BIODATA PENULIS
1.1. LATAR BELAKANG 1 1.2 TUJUAN
1.3.RUANG LINGKUP PENELITIAN ... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3 2.1. BIOMASSA ... 3 2.2. SEKAM PADI ... 3 2.3. KARBONISASI ... 4 2.4. DENSIFIKASI ... 5 2.5. BIOPELET... 5 III. METODOLOGI ... 7 3.1. WAKTU DAN TEMPAT ... 7 3.2. BAHAN DAN ALAT ... 7 3.3. METODE PENELITIAN ... 7 3.4. RANCANGAN PERCOBAAN ... 10 3.5. UJI KERAGAAN BIOPELET ... 10 3.6. ANALISIS KESETIMBANGAN MASSA DAN ENERGI PEMBUATAN
BIOPELET SEKAM PADI ... 11 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 12 4.1. SIFAT FISIKO KIMIA SEKAM PADI ... 12 4.2. SIFAT FISIKO KIMIA ARANG SEKAM PADI ... 13 4.3. BIOPELET SEKAM PADI ... 14 4.4. UJI KERAGAAN BIOPELET SEKAM PADI ... 21 4.5. KESETIMBANGAN MASSA DAN ENERGI PEMBUATAN
BIOPELET SEKAM PADI ... 24 4.6. DESAIN PROSES PRODUKSI BIOPELET SEKAM PADI ... 26 V. SIMPULAN DAN SARAN ... 31 5.1. SIMPULAN ... 31 5.2. SARAN ... 31 DAFTAR PUSTAKA ... 32 LAMPIRAN ... 35
v
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Potensi energi terbarukan di Indonesia... 3 Tabel 2. Standar biopelet pada beberapa negara ... 6 Tabel 3. Formulasi bahan baku biopelet sekam padi... 10 Tabel 4. Hasil analisis sifat fisiko kimia sekam padi ... 12 Tabel 5. Hasil analisis sifat fisiko kimia arang sekam padi ... 14 Tabel 6. Perbandingan nilai kadar air biopelet di beberapa negara ... 15 Tabel 7. Perbandingan nilai kalor biopelet di beberapa negara ... 20 Tabel 8. Hasil uji laju konsumsi biopelet sekam padi ... 22 Tabel 9. Hasil uji efisiensi pembakaran biopelet sekam padi ... 23 Tabel 10.Kesetimbangan massa total proses pembuatan biopelet sekam padi
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Perkembangan produksi padi di Indonesia tahun 2008-2010 ... 4 Gambar 2. Diagram alir penelitian ... 8 Gambar 3. Diagaram alir pembuatan biopelet sekam padi ... 9 Gambar 4. Biopelet sekam padi, (A) 0% arang sekam; (B) 10% arang sekam;
(C) 20% arang sekam ... 14 Gambar 5. Kadar air biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 15 Gambar 6. Kadar abu biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 16 Gambar 7. Kadar zat terbang biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 17 Gambar 8. Kadar karbon terikat biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 18 Gambar 9. Densitas kamba biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 19 Gambar 10. Nilai kalor biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang... 20 Gambar 11. Keteguhan tekan biopelet sekam padi pada berbagai persentase arang ... 21 Gambar 12. Kesetimbangan massa keseluruhan proses produksi biopelet sekam padi
pada skala laboratorium ... 25 Gambar 13. Diagram alir desain proses produksi biopelet sekam padi ... 28
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Prosedur analisis sifat fisiko kimia ... 35 Lampiran 2. Prosedur uji kualitas biopelet ... 38 Lampiran 3. Analisis ragam untuk kadar air biopelet sekam padi ... 40 Lampiran 4. Analisis ragam untuk kadar abu biopelet sekam padi ... 41 Lampiran 5. Analisis ragam untuk kadar zat terbang biopelet sekam padi ... 42 Lampiran 6. Analisis ragam untuk kadar karbon terikat pada biopelet sekam padi ... 43 Lampiran 7. Analisis ragam untuk densitas kamba biopelet sekam padi ... 44 Lampiran 8. Analisis ragam untuk nilai kalor biopelet sekam padi ... 45 Lampiran 9. Analisis ragam untuk keteguhan tekan biopelet sekam padi ... 46 Lampiran 10. Analisis ragam untuk waktu pendidihan air ... 47 Lampiran 11. Analisis ragam untuk laju konsumsi biopelet sekam padi ... 48 Lampiran 12. Analisis ragam untuk efisiensi pembakaran biopelet sekam padi ... 49 Lampiran 13. Perhitungan energi pembuatan biopelet dengan penambahan arang sekam 10% ... 50 Lampiran 14. Perhitungan energi pembuatan biopelet tanpa penambahan arang sekam ... 51 Lampiran 15. Kesetimbangan massa total produksi biopelet sekam padi dengan
1
I.
