidupku (kelak) yang senantiasa memberikan semangat dan bimbingan baik

moral maupun spiritual.

7. Teman satu perjuangan angkatan 2013 dan semua pihak khususnya D3 dan

S1 Teknik Mesin Universitas Lampung.

Penulis menyadari bahwa tidak ada yang sempurna di dunia ini, oleh karena itu

penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun dan

sangat berguna untuk kita semua demi perbaikan di masa yang akan datang. Akhir

kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan kita

semua khususnya teknologi tepat guna. Amin

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatu.

Bandar Lampung, 17 Desember 2018

Penulis

KIKI DIMAS ADISTIA

xii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ..................................................................................................... i

ABSTRACT ................................................................................................... iii

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... iv

HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................... v

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... vi

PERNYATAAN PENULIS .......................................................................... vii

RIWAYAT HIDUP ....................................................................................... viii

MOTTO HIDUP ........................................................................................... ix

SANWACANA .............................................................................................. x

DAFTAR ISI .................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xviii

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................ 4

1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 5

1.4 Sistematika Penulisan ..................................................................... 6

xiii

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biomassa ......................................................................................... 8

2.1.1 Selulosa ............................................................................... 9

2.1.2 Hemiselulosa ....................................................................... 10

2.1.3 Lignin .................................................................................. 11

2.2 Torefaksi ......................................................................................... 12

2.2.1 Proses Torefaksi .................................................................. 13

2.2.2 Produk Torefaksi ................................................................ 15

2.2.3 Parameter Torefaksi ............................................................ 17

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Padat .................................................... 19

2.3.1 Ultimate Analysis ................................................................ 20

2.3.2 Proximate Analysis ............................................................. 20

2.3.3 Nilai Kalor Pembakaran (Calorific Value) ......................... 24

2.4 Wood Pellet (Pelet Kayu) ............................................................... 25

2.5 Potensi dan Proses Pembuatan Wood Pellet ................................... 27

2.5.1 Persiapan Bahan Baku ........................................................ 28

2.5.2 Chipping – Coarse Grinding .............................................. 29

2.5.3 Hammer mills – Fine grinding ........................................... 30

2.5.4 Drying ................................................................................. 32

2.5.5 Pemeletan ............................................................................ 34

2.5.6 Cooling ............................................................................... 35

2.5.7 Handling Pellet-Packing & Storage ................................... 36

2.6 Kayu Karet ...................................................................................... 37

xiv

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 41

3.1.1 Tempat Penelitian ............................................................... 41

3.1.2 Waktu Penelitian ................................................................. 41

3.2 Alat dan Bahan ............................................................................... 42

3.2.1 Alat ..................................................................................... 42

3.2.2 Bahan .................................................................................. 46

3.3 Metode Pengambilan Data .............................................................. 47

3.4 Pengujian Laboraturium ................................................................. 48

3.4.1 Analisis Proksimat .............................................................. 49

3.4.2 Analisis Ultimat .................................................................. 49

3.4.3 Uji nilai kalor pembakaran (Calorific Value) ..................... 49

3.5 Alur Tahapan Pelaksanaan ............................................................. 49

3.6 Variabel Pengujian ......................................................................... 51

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian ............................................................................... 53

4.2 Pengaruh Temperatur Terhadap Padatan Hasil Torefaksi .............. 54

4.3 Hasil Analisis Proksimat ................................................................ 58

4.4 Hasil Analisis Ultimat .................................................................... 63

4.5 Hasil Pengujian Nilai Kalor ............................................................ 67

4.6 Hasil Perolehan Massa dan Energi ................................................. 69

xv

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 71

5.2 Saran ............................................................................................... 72

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xviii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Rencana kegiatan penelitian .............................................................. 41

Tabel 2. Perubahan massa bioamassa setelah di lakukan pengujian ............... 54

Tabel 3. Hasil pengujian laboraturium untuk analisis proksimat .................... 59

Tabel 4. Hasil pengujian laboraturium untuk analisis ultimat ........................ 63

Tabel 5. Hasil pengujian nilai kalor wood pellet hasil torefaksi ..................... 67

Tabel 6. Perolehan massa dan energi untuk wood pellet hasil torefaksi ......... 69

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur molekul selulosa .............................................................. 10

Gambar 2. Struktur molekul hemiselulosa ...................................................... 11

Gambar 3. Struktur molekul lignin ................................................................. 11

Gambar 4. Produk torefaksi biomassa ............................................................ 15

Gambar 5. Tahap persiapan bahan baku ......................................................... 28

Gambar 6. Mesin pelletizer kapasitas 10,5 ton/jam ........................................ 34

Gambar 7. Hasil akhir wood pellet .................................................................. 36

Gambar 8. Pohon karet yang sudah tidak produktif ........................................ 39

Gambar 9. Reaktor torefaksi ........................................................................... 42

Gambar 10. Sistem pemanas reaktor ............................................................... 43

Gambar 11. Tabung gas LPG .......................................................................... 44

Gambar 12. Thermocouple pengukur temperatur ........................................... 44

Gambar 13. Timbangan digital ....................................................................... 45

Gambar 14. Tabung gas nitrogen .................................................................... 45

Gambar 15. Masker pelindung ........................................................................ 46

Gambar 16. Stopwatch penghitung waktu torefaksi ....................................... 46

Gambar 17. Diagram alur penelitian ............................................................... 50

Gambar 18. Grafik massa setelah pengujian ................................................... 55

xvii

Gambar 19. Penampakan visual perubahan warna produk ............................. 57

Gambar 20. Grafik hasil analisis proksimat .................................................... 60

Gambar 21. Grafik hasil analisis ultimat ......................................................... 64

Gambar 22. Grafik perbandingan O/C dan H/C .............................................. 66

Gambar 23. Grafik analisis nilai kalor ............................................................ 68

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu Negara yang memiliki jumlah penduduk

terbesar di dunia yang jumlahnya mencapai 262 juta. Jumlah penduduk yang

besar ini secara tidak langsung akan mempengaruhi kebutuhan energi

terutama dalam sektor rumah tangga, transportasi, dan pada sektor industri,

dimana sebagian energi disuplai dari bahan bakar fosil. Saat ini Indonesia

menjadi Negara dengan konsumsi energi yang cukup tinggi di dunia.

Berdasarkan data dari Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan

Konservasi Energi Kementrian ESDM, dalam beberapa tahun terakhir

pertumbuhan konsumsi energi Indonesia mencapai 7% per tahun. Angka

tersebut berada diatas pertumbuhan konsumsi energi dunia yaitu sebesar 2,6

% per tahun (Susilo, 2011).

Konsumsi energi di Indonesia pada tahun 2015 terbagi untuk sektor Industri

sebesar 31,79%, rumah tangga sebesar 15,27%, komersial sebesar 5,09%,

transportasi sebesar 45,51%, dan lain-lain sebesar 2,34%. Dari data tersebut

terlihat bahwa peningkatan konsumsi energi pada sektor transportasi

meningkat beberapa tahun belakangan ini. Berdasarkan data dari Kementrian

2

ESDM RI, konsumsi energi Indonesia yang cukup tinggi hampir 95% dari

bahan bakar fosil. Dari total tersebut, hampir 50%-nya merupakan Bahan

Bakar Minyak (BBM). Jadi tidak heran jika konsumsi energi di sektor

transportasi juga cenderung semakin meningkat beberapa tahun belakangan

ini. Kelangkaan yang berakibat pada semakin tingginya harga minyak bumi di

pasar dunia mendorong pencarian sumber-sumber energi alternatif yang

terbarukan (Towaha, 2013).

Kayu merupakan salah satu sumber energi yang diharapkan dapat

menggantikan sumber bahan bakar minyak, namun apabila kayu langsung

dijadikan sebagai bahan bakar mempunyai sifat-sifat yang kurang

menguntungkan antara lain kadar air yang tinggi, menghasilkan asap, banyak

abu, dan nilai kalornya yang rendah. Bahan bakar dari kayu yang umum

digunakan secara langsung adalah sebetan dan serbuk gergaji. Serbuk gergaji

melalui proses lanjutan berupa pengeringan dan pengepresan yang dapat

dijadikan bahan bakar dinamakan pelet kayu. Jenis bahan bakar ini

merupakan bahan bahan bakar kayu alternatif yang dipandang memiliki

keunggulan. Penggunaan pelet kayu sebagai bahan bakar dapat dilakukan

dengan menggunakan tungku untuk pemanas ruangan atau tungku memasak

(Zam, 2011).

Pelet kayu menjadi perhatian utama saat ini karena faktor kemudahan dalam

bahan baku dan memiliki karakteristik yang ramah lingkungan. Pelet kayu

menghasilkan emisi (NOx, Sox dan HCL) yang lebih rendah dibandingkan

3

limbah pertanian seperti jerami atau sekam padi (Zaetta, 2004). Keuntungan

lain pelet kayu dibanding bahan bakar kayu lain seperti chip kayu adalah

memiliki nilai kalor lebih tinggi (pellet kayu 4,3 juta kal/ton sedangkan chip

kayu 3,4 juta kal/ton) namun harga pellet kayu relatife lebih tinggi dimana

pellet kayu 334 USD/ton dan chip kayu 171 USD/ton (Choi dan Kim, 2010).

Bahan baku pellet kayu dapat berasal dari limbah ekploitasi seperti sisa

penebangan, cabang dan ranting, limbah industri perkayuan seperti sisa

potongan, chip, serbuk gergaji dan kulit kayu (Sanusi, 2010).

Salah satu teknologi pengolahan wood pellet menggunakan proses perlakuan

panas yang dapat menghasilkan bahan bakar adalah torefaksi. Torefaksi

merupakan proses pirolisis ringan pada temperatur 200-300oC pada tekanan

atmosfer tanpa adanya oksigen dan produk utama yang dihasilkan berupa

padatan dan gas. Keunggulan dari teknologi pegolahan wood pellet

menggunakan proses torefaksi adalah proses yang berlangsung pada

temperatur dan tekanan yang relative rendah serta efisiensi konversi energi

yang cukup tinggi yaitu 90 % serta dapat meningkatkan persentase

kandungan karbon dan nilai bakar sekitar 19-20% pada suhu 200-300°C

(Azhar, 2009).

