Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Kertajaya PT. Perkebunan Nusantara VIII, Banten dan Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian TMB FATETA IPB dengan waktu penelitian selama 5 bulan dalam selang waktu antara Oktober 2012 sampai Februari 2013.
Metode Audit Energi 1. Pendekatan masalah dan batasan sistem
Dalam pelaksanaan audit energi, sistem yang akan diteliti perlu dibatasi. Batasan sistem yang diaudit didekati dengan asumsi bahwa kegiatan produksi CPO dimulai dari budidaya kelapa sawit di kebun sampai dengan pengolahan TBS menjadi CPO. Batasan sistem yang akan diaudit adalah sebagai berikut:
a. Proses produksi untuk menghasilkan CPO dimulai dari kegiatan budidaya sampai dengan pengolahan TBS menjadi CPO dengan sarana pedukungnya, yaitu sarana penyediaan air dan energi. Hal ini dianggap satu kesatuan sistem produksi.
b. Pengamatan terhadap proses produksi CPO dilakukan secara berurutan mengikuti proses yang berlangsung.
c. Pada saat pengamatan rinci, setiap tahapan proses produksi CPO yang diamati dianggap merupakan tahapan proses produksi yang dapat diputus dari tahapan sebelum dan sesudahnya.
d. Semua kegiatan dan jalannya proses produksi CPO dianggap tetap setiap tahunnya dan dalam keadaan normal.
e. Masukan energi biologis tenaga manusia hanya dihitung yang langsung berhubungan dengan proses produksi. Untuk pegawai administrasi di kantor tidak dihitung.
f. Pada kegiatan budidaya, energi langsung dari sinar matahari tidak diperhitungkan sebagai energi.
g. Masukan energi listrik yang dihitung hanya untuk kegiatan yang langsung berhubungan dengan proses produksi. Penggunaan listrik untuk peralatan dan penerangan kantor serta kebutuhan listrik untuk perumahan karyawan tidak dihitung.
h. Energi yang dihasilkan dari sistem ketel uap (uap) dan pembangkit tenaga diesel tidak dianggap sebagai input energi total, tetapi yang diperhitungkan hanya bahan bakar dari kedua sistem pembangkit uap dan listrik tersebut. Tetapi energi uap dan listrik untuk setiap tahapan produksi tetap dihitung dihitung sebagai input energi pada tiap tahapan produksi yang mengonsumsinya.
i. Input energi tidak langsung dari pestisida tidak diperhitungkan dalam perhitungan kebutuhan energi produksi tiap kg CPO karena kurangnya data pendukung, tetapi tetap diaudit dan disajikan sebagai data pelengkap dalam bentuk satuan unit bahan (bukan satuan unit energi).
j. Masukan energi listrik yang merupakan input energi sekunder dari BBM dan biomassa hanya dihitung sebagai input energi pada tiap tahapan produksi yang mengonsumsinya.
k. Energi yang dihasilkan dari sistem boiler (uap) dan diesel tidak dianggap sebagai input energi, yang dihitung hanya bahan bakar dari kedua sistem pembangkit listrik tersebut. Efisiensi boiler dan generator diesel akan dihitung dengan membandingkan input dan output dari masing-masing sistem.
l. Dalam proses produksi CPO, semua embodied energy dari mesin dan peralatan pabrik serta peralatan bengkel yang digunakan dalam proses produksi CPO tidak diperhitungkan sebagai masukan energi karena data produksi dan pustaka yang kurang mendukung.
m.Input energi primer dihitung dari masukan energi pupuk, manusia, solar, dan biomassa. Masukan energi listrik yang merupakan input energi sekunder yang berasal dari solar dan biomassa hanya dihitung pada tiap tahapan produksi yang mengkonsumsinya. Input energi primer digunakan untuk menghitung energi primer riil yang digunakan pada total sistem. Bagan alir kegiatan budidaya kelapa sawit sampai pengolahan TBS menjadi CPO serta masukan energi pada tiap kegiatannya dapat dilihat pada Gambar 4 berikut.