PENDAHULUAN
1.1.
LATAR BELAKANG
Bahan bakar minyak saat ini masih menjadi sumber energi utama dalam mendukung aktivitas masyarakat. Pada umumnya, masyarakat di daerah perkotaan dan pedesaan masih menggunakan bahan bakar minyak tanah untuk keperluan rumah tangga. Meningkatnya harga minyak mentah dunia menyebabkan terjadinya kenaikan harga bahan bakar, termasuk minyak tanah. Selain mempunyai harga yang mahal, minyak tanah juga sulit ditemukan, terlebih di daerah pedesaan. Oleh sebab itu, perlu adanya upaya untuk mencari bahan bakar alternatif yang lebih murah dan tersedia dengan mudah.
Sumber energi alternatif yang banyak diteliti dan dikembangkan saat ini adalah energi biomassa yang ketersediaannya melimpah, mudah diperoleh, dan dapat diperbaharui secara cepat. Menurut Kong (2010) biomassa merupakan sumber energi terbarukan dan tumbuh sebagai tanaman. Pada umumnya, biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang memiliki nilai ekonomis rendah atau merupakan hasil ekstraksi produk primer (El Bassam dan Maegaard 2004). Indonesia memiliki potensi energi biomassa sebesar 50,000 MW yang bersumber dari berbagai biomassa limbah pertanian, seperti: produk samping kelapa sawit, penggilingan padi, plywood, pabrik gula, kakao, dan limbah pertanian lainnya (Prihandana dan Hendroko 2007).
Sekam padi merupakan salah satu biomassa limbah pertanian yang ketersediaanya melimpah di Indonesia. Menurut BPS (2010), produksi padi pada tahun 2010 mencapai 65.98 juta ton gabah kering giling. Proses penggilingan padi menghasilkan 55% biji utuh, 15% beras patah, 20% sekam, dan 10% bekatul (Haryadi 2003 dalam Prihandana dan Hendroko 2007). Dengan demikian, setiap tahunnya terdapat sebanyak 13.20 juta ton sekam padi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif.
Limbah biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar secara langsung seperti halnya yang telah dilakukan oleh masyarakat Indonesia sejak dulu, tetapi biomassa memiliki kelemahan jika dibakar secara langsung karena sifat fisiknya yang buruk, seperti: kerapatan energi yang rendah dan permasalahan penanganan, penyimpanan, serta transportasi (Saptoadi 2006). Untuk meningkatkan kualitas pembakaran biomassa, saat ini telah dikembangkan bahan bakar biomassa dalam bentuk pelet yang dikenal dengan istilah biopelet. Biopelet dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari kepingan kayu pada beberapa negara maju, seperti: Jerman, Canada, dan Austria. Pelet kayu diproduksi dengan menghancurkan bahan baku kayu menggunakan hammer mill sehingga diperoleh massa partikel kayu yang seragam. Massa partikel kayu tersebut kemudian diumpankan ke dalam mesin pengepres yang mempunyai diameter lubang 6-8 mm dan panjang 10-12 mm (Mani et al. 2006).
