METODE PENELITIAN 3.1 DIAGRAM ALIR PENELITIAN
D. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis Data
3.3.2.1 Goal and Scope
3.3.2.1 Goal and Scope
Dalam penentuan tujuan dan ruang lingkup dari penelitian berguna untuk membatasi sistem yang akan diteliti. Dalam penelitian ini dampak lingkungan yang diamati berupa emisi gas rumah kaca (GRK) yang memiliki dampak terhadap lingkungan. Ruang lingkup analisa LCA ini dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3.9 Ruang lingkup analisa LCA
Dalam ruang lingkup analisa LCA ini terdapat dua bagian utama yaitu produksi minyak kelapa sawit (CPO) dan produksi biochar. Pada bagian produksi minyak kelapa sawit (CPO) terdapat dua tahap yang dianalisa nilai emisinya, yaitu tahap perkebunan/Plantation dari tanaman kelapa sawit dan tahap penggilingan/Milling Stage dan produksi CPO. Pada bagian produksi biochar analisa emisi dilakukan pada tahap pirolisis lambat atau Slow Pyrolysis Stage.
Perkebunan kelapa sawit dilakukan dengan pemberian pupuk secara rutin pertahunnya. Pengambilan hasil panen tanaman kelapa sawit dapat dilakukan tiap tahun setelah 2-3 tahun penanaman kelapa sawit pada lahan tanah sampai usia optimum pemanenan yaitu 25 tahun. Hasil panen kelapa sawit yang berupa tandan buah segar akan diproses pada milling stage dan produksi CPO untuk memisahkan limbah padat kelapa sawit dengan buahnya yang nantinya akan digunakan untuk memproduksi minyak nabati (CPO). Limbah padat kelapa sawit yang dihasilkan
40
dari produksi CPO berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS), cangkang kelapa sawit (CKS), dan serat kelapa sawit. Proses dilanjutkan dengan pengiriman limbah kelapa sawit ke area produksi biochar, pada area ini cangkang kelapa sawit akan melalui proses pretreatment berupa pengeringan dibawah sinar matahari untuk mengurangi kadar air yang terkandung didalamnya. Setelah kering, limbah cangkang kelapa sawit akan dijadikan umpan pada reaktor pirolisis lambat untuk menghasilkan produk biochar. Energi yang digunakan pada reaktor pirolisis lambat berasal dari pembakaran limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS).
Gambar 3.10 Aliran masuk dan keluar LCA
Gambar 3.10 menunjukkan aliran keluar dan masuk energi dari analisis LCA ini, penjelasan mengenai asumsi energi yang digunakan adalah sebagai berikut:
a. Plantation Stage
Tahap ini merupakan tahap penanaman bibit kelapa sawit sampai menjadi tanaman siap panen yaitu sekitar 2-3 tahun setelah pembibitan sampai usia 25 tahun. pada tahap ini akan menghasilkan tandan buah segar (TBS/FFB) yang nantinya akan dilanjutkan pada proses produksi CPO (Crude Palm Oil). Diketahui untuk memproduksi 1 ton CPO dibutuhkan TBS sebanyak 5 ton, yang artinya yield produk CPO sebesar 20% terhadap kebutuhan FFB (Hansen, 2007). Pada tahap ini
41
biasanya pemupukan dilakukan selama 2 sampai 3 kali dalam setahun guna memenuhi nutrisi yang dibutuhkan untuk proses pertumbuhan tanaman kelapa sawit (Hakim et al., 2014). Pemberian pupuk NPK terdiri dari 105 kg N/ha, 70 kg P/ha, dan 204 kg K/ha (Pehnelt & Vietze, 2013) jumlah pupuk tersebut adalah rata rata dari beberapa jumlah penggunaan pupuk di Indonesia dan Malaysia. Dalam penelitian ini luas tanah yang digunakan adalah 0,263 ha sehingga pupuk yang digunakan (skenario 1) sebanyak 27,615 kg N; 18,41 kg P; 53,652 kg K. Untuk energi yang masuk sebagai input pada tahap ini adalah energi dari produksi pupuk NPK sebesar 36,35 MJ/kg pupuk NPK yang digunakan (sudah termasuk energi transportasi pupuk NPK ke area perkebunan), pupuk biochar 15 MJ/kg pupuk
biochar, serta energi bahan bakar sebanyak 17 liter dari proses transportasi (10 liter
untuk transportasi perkebunan ke area industri CPO dan biochar serta sebaliknya) dan panen (7 liter untuk alat panen yang membutuhkan bahan bakar). Pemberian pestisida pertahunnya pada tanaman agar terhindar dari hama sebanyak 2,7 kg/ha (Pehnelt & Vietze, 2013). Dari proses produksi CPO akan dihasilkan limbah padat kelapa sawit, limbah tersebut nantinya akan dipisahkan pada milling stage.