Alat atau mesin Tahapan proses Input energi
Gambar 4 Bagan alir proses dan input energi pada tiap tahapan produksi CPO
Pisau (alat potong) dan alat laboratorium
Tenaga manusia, listrik, BBM, bahan pembantu Pembibitan Pengadukan Persiapan lahan Penebahan Perebusan Penimbangan dan penyortiran TBS Pengangkutan TBS Pemanenan Pemeliharaan Penanaman Pengeringan Pemurnianminyak Pengempaan Penyimpanan CPO Traktor, cangkul Alat tanam
Cangkul, garuk, traktor
Pisau panen, egrek
Truk, wheel loader
Peralatan dan mesin timbang
Peralatan dan mesin stasiun perebusan
Peralatan dan mesin stasiun penebahan
Peralatan dan mesin stasiun pengadukan Peralatan dan mesin stasiun
pengempaan
Peralatan dan mesin stasiun pemurnian
Peralatan dan mesin pengeringan
Peralatan dan mesin stasiun simpan Tenaga manusia, BBM Tenaga manusia Tenaga manusia, pupuk, pestisida, BBM Tenaga manusia Tenaga manusia, BBM Tenaga manusia, listrik Tenaga manusia, listrik, uap Tenaga manusia, listrik Tenaga manusia, listrik, uap Tenaga manusia, listrik, uap Tenaga manusia, listrik, uap Uap Tenaga manusia
32
Keterangan garis:
= input listrik = energi BBM
= input uap = energi pestisida
= energi manusia
= aliran energi mesin = kegiatan budidaya = energi pupuk
= batasan sistem = kegiatan pengolahan Gambar 5 Batasan sistem dalam audit energi di PKS Kertajaya
Alat dan mesin pertaniaan BBM Pupuk Pestisida Tenaga manusia Pengolahan tanah Pengangkutan TBS Pembibitan Penanaman Pemeliharaan tanaman Pemanenan Penerimaan TBS Perebusan Penebahan Pelumatan dan pengempaan
Pemurnian minyak Pengolahan biji
Ampas Ketel uap BPV Turbin uap Diesel B A B A Listrik
2. Metode audit
Metode audit energi yang digunakan dalam penelitian ini adalah audit energi awal (preliminary energy audit) dan dilanjutkan ke tahap audit energi terinci (detailed energy audit). Pada tahap audit energi awal, setiap masukan energi dikonversi dalam satuan energi yang sama yaitu Joule (J) atau Mega Joule (MJ). Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya di perkebunan yang lainnya agar dapat dilakukan analisis faktor yang berpengaruh dalam penggunaan energi pada proses produksi CPO. Jika terdapat perbedaan yang mencolok pada suatu sistem, maka akan dilakukan audit energi terinci pada sistem tersebut.
Parameter yang Diukur
Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Kebutuhan energi manusia
Data yang digunakan meliputi jumlah tenaga kerja tiap tahapan produksi, jumlah jam kerja, jumlah produksi CPO dan nilai kalor biologis manusia.
2. Kebutuhan energi BBM
Data yang digunakan meliputi konsumsi BBM, nilai kalor BBM, dan jumlah produksi CPO.
3. Kebutuhan energi biomassa
Data yang digunakan meliputi jumlah cangkang dan serat yang dihasilkan dan dikonsumsi, nilai kalor cangkang dan serat, dan jumlah produksi CPO.
4. Kebutuhan energi uap
Data yang digunakan meliputi waktu operasi boiler, suhu air umpan, entalpi air umpan, suhu uap, tekanan uap, entalpi uap dan jumlah produksi CPO
5. Kebutuhan energi listrik
Data yang digunakan meliputi jenis alat, jumlah alat, lama penggunaan alat, daya, tegangan, arus listrik yang terpasang dan terukur, faktor daya listrik, efisiensi dan jumlah produksi CPO.
6. Kebutuhan energi pupuk
Data yang digunakan meliputi konsumsi pupuk pada kegiatan budidaya tanaman kelapa sawit di kebun, nilai kalor jenis pupuk yang digunakan, dan produksi TBS per hektar.
7. Kebutuhan energi pestisida
Data yang digunakan meliputi konsumsi pestisida pada kegiatan pemberantasan hama dan penyakit, nilai kalor jenis pestisida yang digunakan, dan produksi TBS per hektar.