Tujuan dari pembuatan pellet kayu adalah untuk mengkonsentrasikan energi

dari biomassa menjadi partikel berdensitas tinggi dalam berbagai bentuk dan

ukuran serta memudahkan dalam proses penyimpanan dan pemindahan.

Sedangkan tujuan dari torefaksi adalah untuk meningkatkan nilai kalor suatu

4

biomassa dengan suatu perlakuan panas. Jadi dalam penelitian ini,

dititikberatkan dalam pembuatan pelet kayu dari bahan biomassa yaitu limbah

kayu karet yang kemudian dilakukan proses torefaksi untuk meningkatkan

sifat-sifat bahan bakar padat yang terkandung dalam biomassa tersebut.

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh torefaksi terhadap

distribusi ukuran partikel biomassa, kemudahan biomassa menyerap moisture

content dari pelet biomassa yang berasal dari kayu karet. Selain itu, produk

torefaksi yang dihasilkan dari proses torefaksi menggunakan sIstem reaktor

kontinu tipe tubular yang belum diketahui kandungan nilai kalor dan

kandungan berdasarkan analisis ultimat dan analisis proksimat. Untuk itu

penulis tertarik untuk melakukan pengujian pada alat torefaksi system kontinu

dengan reaktor tipe tubular menggunakan bahan baku pelet biomasa yaitu

pelet kayu karet dan menganalisis kandungan berdasarkan analisis ultimat dan

analisis proksimat, serta mengetahui nilai kalor pada produk padatan yang

dihasilkan.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian yang akan dicapai berdasakan latar belakang yang

sudah dijelaskan adalah sebagai berikut :

5

1. Mengetahui pengaruh temperatur torefaksi terhadap perubahan massa

wood pellet dari limbah kayu karet sebelum dan sesudah dilakukan proses

torefaksi.

2. Mendapatkan karakteristik bahan bakar wood pellet dari limbah kayu karet

seperti nilai kalor, analisis proksimat, dan analisis ultimat, setelah

dilakukan proses torefaksi.

3. Meningkatkan sifat-sifat bahan bakar dari limbah kayu karet dalam bentuk

pelet melalui proses torefaksi menggunakan reaktor kontinu tipe tubular

dengan memvariasikan temperatur torefaksi. Serta menghitung hasil

perolehan mass yield, dan energi yield pada wood pellet sebelum dan

sesudah torefaksi.

1.3 BatasanMasalah

Pada penelitian ini, dilakukan pembatasan masalah dengan ruang lingkup

sebagai berikut :

1. Pengujian dilakukan dengan menggunakan reaktor kontinu tipe tubular.

2. Hanya mengamati produk padatan yang dihasilkan dari proses torefaksi

kontinu tipe tubular.

3. Bahan baku yang digunakan untuk pengujian adalah wood pellet atau

pelet kayu karet.

6

1.4 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan penulis terdiri dari beberapa

bab dengan substansi yang berbeda-beda sebagai berikut :

Bab I. Pendahuluan

Pada bab ini berisikan latar belakang dilakukannya penelitian, tujuan, batasan

masalah serta sistematika penulisan.

Bab II. Tinjauan Pustaka

Pada bab ini berisikan referensi-referensi yang dijadikan sebagai landasan

teori yang digunakan untuk penunjang penelitian yang dilakukan.

Bab III. Metodologi Penelitian

Pada bab ini menjelaskan tempat dan waktu dilakukannya pengujian, tahapan

pengujian, alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian, alr pengambilan

data, metode pengujian dan variabel pengujian.

Bab IV. Hasil Dan Pembahasan

Bab ini berisikan tentang hasil dan pembahasan dari data-data yang diperoleh

dari pengujian yang telah dilakukan.

7

Bab V. Penutup

Pada bab ini berisikan kesimpulan dari semua analisis data dan saran yang

diberikan oleh penulis terkait penelitian yang telah dilakukan.

Daftar Pustaka

Pada bagian ini berisikan literatur-literatur referensi yang digunakan dalam

penulisan dan penyusunan laporan.

Lampiran

Memuat data-data hasil pengujian torefaksi serta pengujian laboraturium dari

produk padatan hasil torefaksi.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biomassa

Biomassa merupakan material organik yang berasal dari makhluk hidup, baik

dari tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme. Setelah organisme mati,

mikoorganisme akan menguraikan biomassa menjadi unsur penyusun dasar

seperti H2O, CO2, dan energi potensi lainnnya. Sebagai sumber energi

berkelanjutan dan terbarukan, biomassa terus terbentuk oleh interaksi antara

CO2, udara, air, tanah, dan sinar matahari dengan tanaman dan hewan.

Material organik yang selama jutaan tahun telah ditransformasikan oleh

proses geologi menjadi bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi

bukan termasuk kedalam biomassa (Basu, 2010).

Material biomassa mempunyai kandungan energi dalam bentuk ikatan kimia

antara molekul karbon, hidrogen, dan oksigen. Ketika terjadi dekomposisi

ikatan kimia tersebut, maka akan menghasilkan energi kimia dalam bentuk

gas, cair dan padat sesuai dengan perlakuan yang diberikan (McKendry,

2002). Produk gas alternatif yang dihasilkan dari biomassa yaitu CH4, CO2,

CO, dan H2, sedangkan untuk produk bio-fuel berupa ethanol, methanol, bio-

diesel, vegetable oil, dan phyrolisis oil. Adapun produk yang dihasilkan

9

biomassa dalam bentuk padatan yaitu torefaksi biomassa dan charcoal (Basu,

2010).

Pada umumnya, struktur utama penyusun biomassa adalah material

lignoselulosa yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin.

Lignoselulosa merupakan material berserat yang membentuk dinding sel

tumbuh-tumbuhan. Selain itu, komponen seperti protein, asam lemak ester,

dan material organik lainnya (terdiri dari N, P dan K) juga terdapat pada

biomassa tetapi dalam jumlah yang sedikit (Fariz, 2017).

2.1.1 Selulosa

Selulosa merupakan komponen senyawa organik penyusun utama

dinding sel dalam biomasa. Selulosa adalah polimer glukosa yang

tersusun dari rantai lurus (linier) monomer glukopiranosa yang saling

berhubungan pada posisi atom karbon 1 dan 4 oleh ikatan β-glukosida

yang terbuat dari enam karbon (C6) dengan tingkat polimerisasi tinggi

sekitar 10.000 dan berat molekul sekitar 500.000 seperti yang terlihat

pada Gambar 1. Ikatan hidrogen yang terbentuk dari struktur linier

kemudian akan membentuk struktur kristal yang kokoh dan tidak

mudah untuk dilarutkan. Rumus empiris selulosa adalah (C6H10O5)n

dengan n adalah jumlah satuan glukosa yang berkaitan dan berarti juga

derajat polimerisasi selulosa (Basu, 2010). Degradasi termal pada

selulosa terjadi pada temperatur 240oC – 350oC. Selulosa dapat

dihidrolisis menggunakan 3 enzim, yaitu endoglucanase, selohidrolase,

10

dan β-glikosidase. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat struktur molekul

selulosa pada Gambar 1 dibawah ini.

Gambar 1. Struktur solekul selulosa

2.1.2 Hemiselulosa

Hemiselulosa (C5H8O4) merupakan polisakarida heterogen dalam

tanaman yang mengisi ruang antara serat selulosa. Hemiselulosa dan

selulosa mempunyai kemiripan yaitu merupakan polimer glukosa,

namun hemiselulosa tersusun dari bermacam-macam jenis glukosa

sedangkan selulosa hanya tersusun dari glukosa. Hemiselulosa bersifat

non-kristalin dan tersusun dari gabungan monomer glukosa dengan 5

atom karbon (C-5) atau 6 atom karbon (C-6), seperti D-xilosa, D-

manosa, D-glukoronat, D-galaktosa, I-ababinosa, dan asam

metilglukuronat seperti yang terlihat pada Gambar 2. Tidak seperti

selulosa yang memiliki struktur kristalin dan terletak didalam serat,

hemiselulosa memiliki struktur amorf dan terletak dipermukaan luar

sehingga lebih mudah dihidrolisis (Amrul, 2014).

Degradasi termal pada hemiselulosa terjadi pada temperatur 130oC–

280oC, dengan penurunan massa paling banyak pada temperatur diatas

11

180oC yaitu pada temperatur 250 oC - 280 oC. Produk yang dihasilkan

dari degradasi hemiselulosa berupa volatil ringan, sedangkan untuk tar

dan arang yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan dengan selulosa

seperti yang terlihat pada Gambar 2 dibawah ini (Tumuluru dkk, 2010).

Gambar 2. Struktur molekul hemiselulosa

2.1.3 Lignin

Lignin adalah polimer fenilpropana yang memiliki banyak cabang.

Lignin mengisi tempat diantara selulosa, hemiselulosa dan komponen

pektin dalam dinding sel. Lignin merupakan komponen makromolekul

ketiga yang terdapat pada biomassa yang berfungsi sebagai pengikat

serat seperti yang terlihat pada Gambar 3. Degradasi termal pada lignin

terjadi pada temperatur 280oC – 500oC serta menghasilkan fenol dari

penguraian eter dan putusnya ikatan rantai karbon, seperti yang terlihat

pada Gambar 3 dibawah ini (Tumuluru dkk, 2010).

Gambar 3. Struktur molekul lignin

12

2.2 Torefaksi

Torefaksi merupakan pirolisis temperatur rendah, adalah metode perlakuan

panas termo-kimia untuk konversi biomassa yang berlangsung pada

temperatur 200 oC sampai 300 oC dalam kondisi tekanan atmosfer dan tanpa

kehadiran oksigen. Tujuan utama dari berlangsungnya proses torefaksi adalah

untuk menghasilkan produk padatan. Keseimbangan massa dan energi untuk

fraksi padatan yang dihasilkan dari produk torefaksi biomassa (mass yield)

mencapai 70% dan kandungan energi produk (energi yield) mencapai 90%

dimana 30% massa lainnya diubah menjadi gas torefaksi yang hanya

mengandung 10% energi biomassa (Bergman dkk., 2005).