Salah satu parameter penentu kualitas bahan bakar biomassa adalah nilai kalor yang dihasilkan pada proses pembakaran. Peningkatan nilai kalor bahan bakar biomassa dapat dilakukan melalui proses densifikasi. Densifikasi merupakan proses pengkompakan residu menjadi produk yang mempunyai densitas lebih tinggi daripada bahan baku aslinya (Bhattacharya 1998). Proses densifikasi dalam pembuatan biopelet mempunyai beberapa keunggulan, di antaranya: meningkatkan nilai kalor total per satuan volume, memudahkan transportasi dan penyimpanan produk akhir, mempunyai keseragaman bentuk dan kualitas, serta mampu mensubstitusi kayu hutan sehingga mengurangi kegiatan penebangan hutan. Densifikasi juga mempunyai beberapa aspek kelemahan, seperti: tingginya biaya investasi dan kebutuhan energi, serta ditemukannya karakteristik pembakaran yang
2 tidak diinginkan, seperti sulit menyala dan menimbulkan banyak asap.
Pada penelitian ini, akan dibuat biopelet dengan menggunakan bahan baku biomassa limbah sekam padi dan arang sekam dengan penambahan minyak jelantah sebesar 5% (b/b), sehingga diperoleh formulasi biopelet terbaik. Penggunaan arang sekam diharapkan mampu meningkatkan rendemen dan nilai kalor pembakaran biopelet yang dihasilkan.
1.2.
TUJUAN
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan biopelet sekam padi yang memiliki kualitas fisik dan pembakaran terbaik melalui kombinasi sekam padi dan arang sekam dengan bahan tambahan dari minyak jelantah. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk membuat desain proses produksi biopelet sekam padi.
1.3.
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Ruang lingkup penelitian ini meliputi aspek-aspek sebagai berikut: 1. Formulasi bahan baku dalam pembuatan biopelet dari limbah sekam padi 2. Pengujian sifat fisiko kimia dan karakteristik pembakaran biopelet
3. Desain proses pembuatan biopelet, meliputi: diagram alir proses, aliran massa dan energi dalam pembuatan biopelet sekam padi.
3
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
BIOMASSA
Biomassa merupakan sumber energi terbarukan dan tumbuh sebagai tanaman. Sumber-sumber biomassa adalah sebagai berikut (Kong 2010):
1. Sisa-sisa hasil pertanian, seperti ampas tebu, batang dan serat jagung. 2. Sisa-sisa hutan, misalnya serbuk gergaji industri pengolahan kayu. 3. Sampah perkotaan, misalnya kertas-kertas bekas dan dedaunan kering. 4. Lumpur sisa pulp.
5. Sumber-sumber masa depan, seperti tanaman energi yang khusus ditanam.
6. Jenis tanaman lain yang tidak mengandung pati maupun gula yang dipakai untuk memproduksi bioetanol.
Potensi energi biomassa sebesar 50,000 MW antara lain bersumber dari produk samping hasil pengolahan beberapa tanaman perkebunan dan pertanian, seperti: kelapa sawit, penggilingan padi, kayu, plywood, pabrik gula, kakao, dan lain-lain. Saat ini, jumlah energi biomassa yang telah dimanfaatkan hanya sebesar 302 MW dari total potensi energi biomassa yang ada atau setera dengan 0.604%. Potensi energi terbarukan di Indonesia disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Potensi energi terbarukan di Indonesia
Sumber Potensi (MW) Kapasitas Terpasang (MW) Pemanfaatan (%)
Large hydro 75,000 4,200 5.600
Biomassa 50,000 302 0.604
Geothermal 20,000 812 4.060
Mini/micro hydro 459 54 11.764
Energi cahaya/ solar 156,487 5 3.19 x 10-3
Energi angin 9,286 0.50 5.38 x 10-3
Total 311,232 5,373.5 22.03
Sumber: Ditjen Listrik dan Pemanfaatan Energi (2001) dalam Prihandana dan Hendroko (2007)
2.2.