Tabel 3.1 General data tahap perkebunan
Data Jumlah Sumber
Pupuk NPK yang digunakan untuk 1 ton CPO per tahun
N = 27,615 kg
P (P2O5) = 18,41 kg
K (K2O) = 53,652 kg
(Pehnelt & Vietze, 2013)
Pestisida per tahun 0,71 kg (Pehnelt & Vietze, 2013)
Diesel fuel 651,168 MJ (Hansen, 2007)
Jumlah FFB yang
dihasilkan per hektar 19 ton/tahun (Hansen, 2007)
Rasio produk 1 ton CPO
terhadap FFB 0,2 (Hansen, 2007)
Jumlah limbah CKS
42
b. Milling Stage dan Produksi CPO
Tahap ini merupakan proses penggilingan serta pemisahan buah kelapa sawit dari limbah kelapa sawit, buah kelapa sawit nantinya akan digunakan untuk produksi minyak kelapa sawit (CPO). Dalam penelitian ini limbah padat berupa Cangkang Kelapa Sawit (CKS) akan digunakan untuk dijadikan umpan pada proses
slow pyrolysis, sedangakn untuk limbah TKKS akan digunakan untuk bahan bakar.
Diketahui jumlah limbah padat dari 1 ton TBS (tandan segar) adalah serat (130.0 kg/t TBS), Cangkang (CKS) (70.0 kg/t TBS), TKKS (225.0 kg/t TBS) (Pehnelt & Vietze, 2013). Pada produksi 1 ton CPO membutuhkan 5 ton TBS, maka jumlah limbah yang dihasilkan menjadi lima kali lipat dari jumlah diatas. Untuk energi yang dibutuhkan dalam proses menggiling TBS adalah 104 MJ/t TBS (Harsono et al., 2013) dimana proses penggilingan dengan menggunakan screw mills di dalam
trasher drum, serta adanya kebutuhan energi tambahan sebesar 8.100 MJ/t CPO
dari boiler untuk menghasilkan steam yang akan digunakan untuk mengekstraksi minyak kelapa sawit (Hansen, 2007). Menurut (Sari et al., 2011) air merupakan komponen penting dalam produksi CPO, kebutuhan air sendiri dapat mencapai 1-2 m3/ton TBS. Maka diambil nilai rata rata untuk jumlah air yang digunakan yaitu 1,5 m3/ton TBS. Jumlah air yang digunakan meliputi kebutuhan air untuk steam, pengolahan biji dan pemurnian, serta pengolahan sludge (Sari et al., 2011).
c. Pyrolysis Stage
Tahap ini merupakan tahap akhir dari proses produksi biochar dimana biomassa CKS akan di panaskan pada suhu 450oC dan residence time 30 menit sehingga menghasilkan produk biochar, gas, dan biooil. Diketahui yield biochar pada penelitian ini sebesar 50,6% dari biomassa cangkang kelapa sawit. Energi sebesar 7,59 MJ/kg CKS yang dibutuhkan untuk pyrolysis ini digunakan untuk proses pembakaran biomassa itu sendiri (Harsono et al., 2013). Sumber energi yang dibutuhkan berasal dari pembakaran Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yaitu sebesar 2.656,5 MJ.
43
3.3.2.2 Inventarisasi
Dalam invetarisasi dibutuhkan beberapa energi untuk menunjang proses produksi biochar. Penggunaan beberapa bahan dan energi yang dapat menghasilkan dampak terhadap lingkungan karena mengeluarkan GRK dihitung dalam tahap ini. Pada tahap ini dibuat lima skenario berbeda dengan tujuan agar terlihatnya perbedaan emisi yang dikeluarkan ketika pengaplikasian pupuk biochar. Perbedaan skenario terletak pada tahap penanaman tanaman kelapa sawit dimana adanya pengurangan penggunaan pupuk komersial (NPK) sebanyak 25% dan digantikan oleh pupuk biochar. Pengurangan pupuk komersial terus berkurang sesuai kelipatan 25% sampai pada akhirnya proses penanaman digantikan oleh 100% pupuk
biochar.