Karbonisasi biomasa yang menggunakan torefaksi dapat memperbaiki

karakteristik biomasa sebagai bahan bakar padat, yang ditandai dengan

meningkatnya nilai kalor, densitas energi yang tinggi, hidrofobia serta

kandungan air yang rendah. Proses torefaksi dapat menghilangkan kandungan

H2O dan CO2 yang ada didalam biomasa, sehingga rasio O/C dan H/C dari

biomassa menurun. Pada proses pemanasan awal biomasa selama proses

torefaksi air yang terdapat pada permukaan biomasa (surface moisture). Pada

pemanasan lebih lanjut akan menghilangkan kandungan air dari ikatan

melalui reaksi kimia (inherent moisture). Sebagian besar air yang dihasilkan

tersebut merupakan akibat dari proses termokondensasi yang terjadi pada

temperatur diatas 160 oC saat pembentukan CO2 dimulai. Pemanasan lebih

lanjut pada temperatur antara 180-270 oC akan terjadi reaksi eksotermik dan

13

memulai dekomposisi hemiselulosa, yang menyebabkan perubahan warna

pada biomasa karena kehilangan air, CO2, dan sejumlah besar asam asetat

dan fenol. Pada temperatur diatas 280oC keseluruhan prosesnya akan menjadi

eksotermik, menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam produksi CO2,

fenol, asam asetat, dan hidrokarbon lainnya (Tumuluru, 2010).

Torefaksi dari bahan lignoselulosa menghasilkan dekomposisi lebih banyak

hemiselulosa daripada lignin dan selulosa. Reaksi dekomposisi ini akan

menghancurkan gugus hidroksil (-OH) dan meningkatkan densitas serta nilai

kalor spesifik dari produk. Proses torefaksi jika dilakukan pada temperatur

kurang dari 250 oC umumnya bersifat endotermik dan dapat menurunkan

efisiensi energinya. Pada akhir proses torefaksi akan terbentuk padatan yang

memiliki struktur polimer yang lebih pendek dan lebih sederhana

dibandingkan sebelum torefaksi. Selain itu proses torefaksi juga dapat

menurunkan rasio O/C biomasa secara efektif. Hal ini akan menyebabkan

produk padatan memiliki nilai kalor per massa yang lebih tinggi

dibandingkan dengan produk sebelum ditorefaksi (Tumuluru, 2010).

2.2.1 Proses Torefaksi

Secara keseluruhan proses torefaksi dapat dibagi menjadi beberapa

tahap, seperti pemanasan, pengeringan, torefaksi dan pendinginan.

Tahapan pada proses torefaksi biomassa ini menunjukan perubahan

massa, temperatur dan konsumsi energi dari biomassa. Adapun tahapan

perlakuan panas dalam proses torefaksi adalah sebagai berikut

(Basu,2010) :

14

1. Tahap pemanasan awal (Predrying)

Pemanasan awal biomassa sampai tahap pengeringan biomassa

tercapai. Dimana pada tahap ini kondisi pemanasan biomassa yang

terjadi pada temperatur ~100oC dari temperatur kamar menuju

temperatur pengeringan.

2. Tahap pengeringan (Drying)

Pada tahap ini terjadi kenaikan temperatur ~100oC yang bertujuan

untuk menguapkan kandungan air yang terdapat didalam biomassa

pada suhu konstan sampai kandungan air yang terdapat pada

permukaan biomassa menghilang.

3. Tahap pengeringan lanjut (Postdrying)

Pada tahap ini biomassa dipanaskan lebih lanjut hingga temperatur

mencapai ~200oC sebelum terjadi proses torefaksi. Selama tahap ini

berlangsung terjadi penguapan fraksi massa, kandungan air dan

senyawa organik telah hilang dari biomassa.

4. Tahap torefaksi

Selama tahap ini proses sebenarnya terjadi karena pada tahap ini

terjadi proses depolimerisasi biomassa. Ketika tahap ini berlangsung

diperlukan rentang waktu tertentu untuk proses ini sesuai dengan

temperatur reaksi yang ditentukan. Selama proses torefaksi terjadi

reaksi eksotermis pada temperatur 250-300oC.

5. Tahap pendinginan

Produk padatan yang dihasilkan dari proses torefaksi memiliki

temperatur yang tinggi sehingga harus didinginkan hingga mencapai

15

temperatur ruangan. Hal ini karena dikhawatirkan pada temperatur

tinggi dapat menyebabkan produk torefaksi mengalami oksidasi

setelah berkontak dengan udara.

2.2.2 Produk Torefaksi

Proses dekomposisi termal pada proses torefaksi menghasilkan tiga

produk utama seperti pada Gambar 4 yaitu produk padatan yang

berwarna coklat sampai hitam, gas yang dapat terkondensasi dan gas

yang tidak dapat terkondensasi (gas permanen) seperti yang dapat

dilihat pada Gambar 4 dibawah ini :

Gambar 4. Produk torefaksi biomassa (Bergman dkk.,2005)

Selama proses torefaksi berlangsung, biomassa kehilangan sebagian

besar kandungan air dan volatile lainnya yang memiliki nilai kalor

rendah. Jenis dan jumlah gas yang dihasilkan selama proses torefaksi

tergantung pada jenis bahan baku dan kondisi proses torefaksi,

termasuk temperatur selama proses dan waktu tinggal (Tumuluru dkk.,

2010). Produk padat terdiri dari struktur polimer dari fraksi yang tidak

bereaksi selama proses torefaksi dan berbagai produk yang bereaksi.

16

Yang mencakup oligomer yang terbentuk melalui reaksi depolimerisasi

dan reaksi kondensasi, struktur organik rantai pendek yang

terkondensasi dalam torefaksi biomassa, struktur yang menyerupai char

yang dikarbonisasi, dan bahan mineral yang hadir dalam biomassa

(Prins dkk., 2006).

Produk cairan yang terkondensasi dari aliran volatil terdiri dari berbagai

senyawa seperti air, asetat, asam, methanol, asam laktat, hidroksil

aseton, dan sejumlah bahan organik lainnya. Produk cairan pada

torefaksi dapat dibagi menjadi beberapa subkelompok yaitu air reaksi

yang dihasilkan dari dekomposisi termal, air terikat dan air bebas yang

telah dilepaskan melalui penguapan, zat organik dalam bentuk cair yang

terdiri dari zat organik yang dihasilkan selama devolatilisasi dan

karbonisasi dan lipid yang mengandung senyawa seperti wax dan asam

lemak (Tumuluru dkk., 2010).

Gas permanen atau sering disebut dengan non condensable gas (NCG)

merupakan fraksi volatil yang berada didalam fase gas pada suhu

kamar. Gas permanen pada proses torefaksi terdiri dari molekul ringan

seperti karbondioksida (CO2), karbonmonoksida (CO), metana, etana

dan etilena. Korbondioksida merupakan fraksi terbesar dari penyusun

gas permanen yang dihasilkan (Pach dkk., 2002)

17

2.2.3 Parameter Torefaksi

Pada proses torefaksi material lignoselulosa akan mengalami

dekomposisi kimia sehingga struktur polimernya akan berubah.

Perubahan material lignoselosa tersebut dipegaruhi oleh berbagai faktor

selama proses torefaksi berlangsung. Faktor-faktor yang berpengaruh

selama proses torefaksi adalah sebagai berikut :

1. Temperatur

Proses torefaksi berada pada temperatur 200-300 oC. Temperatur

torefaksi memiliki pengaruh yang sangat besar pada proses torefaksi

karena tingkat degradasi termal biomassa bergantung pada

temperatur. Meningkatnya temperatur reaksi torefaksi akan

meningkatkan laju dekomposisi yang terjadi pada struktur penyusun

material biomassa. Hal itu akan mengakibatkan terjadinya

peningkatan kehilangan massa dan karbonisasi material biomassa.

Temperatur yang tinggi akan mengahsilkan jumlah massa dan energi

lebih rendah tetapi kerapatan energinya lebih tinggi. Fraksi karbon

tetap pada biomassa meningkat sedangkan kandungan hidrogen dan

oksigen akan berkurang pada saat kenaikan temperatur torefaksi

(Bridgeman dkk., 2008). Temperatur reaksi yang tinggi melebihi

temperatur torefaksi akan meningkatkan laju dekomposisi yang

mengakibatkan komponen lignoselulosa banyak dikonversikan ke

dalam bentuk gas dan cairan, sehingga produk padatan yang

dihasilkan pada proses torefaksi menjadi berkurang (Couhert dkk.,

2009).

18

2. Waktu Tinggal

Waktu tinggal merupakan parameter lain yang mempengaruhi

produk yang dihasilkan dari proses torefaksi. Waktu tinggal

berkaitan dengan lamanya waktu material biomassa bertahan

didalam reaktor. Parameter ini mempengaruhi proses dekomposisi

dan karbonisasi selama proses torefaksi berlangsung. Waktu tinggal

dapat bervariasi tergantung pada temperatur torefaksi, jenis

biomassa, dan produk akhir yang diinginkan. proses torefaksi dengan

waktu tinggal yang lebih lama akan menghasilkan massa produk

padatan yang lebih rendah akan tetapi memiliki energi padatan yang

lebih tinggi, walaupun efek waktu tinggal tidak mempengaruhi sifat

biomassa secara signifikan (Pimchuai dkk., 2010).

3. Ukuran Partikel

Ukuran partikel juga mempengaruhi reaksi dari torefaksi, tetapi pada

tingkat yang lebih rendah dari temperatur dan waktu tinggal. Ukuran

partikel mempengaruhi luas permukaan konak perpindahan panas

antara material biomassa dan sumber panas selama terjadi proses

dekomposisi termal. Semakin kecil ukuran bahan baku yang

digunakan maka permukaan perpindahan panas semakin luas dan

meningkatkan laju pemanasan ke permukaan bahan baku. Hal ini

mengakibatkan meningkatnya laju dekomposisi pada material

biomassa dan meningkatkan efisiensi torefaksi terutama pada

kebutuhan waktu tinggal yang pendek (Bergman dkk,. 2005).