SEKAM PADI
Sekam padi merupakan salah satu by product yang dihasilkan pada proses penggilingan padi. Rendemen produk yang diperoleh pada proses penggilingan padi, antara lain: 55% biji utuh, 15% beras patah, 20% sekam, dan 10% dedak halus (Haryadi 2003 dalam Prihandana dan Hendroko 2007). Berdasarkan angka ramalan (ARAM) III, produksi padi tahun 2010 diperkirakan sebesar 65.98 juta ton Gabah Kering Giling (GKG), naik 1.58 juta ton (2.46%) dibandingkan produksi tahun 2009. Kenaikan produksi diperkirakan terjadi karena peningkatan luas panen sebesar 234.54 ribu hektar (1.82 %) dan produktivitas sebesar 0.31 kuintal/hektar (0.62 %). Berdasarkan rendemen produk yang diperoleh pada proses penggilingan padi, maka pada tahun 2010 dihasilkan 36.29 juta ton beras utuh, 9.89 juta ton beras patah, 13.12 juta ton sekam, dan 6.59 juta ton bekatul. Perkembangan produksi padi tahun 2008 hingga 2010 disajikan pada Gambar 1.
4 60.33 64.40 65.98 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 2008 2009 2010 Ju m lah ( ju ta to n ) (Tahun)
Gambar 1. Perkembangan produksi padi di Indonesia tahun 2008-2010 (BPS 2010)
Peningkatan produksi padi dari tahun ke tahun menyebabkan terjadinya peningkatan limbah sekam padi yang dihasilkan. Saat ini, sekam padi hanya dimanfaatkan untuk pembakaran dan pembuatan batu bata dalam jumlah yang sangat kecil. Aktivitas lain pemanfaatan sekam padi adalah pembuatan arang sekam untuk media tanaman dan arang aktif untuk pembuatan adsorben (Suyitno 2009).
2.3.
KARBONISASI
Karbonisasi merupakan proses pembakaran biomassa menggunakan alat pirolisis dengan oksigen terbatas (Compete 2009). Ketiadaan oksigen dalam proses karbonisasi menyebabkan hanya komponen zat terbang saja yang terlepas dari bahan, sedangkan bagian karbon akan tetap tinggal di dalam bahan. Karbonisasi sekam padi bertujuan untuk mengurangi kadar zat terbang penyebab asap dan meningkatkan nilai kalor pembakaran (Liliana 2010). Tujuan lain dari proses karbonisasi sekam padi adalah untuk mempermudah penanganan sekam padi menjadi bahan bakar, penyimpanan, serta mengurangi asap pembakaran. Reaksi pada proses karbonisasi adalah reaksi eksoterm, yaitu jumlah panas yang dikeluarkan lebih besar daripada yang diperlukan. Reaksi utama terjadi pada suhu 150-300 oC dimana terjadi kehilangan banyak kandungan air dari dalam bahan, sehingga dihasilkan arang. Semakin lambat proses karbonisasi, maka mutu arang yang dihasilkan akan semakin baik (Abdullah et all. 1998).
Proses karbonisasi menghasilkan material berupa arang. Arang merupakan sisa proses karbonisasi bahan yang mengandung karbon pada kondisi terkendali di dalam ruangan tertutup (Masturin 2002). Sudrajat dan Soleh (1994) dalam Triono (2006) menambahkan bahwa arang memiliki bentuk padat dan berpori, dimana sebagian besar porinya masih tertutup oleh hidrogen, ter, dan senyawa organik lain, seperti: abu, air, nitrogen, dan sulfur.
Hasil penelitian Liliana (2010) menunjukkan bahwa pada proses karbonisasi bungkil jarak pagar, suhu karbonisasi berbanding terbalik dengan rendemen arang yang dihasilkan. Semakin tinggi suhu karbonisasi, maka rendemen arang yang dihasilkan semakin kecil dan begitu pula sebaliknya. Suhu karbonisasi berbanding lurus dengan nilai kalori pembakaran. Semakin tinggi suhu karbonisasi, nilai kalori yang dihasilkan akan semakin tinggi pula.