8. Efisiensi penggunaan energi
Data yang digunakan dalam menentukan efisiensi penggunaan energi adalah energi input, energi berguna, kapasitas terukur, dan kapasitas terpasang pada tiap tahapan produksi.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah TBS, CPO, cangkang, serat, biji sawit, air dan BBM. Ada pun alat yang digunakan dalam penelitian ini
adalah seluruh peralatan produksi serta alat ukur yang terpasang di jembatan timbang, ruang mesin, oven pengering (drying oven), timbangan, tang ampere, termometer, KWh-meter, kapas, tali plastik, bomb calorimeter, kertas tisu, filamen.
Metoda Pengumpulan Data
Pengumpulan data dalam penelitian ini dilakukan dengan cara pengamatan langsung (pengumpulan data primer) dan pengumpulan data sekunder. Dalam kegiatan pembibitan, pembukaan lahan, dan penanaman, data yang diperoleh adalah merupakan data sekunder. Data sekunder digunakan karena pada saat dilakukan penelitian, kegiatan tersebut sudah tidak dilakukan.
Data primer yang dapat diamati dan diukur adalah penggunaan pada proses pengangkutan TBS. Data yang diambil berupa jenis kendaraan, konsumsi BBM, jarak tempuh, jumlah trip pengangkutan, jumlah TBS yang diangkut, jumlah tenaga kerja dan jam kerjanya. Ada pun data yang termasuk data sekunder adalah data produksi TBS dalam 5 tahun terakhir, konsumsi pupuk, pestisida, dan jumlah tenaga kerja (manusia) jumlah jam kerja, jumlah BBM yang digunakan untuk transportasi TBS dari kebun ke pabrik.
Perhitungan dan Analisis Data
Perhitunganterhadap masukan energi yang digunakan dilakukan pada setiap tahapan yang telah ditentukan. Setiap masukan energi dikonversi ke dalam satuan energi yang sama yaitu Mega Joule (MJ).
1. Kebutuhan energi biologis manusia
Kebutuhan energi biologis manusia dapat dihitung dengan persamaan berikut (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
Etm = (n x T x Nem)/Jcpo
Keterangan:
Etm = Konsumsi energi tenagan biologis manusia dalam kegiatan produksi tiap kilogram CPO (MJ/kg CPO)
n = jumlah tenaga kerja tiap tahapan produksi T = waktu kerja manusia per hari (jam/hari)
Nem = nilai kalor manusia (MJ); 0.725 MJ/jam untuk pengolahan di pabrik Jcpo = jumlah produksi CPO per hari (kg/hari)
2. Kebutuhan energi BBM
BBM digunakan sebgai bahan bakar pembangkit tenaga diesel. Jumlah energi BBM dalam kegiatan pengolahan untuk memroduksi tiap kg CPO adalah (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
Ebbm = (n x t x N)/Jcpo
Keterangan:
Ebbm = BBM untuk memroduksi tiap kg CPO (MJ/kg CPO) n = kebutuhan BBM tiap jam (liter/jam)
N = nilai kalor BBM (MJ/liter); solar 47.78 MJ/liter (Cervinka dalam Pimentel, 1980)
Jcpo = jumlah produksi CPO per hari (kg/hari)
3. Kebutuhan energi biomassa
Jumlah energi biomassa yang digunakan untuk bahan bakar boiler dihitung dengan persamaan (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
Ebb = (JBB x NK)/Jcpo
Produksi uap secara teoritis didekati dengan persamaan:
JBB = (Mu (hs-hw)) / (LHV x ηk)
Keterangan:
Ebb = energi bahan bakar (MJ/kg CPO) JBB = jumlah bahan bakar (kg)
NK = nilai kalor bahan bakar (MJ/kg) Mu = kapasitas uap (kg/jam)
hs = entalpi uap superheated (kJ/kg) hw = entalpi air umpan (kJ/kg) LHV = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)
ηk = efisiensi ketel uap (%)
Jcpo = jumlah produksi CPO per hari (kg/hari)
4. Kebutuhan energi listrik
Besarnya energi listrik yang digunakan untuk memroduksi tiap kg CPO didekati dengan persamaan (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