19

4. Jenis Biomassa

Jenis biomassa merupakan parameter penting lainnya yang dapat

mempengaruhi proses torefaksi. Hal ini karena kandungan

hemiselulosa paling banyak terdegradasi pada saat proses torefaksi,

akibatnya akan kehilangan jumlah massa yang lebih tinggi pada

biomassa yang banyak megandung hemiselulosa. Kandungan xilan

dari hemiselulosa paling reaktif dalam kisaran suhu torefaksi

sehingga menurunkan massa lebih cepat dari komponen padat

lainnya dari biomassa (Basu, 2010).

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat banyak digunakan pada tungku skala rumah tangga dan

sebagai sumber bahan bakar utama boiler pada industri. Contoh dari bahan

bakar padat adalah batubara, gambut, dan kayu. Didalam dunia industri bahan

bakar padat yang paling banyak digunakan adalah batubara karena memiliki

nilai kalor yang tinggi dibandingkan bahan bakar padat yang lainnya. Oleh

karena itu karakteristik batubara menjadi acuan dalam analisis bahan bakar

padat yang diperoleh dari hasil ekperimen torefaksi sampah biomassa (Basu,

2010).

Untuk mengetahui karakteristik dari batubara digunakan dua macam analisis

yaitu analisis proksimat (proximate analysis) dan analisis ultimat (ultimate

20

analysis). Analisis proksimat merupakan analisa yang mengidentifikasi

kandungan air (moisture content), volatile matter, karbon tetap (fixed

carbon), dan abu (ash). Sedangkan analisis ultimat merupakan analisa yang

mengindikasi komposisi kimia penyusun bahan bakar padat seperti karbon,

hidrogen, nitrogen, sulfur, dan oksigen. Penentuan hasil pengujian

karakteristik ini dilakukan menurut standar ASTM E-870-06 (Basu, 2010).

2.3.1 Ultimate Analysis

Pada analisis ultimat, komposisi bahan bakar hidrokarbon dinyatakan

dalam bentuk elemen dasarnya seperti C, H, O, N, dan S kecuali untuk

kandungan air (M) dan abu (ash).

C+H + O + N + S + ASH + M = 100 % .............................................(1)

Dimana C, H, O, N, dan S merupakan persentase berat dari karbon,

hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur masing-masing dalam bahan

bakar. Selain itu kandungan air dalam bahan bakar dinyatakan secara

terpisah sebagai M. Sehingga hidrogen dan oksigen dalam analisis

ultimat tidak mencakup hidrogen dan oksigen yang ada didalam

kandungan air, tetapi hanya hidrogen dan oksigen yang ada dalam

komponen organik bahan bakar (Basu, 2010).

2.3.2 Proximate Analysis

Analisis proksimat merupakan analisis yang digunakan untuk

menentukan jumlah fixed carbon (FC), volatile matter (VM), abu (ash),

dan kandungan air (M) dalam satuan persen berat kemudian di kalkulasi

21

dalam beberapa basis seperti AR (as received), ADB (air dried basis),

DB (dry basis), DAF (dry, ash free), DMMF (dry, mineral-matter free),

MAF (moist, ash-free) dan moist, mineral-matter free (Basu, 2010).

1. Zat Terbang (Volatile matter, VM)

Volatile matter atau zat terbang merupakan komponen dalam bahan

bakar padat yang dapat terkondensasi dan tidak terkondensasi yang

dilepaskan pada saat dilakukan pemanasan. Jumlahnya tergantung

pada temperatur pemanasan dan tingkat pemanasan yang digunakan

(Basu, 2010). Volatile matter terdiri dari sebagian besar gas yang

mudah terbakar seperti hidrogen, karbon monoksida, dan metana

serta terdapat sebagian kecil uap yang dapat terkondensasi seperti

tar. Nilai kalor yang dihasilkan oleh volatile matter dalam proses

pembakaran tidak sebesar karbon tetap. Selain itu, komposisi karbon

tetap dan volatile matter pada bahan bakar disebut batubara murni

(pure coal).

2. Abu (Ash)

Abu merupakan residu padat anorganik yang tersisa setelah terjadi

pembakaran bahan bakar. Komponen utama dari abu adalah silika,

alumunium, besi, dan kalsium serta terdapat sejumlah kecil

magnesium, titanium, natrium, dan juga kalium (Basu, 2010). Di

dalam bahan bakar abu tidak mewakili bahan mineral anorganik asli

karena beberapa unsur abu dapat mengalami oksidasi selama

pembakaran. Selain itu, kandungan abu biomassa pada umumnya

sangat kecil akan tetapi sangat penting dalam pemanfaatan biomassa

22

terutama jika mengandung logam alkali seperti kalium dan halida

seperti klorin. Komponen tersebut dapat menyebabkan tumpukan,

kotoran dan korosi pada boiler atau gasifier (Mettanant dkk., 2009).

3. Kandungan air (moisture content, MC)

Kandungan air yang tinggi merupakan karakteristik utama dari

biomassa yang dapat mencapai 90 % (db). Pada biomassa terdapat

dua macam kandungan air, yaitu free moisture dan inherent

moisture. Dimana free moisture merupakan kandungan air pada

biomassa yang berada dipermukaan atau diluar dinding sel.

Sedangkan inherent moisture merupakan kandungan air yang

terkandung di dalam dinding sel biomassa. Pada proses pemanasan

free moisture lebih mudah dihilangkan dibandingkan dengan

inherent moisture (Basu, 2010).

4. Karbon Tetap (fixed carbon, FC)

Karbon tetap merupakan karbon padat dalam biomassa yang

tertinggal setelah devolatisasi atau setelah zat terbang dilepaskan. Di

dalam suatu bahan bakar padat komponen ini memberikan nilai kalor

yang besar. Selain itu, fixed carbon berbeda dengan kandungan

unsur karbon, karena beberapa unsur karbon akan hilang dalam

bentuk ikatan hidrokarbon bersama zat terbang ketika menguap.

Karbon tetap pada batubara termasuk unsur karbon dalam bahan

bakar asli ditambah residu karbon yang terbentuk saat terjadi proses

pemanasan (Basu, 2010).

23

Selain komponen penyusun batubara, yang harus diperhatikan adalah

metode penyajian karakteristik batubara. Hal ini karena batu bara

memiliki kondisi yang berbeda-beda sehingga membutuhkan suatu

acuan kondisi yang sama saat dibandingkan. Berikut ini metode analisis

yang umum digunakan (Miller, 2005) :

1. As received (ar)

Metode ini menunjukan seluruh kandungan yang ada di dalam

biomassa. Apabila menggunakan metode as received, hasil analisis

ultimat dan proksimat dapat dituliskan sebagai berikut :

Ultimate analysis : C + H + O + N + S + ASH + M =100% ..........(2)

Proximate analysis : VM + FC + M + ASH =100% .......................(3)

Dimana VM, FC, M, dan ASH mewakili persentase jumlah massa

dari zat terbang, karbon tetap, kandungan air, dan abu yang masing-

masing diukur dengan analisis proksimat. Sedangkan C, H, O, N,

dan S mewakili persentase massa dari karbon, hidrogen, oksigen,

nitrogen, dan sulfur yang masing-masing diukur dengan analisis

ultimat. Metode as received mengacu pada pemanfaatannya secara

langsung di pembakaran sehingga biasanya disebut juga nilai as-

fired (Basu, 2010).

2. Air dried basis (adb)

Metode ini menunjukan kandungan batubara tanpa adanya

kandungan air jenis surface moisture di dalamnya karena pada saat

24

bahan bakar dikeringkan di udara surface moisture akan dilepaskan

sedangkan inherent moisture akan dipertahankan (Basu, 2010).

3. Dry basis (db)

Pada metode ini data yang ditunjukan adalah kandungan batubara

tanpa adanya surface moisture dan inherent moisture.

4. Dry, ash-free (daf)

Pada metode ini abu merupakan komponen lain yang dihilangkan

bersamaan dengan kandungan air. Jadi dry, ash free menunjukan

karakteristik batubara tanpa kandungan air dan abu.

5. Dry, mineral-matter free (dmmf)

Pada metode in data yang ditunjukan adalah kandungan batubara

komponen organik tanpa adanya kandungan air, abu, dan mineral

lainnya.

6. Moist, ash-free (maf)

Pada metode ini menunjukan kandungan batubara masih

mengandung sedikit kandungan air dan tanpa abu sama sekali.

7. Moist, mineral-matter free (mmmf)

Metode ini menunjukan data batubara tanpa kandungan abu dan

mineral akan tetapi masih memiliki kandungan air.

2.3.3 Nilai Kalor Pembakaran (Calorific Value)

Nilai kalor merupakan salah satu parameter yang digunakan sebagai

indikator kandungan energi yang dimiliki setiap bahan bakar. Analisis

nilai kalor dilakukan untuk mengetahui besarnya kalor per satuan massa

yang dihasilkan oleh bahan bakar padat setelah dilakukan pembakaran.

25

Terdapat dua jenis nilai kalor pembakaran, yaitu higher heating value

(HHV) dan lower heating value (LHV) (Amrul, 2014).

1. Higher heating value (HHV)

Higher heating value dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang

dilepasskan oleh unit massa atau volume bahan bakar setelah

dibakar. Produk pembakaran pada HHV kondisi air berada pada fasa

cair sehingga terdapat kalor laten pengembunan yang terlepas

mengakibatkan nilai HHV yang semakin besar. Untuk mendapatkan

nilai HHV dapat menggunakan kalorimeter bom yang dilakukan di

laboratorium pada temperatur ruangan. Pengujian nilai kalor HHV

menggunakan standar ASTM D-388 (Speight, 2005).

2. Lower heating value (LHV)

Nilai kalor LHV dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang

dihasilkan dari pembakaran dalam jumlah tertentu dikurangi dengan

panas penguapan air dalam produk pembakaran (Basu, 2010).

Setelah proses pembakaran kondisi air dari produk pembakaran

dengan fasa gas dapat menghasilkan nilai kalor LHV. Biasanya nilai

kalor LHV ini didapatkan pada kondisi pembakaran di boiler.

2.4 Wood pellet (Pelet Kayu)

Wood pellet merupakan energi biomassa yang berasal dari proses

pengepresan dengan menggunakan tekanan tinggi atau densitifikasi kayu.