5
2.4.
DENSIFIKASI
Densifikasi merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat fisik suatu bahan yang bertujuan untuk mempermudah penggunaan dan pemanfaatannya, sehingga terjadi peningkatan efisiensi nilai bahan yang digunakan (Abdullah et al. 1998) karena produk yang dihasilkan mempunyai densitas lebih tinggi daripada bahan baku aslinya (Bhattacharya 1998). 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. Pada 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).
Bhattacharya (1998) menyatakan bahwa alat pellet mill terdiri atas die dan roller dimana die
berputar dan bersentuhan dengan rollers. 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, serta mampu mensubstitusi kayu hutan sehingga mengurangi kegiatan penebangan hutan. Di sisi lain, 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.
2.5.
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). Fantozzi dan Buratti (2009) menyatakan bahwa terdapat 6 tahapan proses pembuatan biopelet, yaitu: perlakuan pendahuluan bahan baku (pre-treatment), pengeringan (drying), pengecilan ukuran (size reduction), pencetakan biopelet (pelletization), pendinginan (cooling), dan silage. Residu hutan, sisa penggergajian, sisa tanaman pertanian, dan energy crops dapat didensifikasi menjadi pelet. Proses peletisasi dapat meningkatkan kerapatan spesifik biomassa lebih dari 1000 kg/m3 (Lehtikangas 2001 dan Mani et al. 2004).
Penggunaan biopelet telah dikenal luas oleh masyarakat di negara-negara Eropa dan Amerika. Pada umumnya biopelet digunakan sebagai bahan bakar boiler pada industri dan pemanas ruangan di musim dingin. Biopelet tersebut mempunyai standar tertentu seperti yang disajikan pada Tabel 2.
6 Tabel 2. Standar biopelet pada beberapa negara
Parameter Unit Austria(a) Jerman(a) Amerika(b) Prancis(c)
Diameter mm 4-10 4-10 6.35-7.94 6-16
Panjang mm 5 x d <50 <3.81 10-50
Densitas kg/dm3 >1.2 1.0-1.4 >0.64 >1.15
Kadar air % <10 <12 - ≤15
Kadar abu % <0.50 <1.50 <2 (standar)
<1 (premium) ≤6 Nilai kalor MJ/kg >18 17.5-19.5 >19.08 >16.9 Sulfur % <0.04 <0.08 - <0.10 Nitrogen % <0.3 <0.3 - ≤0.5 Klroin % <0.02 <0.03 <0.03 <0.07 Abrasi % <2.3 - - - Bahan tambahan % <2 - - ≤2
Sumber: a)Hahn (2004); b)PFI (2007); c)Douard (2007)
Penelitian tentang biopelet sebelumnya telah dilakukan menggunakan bahan baku limbah bungkil jarak pagar. Hasil penelitian Liliana (2010) menunjukkan bahwa kualitas biopelet terbaik diperoleh pada biopelet bungkil jarak pagar dengan penambahan bungkil jarak terkarbonisasi sebanyak 20% dan memiliki ukuran diameter sebesar 8 mm. Kualitas tersebut diukur dari parameter nilai kalor pembakaran. Semakin tinggi nilai kalor pembakaran yang dihasilkan, maka kualitas biopelet semakin baik. Zamirza (2009) menambahkan bahwa penambahan bahan perekat tapioka sebanyak 3% (b/b) pada biopelet bungkil jarak mampu meningkatkan nilai kalori pembakaran biopelet bungkil jarak dari 4473 kkal/kg menjadi 4914 kkal/kg.
7
III.
METODOLOGI
3.1.
WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian ini telah dimulai sejak bulan Februari hingga Mei 2011 di Laboratorium Surfactant and Bioenergy Research Centre (SBRC), LPPM IPB, Laboratorium Produksi Pakan Fakultas Peternakan IPB, Laboratorium Kimia Kayu dan Energi Biomassa-Pusat Penelitian Hasil Hutan Bogor, dan Laboratorium DIT TIN-FATETA IPB.