E = (P x T x η)/Jcpo
Untuk menghitung nilai daya listrik (tiga fasa) digunakan persamaan: P = V x I x cos θ √3
Keterangan:
E = energi listrik yang diukur dan digunakan untuk memroduksi tiap kg CPO (MJ/Kg CPO)
P = daya motor (kW)
T = waktu pemakaian alat (jam); 1 kWjam = 3.6 MJ
η = efisiensi alat (%) V = tegangan (volt) I = arus (ampere)
Cos θ = faktor daya
Jcpo = jumlah produksi CPO per hari (kg/hari)
5. Kebutuhan Energi Pupuk
Besarnya energi pupuk yang digunakan pada semua tahapan produksi TBS di kebun dihitung dengan persamaan (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
Epp = ∑ ��� (�)�����
����
Maka jumlah energi pupuk untuk memroduksi tiap kg CPO dapat ditentukan dengan persamaan:
Epp (total) = ���
Keterangan:
Epp (tot) = jumlah energi pupuk yang digunakan untuk memroduksi tiap kilogram CPO (MJ/kg CPO)
Epp = jumlah energi pupuk yang digunakan untuk memroduksi tiap kilogram TBS (MJ/kg TBS)
Kpp (i) = konsumsi pupuk pada tahap ke-i (kg/ha) Nepp = nilai kalor pupuk (MJ/kg)
Jtbs = jumlah produksi TBS per hektar (kg/ha)
Rd = rendemen (%); perbandingan berat CPO yang dihasilkan (kg) dengan berat TBS yang diolah (kg), yang digunakan sebagai faktor konversi
i = 1,2,3,...
6. Kebutuhan energi pestisida
Besarnya energi pestisida yang digunakan pada semua tahapan produksi TBS di kebun dihitung dengan persamaan (Anwar, 1990 dalam Sholahudin, 1999):
Epe = ∑ ��� (�)�����
����
Maka jumlah energi pestisida untuk memroduksi tiap kg CPO dapat ditentukan dengan persamaan:
Epe (total) = ���
�� Keterangan:
Epe (tot) = jumlah energi pestisida yang digunakan untuk memroduksi tiap kilogram CPO (MJ/kg CPO)
Epe = jumlah energi pestisida yang digunakan untuk memproduksi tiap kilogram TBS (MJ/kg TBS)
Kpe = konsumsi pestisida pada tahap ke-i (kg/ha) Nepe = nilai kalor pestisida (MJ/kg)
Jtbs = jumlah produksi TBS per hektar (kg/ha)
Rd = rendemen (%); perbandingan berat CPO yang dihasilkan (kg) dengan berat TBS yang diolah (kg), yang digunakan sebagai faktor konversi
i = 1,2,3,...
7. Penggunaan Energi
Perhitungan pada penggunaan energi adalah sebagai berikut:
a. Efisiensi riil, perbandingan antara jumlah energi berguna dengan jumlah energi input, dihitung dengan persamaan:
Ef. riil = (UE/IE) x 100%
Keterangan:
Ef. rill = efisiensi riil penggunaan energi (%) UE = energi berguna (MJ)
IE = input energi (MJ)
b. Efisiensi teknis, perbandingan antara kapasitas alat/mesin terukur dengan kapasitas alat/mesin terpasang, dihitung dengan persamaan:
Ef. teknis = �������������/������������
�������������/�������������� x 100%
Analisis data dilakukan dengan melakukan pengamatan dan pengukuran terhadap jalannya proses produksi CPO. Data yang diperoleh dimasukkan dalam persamaan yang telah ditentukan, sehingga diperoleh nilai konsumsi energi pada tiap tahapan proses produksi. Kebutuhan total energi untuk menghasilkan tiap kg CPO merupakan jumlah energi pada tiap tahapan proses produksi. Hasil tersebut kemudian akan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya pada komoditas yang sama yaitu CPO dengan lokasi penelitian yang sama mau pun berbeda tempat. Analisis selanjutnya yaitu melihat efisiensi alat dan proses pada tiap tahapan produksi, sehingga dapat diketahui besarnya pemborosan energi. Analisis data secara keseluruhan digunakan untuk memperoleh kesimpulan tentang efisien atau tidaknya penggunaan energi pada proses produksi CPO yang berlangsung.