26

Bahan baku untuk membuat wood pellet ini adalah sisa pengolahan kayu,

seperti ranting, serasah daun, serbuk gergaji dan kulit kayu. Sumber bahan

baku tersebut melimpah di Indonesia, karena limbah dari industri pengolahan

kayu bisa mencapai 50,8% (Fitri, 2013).

Bahan baku wood pellet berasal dari limbah industri penggergajian, limbah

tebangan dan limbah industri kayu lainnya. Hasil olahan ini dikemas dalam

bentuk pellet yang berdiameter 6–10 mm dan panjang 10–30 mm. Kepadatan

rata-rata 650 kg/m3 atau 1,5 m3/ton. Kadar abunya rendah kurang lebih 0,5%.

Tinggi kandungan energinya berkisar 4051,7 kkal/kg. Mempunyai rasio

energi yang tinggi antara output dan inputnya yaitu 19:1 - 210:1. Wood pellet

cocok digunakan sebagai bahan bakar kebutuhan rumah tangga, pertanian,

dan industri besar, bahkan juga bisa untuk industri pembangkit tenaga.

Kelebihan wood pellet adalah bersifat lokal, bahan baku berlimpah, dapat

diperbaharui, efisien dan murah. Tingkat efisiensi pembakaran wood pellet

sebesar 80% setara dengan gas alam dan minyak bumi, lebih tinggi dari kayu

bakar yang hanya 60%, namun dibawah listrik yang mencapai 100% (Yanti,

2013).

Wood pellet atau pelet kayu ini memiliki banyak sekali manfaat dan berbagai

fungsi. Wood pellet dapat digunakan untuk memenuhi berbagai macam

kebutuhan, baik kebutuhan rumah tangga maupun kebutuhan industri dan

perusahaan. Untuk kebutuhan rumah tangga, Wood pellet sering kali

dimanfaatkan sebagai bahan bakar penghangat ruangan bagi negara-negara

27

yang mengalami musim dingin seperti Korea, Jepang, Tiongkok, dan

berbagai negara di Benua Eropa (Arsad, 2014).

Di Korea sendiri, Stok wood pellet yang diperlukan mencapai 100 ribu ton

setiap tahunnya. wood pellet dengan jumlah sebanyak itu telah mencakup

kebutuhan rumah tangga dan juga berbagai perusahan industri di sana.

Bahkan, pemerintah Korea telah menetapkan untuk beralih dari menggunakan

batu bara menjadi wood pellet. Wood pellet juga digunakan sebagai bahan

bakar dalam berbagai perusahaan industri, pabrik, bahkan UKM. Dimulai dari

digunakan sebagai bahan bakar untuk mengoperasikan mesin-mesin di pabrik

hingga pengeringan dalam bisnis loundry, semuanya bisa ditangani dengan

menggunakan wood pellet ini (Hidayati, 2014).

2.5 Potensi dan Proses Pembuatan Wood pellet

Berdasarkan penelitian Kementrian Energi dan Sumberdaya Mineral

cadangan energi minyak mentah Indonesia hanya dapat diproduksi atau akan

habis dalam kurun waktu 22,99 tahun, gas selama 58,95 tahun dan batubara

selama 82,01 tahun. Hasil perhitungan ini mengasumsikan bahwa tidak

ditemukan lagi ladang-ladang baru sebagai sumber energi fosil. Untuk itu

perlu alternatif baru sumber bahan bakar yang dapat mengurangi penggunaan

bahan bakar fosil salah satunya adalah wood pellet (Yanti, 2013).

28

Hasil pemanenan kayu karet akan menghasilkan limbah yang disebut limbah

pemanenan seperti daun, ranting, akar serta kayu karet yang tidak termasuk

kedalam layak jual (Matangaran, 2012). Selain itu Industri penggergajian

kayu menghasilkan limbah berupa serbuk gergaji 10,6%, sebetan 25,9% dan

potongan 14,3% dengan total limbah sebesar 50,8% dari bahan baku yang

digunakan (Sutrisno, 2013).

Secara umum, pada semua pabrik wood pellet terdiri dari tahapan proses

seperti berikut (Eko setiawan, 2014) :

2.5.1 Persiapan Bahan Baku

Persiapan bahan baku tergantung dari karakteristik dimensi. Semakin

besar dimensi bahan baku maka akan semakin besar investasi dan biaya

operasional untuk tahap persiapan bahan baku ini seperti terlihat pada

Gambar 5 dibawah. Jika serbuk gergaji digunakan sebagai bahan baku,

persiapan bahan baku berupa pengecilan ukuran (size reduction)

menjadi seukuran serbuk gergaji tidak perlu dilakukan. Hal inilah

mengapa serbuk gergaji menjadi pilihan favorit untuk produksi wood

pellet.

Gambar 5. Tahap persiapan bahan baku

29

Untuk mendapatkan suplai jumlah besar dan kontinyu serbuk gergaji

dari limbah-limbah gergajian tidak bisa diandalkan. Untuk itulah

sebagian produser pellet menggunakan batang kayu sebagai bahan

bakunya. Kondisi ini kurang disukai karena nilai investasi dan biaya

operasionalnya. Kondisinya akan semakin kompleks jika produsen akan

memproduksi “A1 Class Pellet”. Hal ini karena perlu pengelupasan

kulit (debarking) ditambahkan diproses tersebut. Kulit kayu (bark)

tersebut selanjutnya bisa digunakan untuk bahan baku di tungku dengan

gas dari pembakarannya digunakan untuk media pemanas diproses

pengeringan. Tetapi apabila kulit kayu (bark) akan digunakan sebagai

bahan baku pellet maka akan dihasilkan pellet dengan kadar abu tinggi.

Kayu kaliandra dari jenis tanaman trubusan atau SRC (short rotation

copicces) memiliki kadar abu sekitar 2% dan masuk dalam “A2 Class

Pellet”. Kayu kaliandra dengan menggunakan batang kayunya sebagai

bahan bakunya perlu dikecilkan ukurannya dan dikeringkan sebelum

pemelletan. Secara dimensi kayu kalliandra berdiameter kurang dari 10

cm sehingga investasi dan biaya operasional pada persiapan bahan baku

tidak terlalu besar.

2.5.2 Chipping – Coarse Grinding

Jika biomasa berkayu sebagai bahan baku yang digunakan

beranekaragam ukurannya maka alat pertama yang digunakan dalam

process line wood pellet adalah chipper. Chipper digunakan untuk

tahap awal untuk penghancuran kasar dengan ukuran chip sekitar 1-3

30

cm. Saat ini di pasaran tersedia sejumlah tipe chipper yakni, drum

chipper, disc chipper, screw chipper, dan wheel chipper. Drum chipper

paling banyak digunakan karena ketahanan dan kehandalan. Drum

chipper besar bahkan dapat menghancurkan batang kayu hingga ukuran

diameter 1 m. Dalam drum chipper bahan dihancurkan dengan pisau-

pisau yang dipasang melintang pada drum yang berputar secara

horizontal.

Ukuran partikel bahan baku yang dihasilkan dari chipper kurang kecil

untuk produksi pelet. Sehingga penghancuran tahap selanjutnya

dilakukan untuk mendapatkan ukuran partikel yang sesuai untuk

produksi pelet. Semakin kecil ukuran partikel maka ongkos produksi

untuk penghancuran material tersebut semakin mahal. Sebagai contoh

untuk produksi pelet dengan diameter 6 mm maka ukuran partikel

bahan baku harus dibawah 4 mm.

2.5.3 Hammer mills – Fine grinding

Untuk mendapatkan ukuran partikel yang sesuai selanjutnya chip yang

dihasilkan chipper selanjutnya melalui conveyor dihancurkan lebih

lanjut dengan hammer mills. Hammer terbuat dari logam dengan

pelapisan khusus untuk menambah kekuatannya dan ukuran partikel

output ditentukan oleh diameter lubang pada screen. Hammer mill pada

umumnya mensyaratkan tingkat kekeringan bahan baku sekitar 10%,

karena jika material terlalu basah akan menjadi lengket dan menutup

lubang-lubang pada screen. Untuk mencegah terjadinya kontaminasi

31

dari bahan baku antara kerikil, batu-batuan, logam, serta benda asing

biasanya hammer mil juga dilengkapi dengan stone/iron trap dan

magnet untuk menghilangkan kontaminan tersebut.

Hal itulah mengapa pada umumnya hammer mill dipasang setelah

pengering. Percobaan yang dilakukan, pengecilan batang kayu dengan

hammer mill ukuran menjadi ukuran 3,2 mm mengkonsumsi listrik 25-

30 kWh/ton sedangkan untuk ukuran 1,6 mm mengkonsumsi listrik 55-

60 kWh/ton. Alat ini terdiri dari pisau sebagai chipper dan serangkaian

hammer sebagai hammer mill. Alat ini mampu menghasilkan serbuk

kayu seukuran serbuk gergaji dengan mengumpankan biomasa kayu ke

dalamnya atau hanya sekali proses. Hal ini karena chipper dan hammer

mill telah menjadi satu kesatuan. Kekurangan alat ini hanya mampu

menghancurkan batang kayu dengan ukuran relatife kecil dengan

maksimal diameter 10 cm.

Batang kayu kaliandra dari kebun energi setelah cukup kering bisa

langsung diumpankan ke karena ukuran diameter batang kayu kaliandra

wood crusher untuk mendapatkan ukuran partikel sesuai untuk bahan

baku pelet. Hal ini yang digunakan hanya kecil yakni kurang dari 10

cm. Supaya serbuk kayu yang dihasilkan tidak berhamburan sehingga

menjadi polusi dan sulit handling-nya maka pada umumnya cyclone

ditambahkan untuk menangkap serbuk kayu yang dihasilkan.

32

2.5.4 Drying

Pemadatan atau densifikasi biomasa yang efisien sangat tergantung dari

ukuran partikel bahan bakunya, seperti halnya kadar air dalam bahan

baku tersebut. Dryer atau pengering digunakan untuk menyetel kadar

air sampai tingkat yang diinginkan. Dryer dikelompokkan menjadi dua,

yakni, pengeringan alami dan pengeringan buatan. Tentu pengering

alami adalah yang paling mudah dan murah. Tetapi sejumlah percobaan

membuktikan bahwa kadar air optimum untuk skala industri tidak bisa

dicapai dengan pengering alami ini, sehingga pengering buatanlah yang

bisa diandalkan. Saat ini ada beberapa dryer dipasaran, yakni tube

bundle dryer, drum/rotary dryer, belt dryer, low temperatur dryer,

superheated steam dryer dan fluidized bed dryer. Drum/rotary dryer

yang paling umum digunakan untuk industri wood pellet.