3.2.
BAHAN DAN ALAT
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah sekam padi, arang sekam padi, dan minyak jelantah, sedangkan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Disc mill, digunakan untuk menyeragamkan ukuran bahan baku dengan saringan 3 mm. 2. Alat penyaring, digunakan untuk memisahkan bahan baku dengan ukuran saringan 50 mesh. 3. Alat karbonisasi tipe kiln dengan tinggi tabung 30 cm dan diameter 19 cm, digunakan untuk
karbonisasi sekam padi.
4. Ring Die Pellet Mill dengan kapasitas 300 kg/jam dan ukuran die 8 mm, digunakan untuk mencetak biopelet.
5. Perlengkapan uji sifat fisiko kimia bahan baku dan biopelet, seperti: bomb calorimeter, cawan aluminium, cawan porselen, oven, tanur, soxhlet, vacuum pump, dan desikator.
6. Perlengkapan uji pembakaran, seperti: kompor biomassa, teko air, timbangan digital, termometer air raksa, dan stopwatch.
3.3.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini diawali dengan uji sifat fisiko kimia sekam padi, meliputi: kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat, kadar lemak, kadar serat kasar, nilai kalori dan densitas kamba. Selanjutnya dilakukan proses karbonisasi sekam padi di Laboratorium Kimia Kayu dan Energi Biomassa Pusat Penelitian Hasil Hutan Bogor. Kemudian dilakukan karakterisasi sifat fisiko kimia arang sekam padi, meliputi: kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar karbon terikat.
Proses pembuatan biopelet dilakukan dengan menggunakan pellet mill berkapasitas 300 kg/jam di laboratorium Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC). Proses pembuatan biopelet dimulai dengan pencampuran bahan baku dan bahan tambahan. Setelah biopelet dihasilkan, selanjutnya dilakukan karakterisasi sifat fisiko kimia biopelet sekam padi, meliputi: kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat, nilai kalor, densitas kamba, keteguhan tekan, dan keragaan biopelet pada kompor biomassa. Uji keragaan biopelet meliputi laju konsumsi bahan bakar dan efisiensi pembakaran biopelet.
Setelah diperoleh data primer dari hasil penelitian di laboratorium, selanjutnya dilakukan perhitungan kesetimbangan massa dan energi pembuatan biopelet dengan formulasi terbaik. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
8 Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
Pembuatan biopelet sekam padi dijelaskan sebagai berikut: 1. Analisis sifat fisiko kimia sekam padi
Analisis sifat fisiko kimia diperlukan untuk mengetahui perbaikan sifat fisiko kimia sekam padi setelah dibuat menjadi biopelet.
2. Pengecilan ukuran
Pengecilan ukuran bertujuan menghaluskan bahan menggunakan disc mill dengan ukuran saringan 3 mm. Hal tersebut untuk mempermudah proses densifikasi biopelet. Untuk mengantisipasi keretakan, ukuran partikel biopelet disarankan tidak melebihi 1 mm (Franke dan Rey, 2006). 3. Pengayakan
Pengayakan dilakukan menggunakan alat pengayak dengan ukuran saringan 50 mesh.
4. Karbonisasi sekam padi
Karbonisasi dilakukan dengan menggunakan kiln drum tertutup dengan tinggi 30 cm dan diameter 19 cm. Karbonisasi dilakukan selama ± 5 jam dengan suhu 400 oC. Karbonisasi bertujuan untuk memanfaatkan losses sekam berukuran <50 mesh yang dihasilkan pada proses screening. Selain itu, karbonisasi juga dapat mengurangi kadar zat terbang dan meningkatkan kadar karbon terikat dalam sekam padi. Parameter yang diukur setelah karbonisasi adalah rendemen karbonisasi, kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, dan kadar karbon terikat.