Skenario 1: 100% pupuk NPK Komersial
Skenario 2: 75% pupuk NPK + 25% pupuk Biochar
Skenario 3: 50% pupuk NPK + 50% pupuk Biochar
Skenario 4: 25% pupuk NPK + 75% pupuk Biochar
Skenario 5: 100% pupuk Biochar 3.3.2.3 Analisa Dampak (LCIA)
Dalam menghitung dampak yang dihasilkan dari produksi biochar digunakan beberapa data seperti Koefisen Emisi (EC) yang didapatkan dari database seperti EFDB dan JEC E3, Faktor emisi (EF) yang didapatkan dari beberapa jurnal penelitian yang sudah ada, serta Faktor Konversi (FC) sebagai konversi agar menjadi unit yang sesuai dengan dampak yang diakibatkan tiap GRK. Nilai FC ini didapat dari impact methode BEES (Building for Environmental and
44
Tabel 3.2 Nilai Faktor konversi (FC) Global Warming (g CO2 eq) CO2 1 CH4 23 N2O 296 Acidification (H+ moles eq) NO2 40.040 SO2 50.790 Eutrophication (g N eq) NO2 44,29 NO 44,29 N2O 92 Ecotoxicity (g 2,4-D eq) CO 20,5 NO2 20,5 N2O 20,5 Sumber: BEES
Tabel 3.3 Koefisien Emisi (EC) Koefisien Emisi (EC)
g CO2/kg g CH4/kg g N2O/kg g NO2/kg g SO2/kg N 2.827,005 8,679 9,642 0,00002 0,0000083 P2O5 964,887 1,331 0,052 0 0 K2O 536,311 1,571 0,012 0 0 Pestisida 9.886,502 25,527 1,681 0 0 POME 0 13 0 0 0 g CO2/MJ g CH4/MJ g N2O/MJ g NOx/MJ g CO/MJ Diesel 87,64 0 0 0,0000012 0,000001
45
g CO2/MJ g CH4/MJ g SO2/MJ g NOx/MJ g CO/MJ
Boiler 0 0 2,47 x 10-9 7,9 x 10-8 6,9 x 10-7
Sumber: EFDB dan JEC E3 Database
Tabel 3.4 Faktor Emisi (EF)
Sumber Emisi Jumlah Unit Referensi
Slow Pyrolysis 117,96 g CO2 eq kg-1 CKS (Harsono et al., 2013) Produksi NPK 30,93 g CO2 eq MJ-1 (Wood & Cowie, n.d.)
Untuk mengetahui Emisi Total yang dihasilkan dari seluruh siklus produksi biochar digunakan beberapa rumus sebagai berikut:
a. Emisi Total:
𝐸𝑀𝑇 = 𝐸𝑀𝑃 + 𝐸𝑀𝑀 + 𝐸𝑀𝑆𝑃
b. Perhitungan emisi menggunakan koefisien emisi: 𝐸𝑖 = 𝑁𝑖 × ∑(𝐸𝐶𝑖,𝑛× 𝐹𝐶𝑛)
c. Perhitungan emisi menggunakan faktor emisi: 𝐸𝑖 = 𝑁𝑖 × 𝐸𝐹𝑖
Keterangan:
𝐸𝑀𝑇 = Emisi Total (g CO2 eq. ton-1 CPO)
N = Jumlah sumber emisi digunakan
(kg) atau (MJ) 𝐸𝑀𝑃 = Emisi total pada Plantation
Stage (g CO2 eq. ton-1 Biochar)
EC = Koefisien Emisi GRK
𝐸𝑀𝑀 = Emisi total pada Milling Stage (g CO2 eq. ton-1CPO)
46
𝐸𝑀𝑆𝑃 = Emisi total pada Slow Pyrolysis Stage (g CO2 eq. ton-1 CPO)
EF = Faktor Emisi GRK
E = Emisi yang dikeluarkan per
sumber emisi (g CO2 eq. kg-1) atau (g CO2 eq. MJ-1)
i = Jenis Sumber emisi
47
a. Jadwal Kegiatan
Penelitian rencana akan dilakukan pada bulan Januari sampai Mei 2020
No Jenis Kegiatan
Bulan 1 Bulan 2 Bulan 3 Bulan 4 Bulan 5 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Perancangan eksperimen/ alat 2 Pembuatan bio-char 3 Analisa hasil 4 Penarikan simpulan 5 Pembuatan laporan 6 Publikasi (seminar)