Proses pemanasan drum/rotary dryer dapat secara langsung (directly)

atau tidak langsung (Indirectly). Pada pemanasan langsung yakni

menggunakan flue gas dengan suhu berkisar 350-600 C yang

dihasilkan dari tungku sebagai sumber panasnya. Sedangkan pada

drum/rotary dryer dengan pemanasan tidak langsung (indirect rotary

dryer) proses pemanasan menggunakan alat penukar panas (heat

exchanger) untuk mengeringkan bahan baku. Indirect rotary dryer lebih

aman tetapi juga lebih mahal sehingga hampir semua pabrik pelet

menggunakan direct rotary dryer dengan dilengkapi sejumlah alat

safety seperlunya.

33

Untuk menghasilkan gas panas, digunakan tungku dengan berbagai

bahan bakar bisa digunakan untuk menjalankan tungku tersebut seperti

LPG, BBM, limbah biomasa dan sebagainya. Limbah biomasa adalah

pilihan sebagian besar pabrik pellet karena paling ekonomis. Drum

dryer berbentuk silindris dengan sejumlah sirip (flight) pada bagian

dalam untuk membantu pengeringan secara homogen dan mentransport

bahan didalamnya. Cyclone umumnya dipasang pada bagian akhir

rotary dryer untuk memisahkan bahan yang kering dengan aliran udara

panas.

Sewaktu proses pengeringan dalam pengering sejumlah senyawa

organik diemisikan ke atmosfer. Senyawa organik tersebut

dikelompokkan menjadi dua, yakni volatile organic compound (VOC)

dan condensable compound. Selain itu juga terdapat particulate

emission. Ada sejumlah peralatan untuk menurunkan emisi tersebut.

Hal tersebut tergantung dari kriteria emisi gas yang diberlakukan dan

peraturan lingkungan daerah yang bersangkutan, yang sangat bervariasi

dari berbagai wilayah. Particulate emission pada umumnya bisa diatasi

secara efisien dengan cyclone atau bag filter.

Proses conditioner yakni menambahkan kukus kering (superheated

steam) sering dilakukan pada pabrik skala besar. Proses ini umumnya

akan menaikkan kadar air dari bahan baku hingga 2%, yang nantinya

juga akan dipisahkan lagi sewaktu di cooler. Selain meningkatkan

34

kualitas dan kuantias pellet yang dihasilkan, conditioning juga

meningkatkan keawetan dari ring die dan roller pada pelletiser. Proses

produksi pelet dari kayu kaliandra dengan kapasitas 1 ton/jam yang

dilakukan di Bangklan, tidak melakukan conditioning, karena akan

meningkatkan investasi biaya peralatan dan biaya produksi.

2.5.5 Pemeletan

Gambar 6. Mesin pelletizer kapasitas 10,5 ton/jam

Seperti yang terlihat pada Gambar 6 diatas, saat ini ada dua macam alat

pemelet (pelletiser) yakni pelletiser ring die dan flat die. Pelletiser ring

die lebih popular dan banyak digunakan seperti terlihat pada Gambar 6.

Komponen utama pelletiser adalah die dan roller. Pelletiser ring die

terdiri dari ring die yang berputar mengelilingi roller yang diam. Bahan

baku yang “terjebak” ke dalam ruangan antara roller dan die kemudian

dipress melalui lubang die (channel). Distibusi bahan baku dalam

ruangan antara die dan roller sangat esensial untuk mendapatkan pelet

dengan kualitas memadai.

35

Pelet yang dihasilkan selanjutnya meninggalkan pelletiser dengan

panjang tak terbatas, untuk itulah pisau khusus ditambahkan untuk

memotong pelet tersebut pada panjang yang dikehendaki (biasanya

kurang dari 40 mm). Pelletiser dibedakan berdasarkan press ratio,

jumlah lubang die (channels) dan area bagian alam dari channels. Press

ratio adalah rasio antara diameter dan panjang lubang dan ini sangat

tergantung dari bahan baku yang digunakan. Pada biomasa kayu seperti

kaliandra berkisar antara 1:3 hingga 1:5, dan tekanan yang digunakan

berkisar 3-5 Mpa/s.

2.5.6 Cooling

Suhu pelet ketika keluar dari pelletiser biasanya berkisar antara 80-130

C. Selain sulit handlingnya pada suhu tersebut, proses cooling juga

meningkatkan mechanical durability dan mengurangi kadar air hingga

2%. Counter flow cooler adalah tipe cooler yang paling umum

digunakan di industri pelet. Mekanisme pendinginannya yakni udara

dingin masuk melalui bagian bawah, sedangkan pelet masuk melalui

bagian atas. Udara dingin ini mengambil panas dan uap air yang keluar

dari pelet dan meninggalkan cooler. Sejumlah particulate emission

terikut dalam udara yang keluar dari cooler. Untuk itu cyclone untuk

mereduksi particulate emission juga dipasang pada bagian pengeluaran

cooler tersebut. Setelah cukup dingin lalu pelet masuk ke bagian

pengemasan.

36

2.5.7 Handling Pellet-Packing & Storage

Gambar 7. Hasil akhir wood pellet

Dapat dilihat pada Gambar 7 diatas, tumpukan pellet terbuka akan

cenderung menyerap air yang menyebabkan pelet menjadi rapuh dan

mengundang aktivitas mikrobia. Mikrobia tersebut mengeluarkan emisi

CO, CO2 dan meningkatkan suhu pelet tersebut. Seandainya ada

percikan api membuat mudah terbakar, selain itu emisi CO khususnya

membahayakan bagi kesehatan dan keselamatan manusia.

Untuk pemasaran pelet harus dikemas dengan kapasitas tertentu. Pelet

bisa dikemas kemasan kecil (10-25 kg) atau dengan jumbo bag (500-

1000 kg). Industri pelet selanjutnya menyimpan pelet tersebut untuk

sementara sebelum dipasarkan. Karena pelet sangat higroskopis dan

mudah hancur karena terkena air maka perlu diproteksi dengan baik,

yakni dengan memberi alas seperti pallet kayu pada tumpukan pelet.

Sedangkan pada produksi wood pellet skala besar, wood pellet tidak

dikemas tetapi berupa curah (bulk) dimasukkan dalam vessel kapal.

37

2.6 Kayu Karet

Krisis energi di jaman sekarang telah memaksa manusia berfikir kritis untuk

mendapatkan sumber energi yang murah, mudah, dan aman. Banyak solusi

energi yang telah ditawarkan seperti energi dari kincir angin, cahaya

matahari, ombak laut, nuklir dan lain-lain. Namun memiliki kendala dalam

berbagai hala seperti instalasi, harga, dan keamanannya sehingga kurang

dapat berkembang di negara-negara tertentu. Oleh karena itu, untuk mendapat

sistem energi yang efisien, dibutuhkan sumber energi yang tepat dan memiliki

hubungan antara iklim, geografis, dan sumber daya alam untuk mengurangi

resiko kerugian saat pengoperasiannya (Towaha, 2013).

Indonesia, Negara dengan iklim tropis yang kaya dengan keanekaragaman

flora dan fauna memiliki potensi sumber daya alam yang baik untuk energi

biomassa. Alternatif energi biomassa sebagai sumber energi baru di Indonesia

dapat menjadi pilihan yang tepat karena disamping sebagai energi baru,

Indonesia juga memiliki banyak area hutan dan juga perkebunan yang cukup

besar sehingga dapat memenuhi kebutuhan energi biomassa tersebut. Salah

satu sumber energi biomassa yang tepat untuk digunakan adalah pohon karet

(Yanti, 2013).

Menurut data Dirjen perkebunan tahun 2010, kebutuhan bahan baku kayu

semakin meningkat bahkan dapat mencapai 43 juta m3 pertahun. Pemilihan

budidaya kayu yang tepat menjadi salah satu solusi untuk menyediakan

38

permintaan tersebut, oleh karena itu pohon karet adalah salah satu

jawabannya. Pertimbangan tersebut muncul karena disamping penghasil kayu

yang baik, pohon karet juga dapat menghasilkan lateks yang harganya cukup

menjanjikan (Sukaton, 2014).

Tanaman karet merupakan komoditi tanaman perkebunan yang banyak

diusahakan di Indonesia. Pohon karet menghasilkan getah hingga berumur

20-25 tahun dan setelah itu produktifitas getah akan menurun. Selain getah,

produk lain dari tanaman karet adalah kayu karet yang dapat digunakan

sebagai kayu bakar, bahan baku perabotan rumah tangga, kayu lapis, papan

partikel dan lain sebagainya. Hasil pemanenan kayu karet akan menghasilkan

limbah yang disebut limbah pemanenan seperti daun, ranting, akar serta kayu

karet yang tidak termasuk kedalam bahan baku layak jual. Selain itu,

penggergajian kayu menghasilkan limbah berupa serbuk gergaji sebanyak

10,6%, sebetan 25,9% dan potongan sebesar 14,3% dengan total limbah

sebesar 50,8% dari bahan baku yang digunakan (Setyawati, 2003).

Di Indonesia sendiri telah telah terdapat 3,4 juta hektar perkebunan pohon

karet. Jika digunakan 3% saja dari hasil peremajaan pohon karet, maka dapat

dihasilkan 2,7 juta m3/tahun kayu karet sehingga permintaan kayu karet

sebagai bahan bangunan, kerajinan tangan, dan sumber energi biomassa dapat

terpenuhi. Pohon karet bukanlah tanaman asli Indonesia tetapi berasal dari

hutan Amazon di Brazil. Pohon karet ini kemudian dibawa oleh bangsa asing

ketika jaman penjajahan setelah gagal dibudidayakan di India. Kayu karet

39

dapat tumbuh hingga mencapai 30 meter dan menghasilkan getah pada usia 5-

6 tahun. Kayu karet dapat tumbuh baik di Indonesia sehingga mudah untuk

dibudidayakan secara massal. Pohon karet yang sudah tidak produktif dapat

dilihat pada Gambar 8 dibawah ini (Matangaran, 2012).