5. Pencampuran sekam padi dengan arang sekam padi dan bahan tambahan
Biopelet sekam padi dibuat dengan penambahan arang yang berasal dari losses sekam padi pada proses screening yang dikarbonisasi. Biopelet 100% sekam padi digunakan sebagai pembanding. Bahan tambahan yang digunakan adalah minyak jelantah sebanyak 5% (b/b) dari berat total bahan. Minyak jelantah digunakan sebagai pelumas pada die sehingga biopelet lebih mudah diproduksi.
6. Pencetakan biopelet
Pencetakan biopelet dilakukan menggunakan ring die pellet mill bertekanan tinggi dengan ukuran diameter dies 8 mm dan kapasitas produksi 300 kg/jam.
Pembuatan biopelet
Analisis kualitas biopelet
Analisis kesetimbagan massa dan energi
Bahan baku
Analisis sifat fisiko kimia bahan baku
9 7. Pengeringan biopelet
Biopelet dikeringkan di bawah sinar matahari di dalam rumah kaca yang dilengkapi blower selama ± 4 jam. Sifat fisiko kimia biopelet akhir yang diukur adalah kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat, nilai kalori, keteguhan tekan dan densitas kamba. Diagram alir pembuatan biopelet sekam padi dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir proses pembuatan biopelet sekam padi Sekam padi Pengayakan (50 mesh) Pencetakan biopelet (diameter 8 mm) Pengecilan ukuran (3 mm) Karakterisasi sekam Minyak jelantah 4.76% (b/b) Tepung sekam (100, 90, 80%) Karbonisasi (Suhu 400 oC) Penyeragaman ukuran (1 mm) Karakterisasi arang Serbuk arang (0, 10, 20%) Pencampuran I
Pengeringan rumah kaca (± 4 jam)
Biopelet Pencampuran II Campuran sekam dan
10 Perlakuan pembuatan biopelet sekam padi adalah persentase arang sekam padi (0, 10, dan 20%) seperti disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Formulasi bahan baku biopelet sekam padi Perlakuan
Komposisi
% Sekam Padi (b/b) % Arang Sekam (b/b)
A 100 0
B 90 10
C 80 20
Setiap perlakuan ditambahkan 4.77% (b/b) minyak jelantah
3.4.
RANCANGAN PERCOBAAN
Rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial dengan faktor tunggal, yaitu konsentrasi arang sekam. Model matematis dari rancangan percobaan untuk penelitian adalah sebagai berikut:
Yij = μ + α
i+ ε
ij Keterangan:Yij = nilai kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat, nilai kalori pembakaran, densitas kamba, keteguhan tekan, laju pembakaran, dan efisiensi pembakaran pada formulasi ke-i dan ulangan ke-j, dengan i = 1,2,3; j = 1,2,3,4
μ = rataan umum
αi = pengaruh konsentrasi arang sekam padi pada level ke-i
εij = kesalahan (galat) percobaan pada perlakuan level ke-i ulangan ke-j Hipotesis yang diuji:
H0= α1= α2= α3 = 0
Persentase arang sekam padi memberikan pengaruh yang sama terhadap nilai kadar air (SNI 06-4369-1996), kadar abu (SNI 06-4369-1996), kadar zat terbang (SNI 06-4369-1996), kadar
karbon terikat (SNI 06-4369-1996), nilai kalor pembakaran (SNI 06-4369-1996), densitas kamba, keteguhan tekan, laju konsumsi biopelet, dan efisiensi pembakaran.
11
3.5.
UJI KERAGAAN BIOPELET
Uji keragaan biopelet dilakukan dengan menggunakan kompor biomassa. Kompor dilengkapi dengan lobang udara yang dapat mengatur suplai oksigen selama pembakaran biopelet. Metode yang digunakan adalah Water Boiling Test (WBT) dengan cara mendidihkan 1 liter air. WBT merupakan metode simulasi kasar dari proses pemasakan yang dapat digunakan untuk mengetahui seberapa baik energi panas dapat ditransfer pada alat masak (Bailis et al. 2007). Parameter yang diukur adalah laju