Gambar 8. Pohon karet yang sudah tidak produktif

(sumber : https://www.google.com/search?q=pohon+karet&clien)

Seperti yang telah diuraikan di atas, untuk menyikapi semakin menipisnya

jumlah cadangan bahan bakar fosil, diperlukan adanya suatu usaha untuk

mencari sumber bahan bakar alternatif yang salah satu di antaranya adalah

biomassa. Untuk dapat memanfaatkan potensi biomassa dengan lebih efektif

dan efisien, diperlukan suatu teknologi dalam proses produksi biomassa

tersebut. Contoh dari teknologi yang banyak diterapkan adalah pembuatan

pelet kayu dan torefaksi.

Tujuan dari pembuatan pelet kayu adalah untuk mengkonsentrasikan energi

dari biomassa menjadi partikel berdensitas tinggi dalam berbagai bentuk dan

ukuran serta memudahkan dalam proses penyimpanan dan pemindahan.

Sedangkan tujuan dari torefaksi adalah untuk meningkatkan nilai kalor suatu

40

biomassa dengan suatu perlakuan panas. Jadi dalam penelitian ini,

dititikberatkan dalam pembuatan pelet kayu dari bahan biomassa yaitu limbah

kayu karet yang kemudian dilakukan proses torefaksi untuk meningkatkan

nilai kalor yang terkandung dalam biomassa tersebut dengan memvariasikan

temperatur torefaksi agar diperoleh temperatur torefaksi paling ideal untuk

produk torefaksi yang memiliki nilai kalor tertinggi.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Adapun tempat dan waktu penelitian yang akan dilakukan oleh penulis adalah

sebagai berikut :

3.1.1 Tempat Penelitian

Pengambilan data penelitian ini akan dilakukan di Laboraturium

Termodinamika Teknik Mesin Universitas Lampung.

3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan dalam 5 bulan yaitu dari bulan Maret

2018 sampai dengan bulan Juli 2018. Dengan jadwal kegiatan yang

akan dilakukan dalam waktu penelitian dapat dilihat pada Tabel 1

dibawah ini :

Tabel 1. Rencana kegiatan penelitian

KegiatanFebruari Maret april mei juni juli

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1Studiliterature

2Persiapanalat danbahan

3 Pengujian

4Analisisdata

5Penulisanlaporanakhir

42

3.2 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut :

3.2.1 Alat

Adapun alat yang digunakan dalam proses torefaksi ini adalah sebagai

berikut :

1. Reaktor kontinu tipe tubular

Reaktor yang digunakan sebagai tempat terjadinya proses torefaksi

adalah reaktor kontinu tipe tubular yang telah dibuat oleh Faris

(2017). Reaktor jenis ini merupakan reaktor berbentuk tabung

dengan dinding tetap dan yang bergerak adalah material bahan baku

didalam reaktor tersebut. Reaktor tubular dipanaskan dengan sistem

panas eksternal dan bahan baku di dalam reaktor bergerak dengan

sistem secrew conveyor seperti yang terlihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Reaktor torefaksi

43

Keterangan :

1. Rangka 6. Pillow Block

2. Tabung Reaktor 7. Chain

3. Tabung Cooling Char 8. Sprocket

4. Rotary Valve 9. Gear Box

5. Poros Rotary Valve 10. Motor Listrik

2. Sistem Pemanas Reaktor

Untuk sistem pemanas reaktor berupa tabung yang diselimuti oli

dapat dilihat pada Gambar 10 dibawah ini :

Gambar 10. Sistem pemanas reaktor

3. Tabung Gas LPG

Gas LPG digunakan sebagai sumber panas untuk memanaskan

reaktor. Penggunaan gas LPG karena lebih praktis dan banyak

tersedia dipasaran. Selain itu laju pemanasan yang diberikan dapat di

kontrol dengan mengatur bukaan gas. Tabung gas LPG dapat dilihat

pada Gambar 11.

Inlet

Tout 1Tin 1

Tout 2Tin 2

Centre

Tin 3Tout 3

Outlet

44

Gambar 11. Tabung gas LPG

4. Thermocouple Pengukur Temperatur

Thermocouple merupakan salah satu jenis sensor temperatur yang

sering digunakan karena responnya yang cepat terhadap perubahan

temperatur dan juga rentang temperatur operasionalnya yang luas

yaitu antara -200 oC hingga 2000 oC. Di dalam proses pengambilan

data, alat ini digunakan sebagai pengukur temperatur di dalam

reaktor dan oli dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12. Thermocouple pengukur temperatur

45

5. Timbangan Digital

Pada penelitian ini timbangan digital seperti yang terlihat pada

Gambar 13 digunakan untuk mengukur berat dari bahan baku yang

akan digunakan dalam proses torefaksi serta untuk mengukur berat

dari produk padatan torefaksi.

Gambar 13. Timbangan digital

6. Tabung Gas Nitrogen

Tabung gas nitrogen seperti yang terlihat pada Gambar 14 digunakan

untuk menghilangkan kandungan O2 yang berada di dalam reaktor.

Gambar 14. Tabung Gas nitrogen

46

7. Masker Pelindung

Selama proses torefaksi akan menghasilkan gas berbahaya, sehingga

digunakan masker pelindung untuk keamanan operator seperti yang

ditunjukan pada Gambar 15.

Gambar 15. Masker pelindung

8. Stopwatch Penghitung Waktu Torefaksi

Stopwatch seperti yang terlihat pada Gambar 16 digunakan untuk

mengukur lamanya waktu proses berlangsungnya torefaksi.

Gambar 16. Stopwatch penghitung waktu torefaksi

3.2.2 Bahan

Bahan baku wood pellet berasal dari limbah industri penggergajian,

limbah tebangan dan limbah industri kayu lainnya. Hasil olahan ini

dikemas dalam bentuk pelet yang berdiameter 6–10 mm dan panjang

47

10–30 mm. Kepadatan rata-rata 650 kg/m3 atau 1,5 m3/ton. Kadar

abunya rendah kurang lebih 0,5%. Tinggi kandungan energinya berkisar

4051,7 kkal/kg. Mempunyai rasio energi yang tinggi antara output dan

inputnya yaitu 19:1-210:1. Wood pellet cocok digunakan sebagai bahan

bakar kebutuhan rumah tangga, pertanian, dan industri besar, bahkan

juga bisa untuk industri pembangkit tenaga. Kelebihan wood pellet

adalah bersifat lokal, bahan baku berlimpah, dapat diperbaharui, efisien

dan murah. Tingkat efisiensi pembakaran wood pellet sebesar 80%

setara dengan gas alam dan minyak bumi, lebih tinggi dari kayu bakar

yang hanya 60%, namun dibawah listrik yang mencapai 100% (Yanti,

2013).

3.3 Metode Pengambilan Data

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Menyiapkan alat torefaksi kontinu tipe tubular dan bahan baku wood

pellet dari kayu karet.

2. Menimbang bahan baku yang akan digunakan dengan berat total 5 kg

wood pellet pada setiap pengujian.

3. Menghidupkan motor listrik yang terhubung ke rotary valve pada saluran

pengumpanan dan secrew conveyor di dalam reaktor dengan menekan

tombol ON pada kontrol.

48

4. Memanaskan reaktor dengan cara membuka katub gas LPG dan

menghidupkan burner yang ada pada reaktor hingga temperatur yang

telah ditentukan sesuai data pengujian yaitu temperatur 250oC, 265oC,

280oC dan 295oC, dan 310oC.

5. Menghidupkan stopwatch dan mencatat waktu untuk menghitung

lamanya proses pemanasan reaktor hingga proses torefaksi berakhir.

6. Menginjeksikan gas N2 ke dalam reaktor dengan cara memasukan gas N2

melalui kran inlet dengan tujuan untuk mengikat dan mendorong keluar

O2 yang ada dalam reaktor melalui kran outlet.

7. Ketika temperatur pengujian tercapai, bahan baku dimasukkan kedalam

reaktor melalui saluran pengumpanan.

8. Mengatur bukaan pada gas LPG agar temperatur dalam keadaaan stedi

pada temperatur pengujian yang ditentukan.

9. Menimbang dan mencatat produk padatan yang dihasilkan dari proses

torefaksi

10. Setalah mendapatkan data pengujian, kemudian melakukan pengujian

labolatorium analisis ultimat, analisis proksimat dan nilai kalor pada

produk padatan torefaksi.

3.4 Pengujian Laboratorium

Adapun pengujian laboratorium digunakan untuk mengetahui komponen

penyusun bahan bakar padat hasil torefaksi menggunakan analisis proksimat

49

dan komponen unsur kimia penyusun bahan bakar padat hasil torefaksi

menggunakan analisis ultimat. Selain itu, untuk menunjukan nilai kalor per

satuan massa dari bahan bakar padat hasil torefaksi dilakukan pengujian

colorific value (nilai kalor pembakaran).

3.4.1 Analisis proksimat

Analisis proksimat digunakan untuk mengetahui komponen penyusun

bahan bakar padat produk torefaksi seperti kandungan karbon tetap,

volatile matter, kandungan air, dan abu.

3.4.2 Analisis ultimat

Analisis ultimat digunakan untuk mengetahui komponen unsur-unsur

kimia yang menyusun bahan bakar padat hasil torefaksi seperti karbon,

hidrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, dan unsur lainnya.

3.4.3 Uji nilai kalor pembakaran (Calorific Value)

Pengujian nilai kalor pembakaran dilakukan untuk melihat besarnya

kalor per satuan massa yang dihasilkan oleh bahan bakar padat hasil

torefaksi setelah dibakar.

3.5 Alur Tahapan Pelaksanaan

Secara garis besar alur penelitian akan dijabarkan melalui flowchart dibawah

ini :

50

Gambar 17. Diagram alur penelitian

Mulai

Studi Literatur

Proses pengujian torefaksi sesuaidengan variasi yang sudah ditentukan

Pengolahan dan Analisis Data

Kesimpulan

Penulisan laporan

Selesai

Data Hasil Pengujian

Persiapan alat dan bahan

Data lengkap

51

3.6 Variabel Pengujian

Pengujian ini menggunakan beberapa variabel tetap dan variabel berubah. Hal

ini dilakukan untuk dapat mengetahui kondisi proses torefaksi terbaik dengan

menggunakan reaktor kontinu tipe tubular. Pada pengujian ini, parameter

utama torefaksi yang divariasikan adalah temperatur. Hal ini betujuan untuk

mendapatkan parameter temperatur optimal pada proses torefaksi wood pellet.

Bahan baku yang digunakan adalah wood pellet dari kayu karet berasal dari

limbah industri penggergajian, limbah tebangan dan limbah industri kayu

lainnya. Hasil olahan ini dikemas dalam bentuk pellet yang berdiameter 6–10

mm dan panjang 10–30 mm. Kepadatan rata-rata 650 kg/m3 atau 1,5 m3/ton.

Untuk mengetahui karakteristik bahan bakar padat yang diperoleh dari hasil

torefaksi wood pellet dari kayu karet, maka dilakukan pengujian analisis

ultimat dan analisis proksimat. Selain itu, dilakukan pengujian nilai kalor

pembakaran untuk menunjukan besarnya nilai kalor persatuan massa yang

dihasilkan oleh bahan bakar padat setelah dibakar. Selanjutnya dilakukan

pegujian analisis ultimat dan proksimat serta nilai kalor terhadap bahan baku

mentah wood pellet dari kayu karet. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan

karakterisitik dari wood pellet dari limbah kayu karet. Produk padatan

torefaksi wood pellet yang dianalisis adalah produk padatan yang dihasilkan

dari pengujian untuk masing-masing temperatur.

52

Hasil pengujian nilai kalor dari produk padatan yang dihasilkan dari torefaksi

kontinu wood pellet dari kayu karet. Nilai kalor yang ditunjukan adalah nilai

kalor dari masing-masing variabel temperatur. Produk torefaksi wood pellet

kayu karet pada kondisi kering (dry basis) untuk hasil perhitungan perolehan

massa, ym (mass yield) dan perolehan energinya, ye (energy yield). Hasil

perhitungan ini menunjukan seberapa jauh proses torefaksi dapat

meningkatkan kualitas sifat-sifat pembakaran dari wood pellet kayu karet.

Perhitungan perolehan massa dan perolehan energi adalah sebagai berikut :

dbmo

mfym ……………………………………………...…....(4)

dbHHVo

HHVfymye ……………………………………………(5)

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari pengujian torefaksi pada bahan

baku wood pellet dari serbuk kayu karet menggunakan reaktor kontinu tipe

tubular dengan berbagai variasi temperatur adalah sebagai berikut :

1. Pada perolehan massa produk padatan hasil torefaksi dapat disimpulkan

bahwa semaikin tinggi temperatur torefaksi maka semakin rendah massa

dari produk padatan yang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh jumlah

komponen lignoselulosa yang terdekomposisi seiring meningkatnya

temperatur torefaksi.

2. Pada hasil pengujian proksimat dan ultimat secara garis besar untuk

kandungan air dan volatile matter akan menurun sesuai dengan

peningkatan temperatur torefaksi sedangkan kandungan abu dan fixed

carbon akan meningkat seiring peningkatan temperatur torefaksi. Hal

tersebut sesuai dengan hasil analisis ultimat dimana unsur oksigen (O)

dan hidrogen (H) juga menurun seiring meningkatnya temperatur dan

unsur carbon (C) meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur

torefaksi.

72

3. Berdasarkan hasil pengujian nilai kalor didapatkan bahwa nilai kalor

tertinggi terdapat pada produk padatan hasil torefaksi dengan temperatur

280 C yaitu sebesar 5135 kkal/kg. Hal ini sesuai dengan kandungan

fixed carbon dan tingginya kandungan unsur karbon (C) yang dihasilkan

pada temperatur torefaksi 280 C. Hasil perhitungan massa (mass yield)

dan perhitungan energy (energy yield) didapatkan Nilai ye tertinggi yaitu

sebesar 0,94 pada temperatur 250 C dan nilai ye terendah yaitu sebesar 0,76

pada temperatur 310 C sedangkan untuk nilai ym tertinggi yaitu sebesar

0,846 pada temperatur 250 C dan nilai ym terendah yaitu sebesar 0.658 pada

temperatur 310 C. Dapat disimpulkan bahwa perolehan massa (mass

yield) dan perolehan energy (energy yield) akan semakin menurun seiring

dengan meningkatnya temperatur torefaksi.

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat diberikan pada pengujian torefaksi menggunakan

reaktor kontinu tipe tubular dengan bahan bakar wood pellet dari serbuk kayu

karet agar mendapatkan hasil yang lebih maksimal adalah sebagai berikut :

1. Untuk reaktor kontinu tipe tubular ini disarankan diletakan didalam

ruangan tertutup agar api pembakaran reaktor lebih setabil sehingga

temperatur dalam reaktor lebih konstan.

2. Pada sistem buka tutup katup gas LPG yang digunakan sebagai bahan

bakar pemanas reaktor dibuatkan sistem otomasinya serta dibuatkan

73

tempat untuk tabung gas LPG agar gas dalam tabung tidak mudah

membeku.

3. Sebaiknya pada setiap akan melakukan pengujian, terlebih dahulu

dilakukan pengujian kandungan air pada sampel yang akan diuji agar

data hasil torefaksi lebih akurat dan memiliki perbandingan apabila

terjadi kontaminasi pada sampel sebelum pengujian.

4. Sebaiknya dibuatkan instalasi untuk aliran gas hasil torefaksi agar produk

padatan hasil torefaksi tidak tercampur oleh gas yang terkondensasi

didalam reaktor.

DAFTAR PUSTAKA

Arsad, effendi. 2014. Sifat Fisik Dan Kimia Wood Pellet Dari Limbah IndustriPerkayuan Sebagai Sumber Energi Alternatif. Balai Riset dan StandardisasiIndustri Banjarbaru.

Amrul. 2014. Pemanfaatan Sampah Menjadi Bahan Bakar Padat SetaraBaturbara Melalui Proses Torefaksi. Disertasi Institut Teknologi Bandung.Bandung.

Amrul. Hardianto, T. Suwono, A. Pasek, D. 2011. Balance Energi Pada ProsesTorefaksi Sampah Kota Menjadi Bahan Bakar Padat Ramah LingkunganSetara Batubara untuk Memperhitungkan Tingkat Kelayakannya. ProsidingOptimalisasi Peran Teknik Mesin Dalam Meningkatkan Ketahanan EnergiSeminar Nasional Teknik Mesin X Universitas Brawijaya. ISBN 978-602-19028-0-6.

Basu, Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolysis. Practical Design andTheory. Elsevier, Oxford, UK.

Bergman PCA. 2005. Combined Torrefaction and Pelletisation. The TOPProcess, ECN-C--05-073.

Bridgeman, T.G. Jones, J.M. Shield, I. and Williams, P.T. 2008. Torrefaction ofreed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualitiesand combustion properties. Fuel, 87 (6), 844–856.

Fitri, gustiana. 2013. Potensi Bahan Baku Wood Pellet Dari Limbah KayuSebagai Energi Alternatif Biomassa. Balitbang provinsi riau. Pekan baru

Fariz, Muhammad. 2017. Perancangan dan Simulasi Termal Reaktor TorefaksiKontinu Tipe Tubular Untuk Produksi Bahan Bakar Padat dari SampahKota. Teknik mesin. Universitas Lampung. Bandar Lampung.

Hidayati, N. dan Laksmi, R. 2014. Budidaya Kaliandra (Calliandra Calothyrsus)Untuk Bahan Baku Sumber Energi. Balai Besar Penelitian Bioteknologi DanPemuliaan Tanaman Hutan. Jakarta.

Matangaran, J.R. dan Anggoro, R. 2012. Limbah Pemanenan Kayu Jati DiBanyuwangi Jawa Timur. Jurnal Perennial, 2012 Vol. 8 No. 2: 88-92. ISSN:1412-7784. Tersedia Online: http://journal. unhas.ac.id/index.php/perennial.

McKendry PM. 2002. Energy production from biomass (Part 3). Gasificationtechnologies,” Bioresource Technology. 83:55-63.

Pach, M. Zanzi, R. and Björnbom, E. 2002. Torrefied Biomass a Substitute forWood and Charcoal. In Sixth Asia-Pacific International Symposium onCombustion and Energy Utilization, Kuala Lumpur.

Prins, MJ. Ptasinski, KJ. and Janssen, FJJG. 2006. Torrefaction of Wood: Part 1.Weight Loss Kinetics. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 77:1, pp.28–34.

Setiawan, F. 2014. Karakteristik Kayu Lapis dari Bahan Baku Kayu Karet (Heveabraziliensis Muell. Arg) Berdasarkan Umur Pohon. Skripsi JurusanKehutanan Fakultas Pertanian Universitas Riau.

Sutrisno, L. 2013. Pemanfaatan Limbah Kayu Mahang (Macaranga sp) DariIndustri Penggergajiaan Kayu Sebagai Bahan Pembuatan Cuka Kayu(Wood Vinegar). Jurnal Penelitian. Jurusan Kehutanan Fakultas PertanianUniversitas Riau.

Towaha, J. Daras, U. dan Balitri. 2013. Peluang Pemanfaatan Kayu Karet (Heveabraziliensis Muell. Arg) Sebagai Kayu Industri. Warta Penelitian DanPengembangan Tanaman Industri. Volume 19 Nomor 2.

Tumuluru, JS. Xingya, K. Sokhansanj, S. Jim, LC. Bi, T. and Melin, S. 2008.Effect of Storage Temperature on Off-gassing and Physical Properties ofWood Pellets. ASABE, Providence, Rhode Island, June 29–July 2, 2008,ASABE Paper No. 084248.

Yanti, RN. 2013. Pemanfaatan Limbah HTI (Akasia) Sebagai Bahan Baku WoodPellet. Penelitian Hibah Bersaing Dikti. Riau. Pekanbaru.